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2024年1月8日，火神火箭首飞发射任务取得成功。在经历了近十年的研发后，联合发射联盟火神火箭首飞向客户与投资者交了一份满意的答卷。【火神成功首飞，贝佐斯扬眉吐气；游隼月球登陆器入轨即异常，将无缘落月】 火神火箭究竟水平如何，与它的上一代火箭宇宙神、德尔塔相比优势何在，与最大的竞争对手猎鹰九号、猎鹰重型相比，发射成本能否与之抗衡，来看EverydayAstronaut进行的总结评价。 联合发射联盟/ULA终于在协调世界时2024年1月8日 07:18完成了新型火神火箭的首飞。火神火箭是 ULA成立以来从零开始研发的第一个火箭，也可能是该公司在现代太空飞行繁荣中生存的最后机会。【作者评：考虑到太空探索技术公司/SpaceX猎鹰系列火箭的巨大成功】 与竞争对手的比较 很多人看到下面的列表可能会有疑问，为什么比较对象里面没有阿里安-6、星舰飞船、新格伦、长征系列等火箭，EverydayAstronaut仅比较了火神火箭将要替代的火箭和其最大的竞争对手——猎鹰系列火箭。 首先，将这些火箭的大小进行比较。
宇宙神五高58.3米，核心级直径3.8米。德尔塔四重型高72米，每个核心级直径5米。火神火箭高61.2米，芯级直径5.4米。而猎鹰九号和猎鹰重型火箭高70米，芯级直径3.7米。所以火神实际上是这组火箭中芯级直径最大的。 接下来，我们来谈谈他们的一级发动机，包括他们运行的循环类型、使用的推进剂、比冲和推力。
从一级开始，宇宙神五配备了一台富氧闭式循环RD-180发动机，使用液氧和RP-1煤油。RD-180发动机在海平面产生383吨的推力，在海平面达到 311 秒的比冲，在真空中比冲达到 338 秒。该发动机正是宇宙神五火箭退役的主要原因。因为该发动机是俄罗斯制造的，并且2014年俄罗斯吞并克里米亚后对俄罗斯实施制裁，ULA最终无法继续获得该发动机。宇宙神五还可以使用最多五台GEM-63固体火箭助推器，每台助推器产生166吨推力，并在海平面达到245秒的比冲。 德尔塔四重型火箭采用开式循环双气体发生器，采用了以液氧液氢为燃料的RS-68A发动机，单台核心级产生310吨的推力，三台核心级并联产生930吨的推力。海平面比冲为360秒，真空比冲为412秒。 火神火箭一级为两台蓝色起源公司制造的富氧闭式循环BE-4发动机，以液态甲烷和液态氧为燃料，每台产生245吨的推力，核心级总共产生490吨的推力。现在我们不知道BE-4的确切比冲值，因为他们还没有公布任何官方数据，但我们预计它在海平面的比冲约为320秒，在真空略高于340秒。火神最多可成对安装6对GEM-63XL固体火箭助推器，分别为0/2/4/6台。GEM-63XL比宇宙神上的GEM-63强大得多，每台推力提高到220吨，比冲达到了245秒。 现在考虑到火神可以拥有最多6台固体火箭助推器，最强大的火神版本总升空推力达到1810吨。作为对比，宇宙神五的最强版本总推力为1210吨。从推力大小上，火神比宇宙神和德尔塔四重型更强大。 但所有这些数字与猎鹰九号和猎鹰重型相比如何呢？猎鹰九号和猎鹰重型核心级各有九台开式循环气体发生器梅林1D发动机，以液氧煤油为燃料，每台发动机产生84.5吨推力，总推力达到760吨。猎鹰九号推力为760吨，猎鹰重型火箭最大推力为2280吨。梅林1D发动机在海平面比冲约为282秒，在真空中约为311秒。 在没有固体火箭助推器的情况下，火神的推力较低，但在装备了六枚固体火箭发动机后，它的推力大小接近猎鹰重型火箭。 好吧，一级所有的推力都很棒，上面级发动机对比如何呢？
