獵鷹9火箭Block5構(gòu)型首次飛行任務(wù)解析

牟 宇，孫冀偉，秦旭東

（1．北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京100076 2．中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京100076）

0 引言

2018年5月11日15時(shí)14分［1］（北京時(shí)間5月12日4時(shí)14分），美國(guó)太空探索技術(shù)公司 （SpaceX）在肯尼迪航天中心的LC－39A發(fā)射工位，利用獵鷹9 Block5構(gòu)型火箭成功完成了孟加拉國(guó)Bangabandhu－1通信衛(wèi)星的發(fā)射任務(wù) （圖1），并再次成功完成了芯一級(jí)模塊的海上回收。此次任務(wù)是獵鷹9Block5構(gòu)型火箭的首次飛行任務(wù)，對(duì)后續(xù)更加快速地重復(fù)使用和執(zhí)行國(guó)際空間站載人任務(wù)意義重大。本文通過(guò)對(duì)SpaceX公司的獵鷹9Block5構(gòu)型火箭改進(jìn)項(xiàng)目進(jìn)行分析，并通過(guò)獵鷹9火箭從首飛到目前的技術(shù)狀態(tài)更迭優(yōu)化歷程的梳理，分析其對(duì)世界航天發(fā)展趨勢(shì)產(chǎn)生的影響。

圖1 獵鷹9Block5構(gòu)型首次發(fā)射現(xiàn)場(chǎng)Fig．1 The live view of Falcon 9Block5 ′s maiden flight

1 發(fā)射任務(wù)情況簡(jiǎn)介

本次發(fā)射任務(wù)原定于5月10日發(fā)射，但在前一天的發(fā)射準(zhǔn)備過(guò)程中，倒計(jì)時(shí)進(jìn)行到距離起飛僅58s時(shí)自動(dòng)中止，SpaceX確認(rèn)出現(xiàn)了一次標(biāo)準(zhǔn)的地面系統(tǒng)自動(dòng)中止，但未給出觸發(fā)中止的具體原因。本次發(fā)射的孟加拉國(guó)Bangabandhu－