宇宙神五的半人马上面级有一至两台RL-10发动机，采用膨胀循环，使用液氧液氢燃料，每台产生10.2吨推力，比冲高达450秒。德尔塔四重型的二级DCSS也采用液氧液氢发动机，RL-10 B2发动机，真空推力达到11吨，真空比冲达到了465秒。 火神的上面级称为半人马V，有两台RL-10C发动机，采用液氧液氢燃料，每台推力达到10.6吨，真空比冲454秒。最重，火神上面级将采用RL-10C-X，比冲进一步提高到461秒。在未来，上面级会进一步升级流体系统而防止燃料蒸发，从而使上面级寿命由目前的数小时延长至数周。可能还会产生LEO优化版本，其燃料储箱更短，以降低成本。 猎鹰火箭二级使用单台真空优化的梅林1D，仍然采用开式循环气体发生器，真空推力达到98.1吨，比冲为348秒。 好的，但现在重要的问题是，所有这些火箭的实际运载能力如何比较？
宇宙神五的基本构型可将9.8吨的载荷运送到近地轨道，最强大的宇宙神五551构型可以运送18.8吨的载荷到近地轨道。对于GTO轨道，运力在4.7吨到8.9吨之间，具体数值与构型相关。 德尔塔四重型可将23.8吨的载荷运送到近地轨道，将14.2吨的载荷运送到GTO轨道。 同样，根据配置的不同，火神火箭可以将10.8吨到27.2吨的载荷运送到近地轨道，或者将3.5吨到15.3吨的载荷运送到GTO轨道。 因此，火神实际上是ULA建造的所有火箭中进入高能轨道的最大运力的火箭，超过了德尔塔四重型。 但当我们将这些数字与猎鹰九号和猎鹰重型火箭进行比较时，就会发现有点令人困惑，因为猎鹰火箭可以复用，是否复用对运力略有影响。我们在进行比较的时候，输出一个运力范围，就像ULA的火箭考虑不同构型、装有不同数量固体火箭助推器一样。对于猎鹰系列火箭，我们将按照重复使用和不重复使用分别考虑。这会变得更加令人困惑，因为对于猎鹰九号的近地轨道任务，将引用返回陆地着陆性能数据，因为这是最便宜的选择。我们还将使用返回陆地着陆来执行GTO轨道任务，因为SpaceX现在也正式这样做了，但是当猎鹰火箭选择在海上驳船回收时，可以获得更好的性能。对于猎鹰重型火箭，我们将考虑仅在陆地回收双侧助推器，芯一级不回收使用，因为这是SpaceX最常用的发射方式。这是与猎鹰系列火箭比较所采用的方式。以上是和猎鹰火箭对比时所考虑的原则。 在发射近地轨道时，猎鹰九号在返回陆地发射场着陆时运力有13吨左右，而在不回收的时候运力最大达到25吨。猎鹰重型火箭在重复使用时近地轨道运力为30~40吨，不回收时近地轨道运力达到64吨。对于GTO轨道任务，或者GEO直送任务，与ULA火箭上的高性能RL-10液氧液氢发动机相比，猎鹰火箭的性能会受到效率较低的梅林1-D发动机的影响。 当猎鹰九号返回陆地时，对GTO轨道的运力只有1.8吨；不重复使用时，GTO轨道运力达到8.5吨。作为参考，在无人驳船上回收时，猎鹰九号可以向 GTO轨道运送7吨的载荷。因此，GTO任务返回陆地发射场着陆会产生相当大的运力损失。猎鹰重型火箭在重复使用其侧面助推器时，可向GTO轨道运送15吨的载荷；在不回收时，GTO轨道运力提升至26.7吨。 接下来，我们来比较一下它们的整流罩体积。
宇宙神五和德尔塔四重型的最大体积均约为233立方米。火神的容积提升到310立方米。猎鹰九号和猎鹰重型的整流罩体积约为145立方米，但猎鹰重型未来有一个接近200立方米的扩展整流罩选项，预计很快就会推出，但仍远小于ULA火箭的容积。 最后，我们将尝试讨论成本/发射价格。谈论发射成本始终是一件棘手的事情，因为这些数字根本不会公开。即使它们是公开的，当你看到数字时，会有大约20页的备注说明来解释价格的变化。所以我们基于所掌握的公开信息进行推断。
请记住，这些公司所收取的价格与发射这些火箭的成本之间存在差异。我认为，如果SpaceX和ULA能够对完全相同的服务收取完全相同的费用，那么SpaceX可能会因为猎鹰火箭的重复使用而获得更多利润。 宇宙神五的起价约为1.09亿美元，尽管关于宇宙神五基本版和551构型之间的成本差异信息很少，但我们确实知道每枚GEM-63的价格约为500万美元，而且551构型的尺寸更大、整流罩更昂贵，551构型估计在1.5亿美元左右。所以宇宙神五的发射价格在1.09亿到1.5亿美元之间。 德尔塔四重型火箭的价格约为3亿美元，也许稍微便宜一点，但这似乎是我能找到的最佳估计。所以，它是相当昂贵的【作者评：不愧为黑店】。 在价格方面，火神实际上更有趣一些。据广泛报道，火神火箭每次发射的价格约为1.2亿美元，我们确实有一些现实数据来支持这一点。 太空军授予ULA 13亿美元的发射合同，包含11次发射，平均每次发射1.18亿美元。我应该在这里补充一点，这份合同还至少有一次宇宙神五发射，我们不知道这些任务使用了哪些火神构型，但1.18亿美元是一个不错的平均数字。 与此同时，太空军还授予 SpaceX价值12.3亿美元的10次发射合同，平均每次发射费用为1.23亿美元。但这将是猎鹰九号和猎鹰重型火箭的混合合同，具体取决于这10次任务的性能要求。还需要明确，政府合同的报价比商业合同高得多，这通常是由于保密和许多其他附加要求。 这比之前已知的猎鹰九号发射价格（约6200万美元）高出不少，尽管最近这个数字似乎更接近约6700万美元。但让事情变得更加混乱的是，SpaceX确实以5030万美元的价格为NASA发射了IXPE卫星，而NASA显然是政府客户。 再次证明，在整个发射市场存在很大的利润和很多未知因素，并且这些发射提供商通常只是对他们的服务收取尽可能多的费用。话虽这么说，我们会说猎鹰 九号已被证明发射价格低至5000万美元，而猎鹰重型火箭商业发射的标准估计约为1亿美元。 但同样，当我们实际比较两份太空军的合同时，火神的竞争力相当强，实际上最终比SpaceX的报价更便宜。但我感觉ULA不得不降低价格才能与猎鹰火箭竞争，而我猜测SpaceX能够从中获得相当可观的利润。 再次强调，请记住，不要认真对待这些数字。如果您尝试购买自己的猎鹰九号发射任务，但他们无法按此处报价供货，请不要感到惊讶。 总结 虽然关于ULA和火神火箭的猜测还为时过早，但某些事实和考虑提供了洞察其目前状况和潜在挑战的视角。火神已经获得大约70次发射合同: 20次为美国太空军发射，38次为亚马逊的柯伊伯星座发射，6次为追梦者空天飞机发射。 ULA 战略性地开启了火神计划，以满足国防部的高能量发射任务，这一决定在获得国家安全空间发射合同方面被证明是成功的。然而，当我们评估它的未来时，问题出现了，火神火箭，作为一个大规模生产的一次性运载火箭，在未来能否走的很远。
SMART复用的概念是 ULA 对火神未来改进计划的一部分。这包括通过将发动机与助推器分离、充气高超音速隔热罩、然后向下溅落来回收发动机。尽管由于级间分离时速度很大，回收全部助推器被认为是不切实际的，但 ULA 已经对一个高超音速充气再入热防护罩进行了轨道速度即测试，该热防护罩将用于回收火神的BE-4发动机。然而，实施时间表仍然不确定。 尽管在许多方面火神仍是一个传统的火箭，火神已经设法使自己成为一个有能力和价格竞争的火箭。有趣的是，ULA 的做法并没有对SpaceX 公司施加降低成本的重大压力。反而是，SpaceX 公司似乎正在调整其价格以适应 ULA 的产品。 在不断发展的航天工业中，新进入者强调可重复使用性，如火箭实验室的中子火箭，蓝色起源的新格伦火箭，以及完全可重复使用的火箭，如斯托克太空，如太空探索技术公司的星际飞船。虽然火神通过用一枚成本效益更高的一次性火箭替代宇宙神和昂贵的德尔塔四重型来满足 ULA 的需求，但其简单的设计花费的时间比预期的首次发射延迟了大约5年。 任何新型火箭的首次亮相都会引起人们的兴奋，尤其是使用液氧甲烷的火箭，但火神的未来可能会受到限制。随着竞争加剧，SpaceX 有可能降低价格，火神 可能面临成本竞争力方面的挑战。未来几年可能会出现激烈的竞争，SpaceX的定价带来的变数可能会影响火神火箭的生存能力。在那之前，我们目睹了一个大规模昂贵火箭的发射时代的结束ーー这一壮观场面可能会被航空航天业中更具经济效益的替代品所替代。 你觉得火神火箭的前景如何呢？请在评论区留言。 参考文章：https:///how-does-ulas-vulcan-compare-to-the-competition/ |
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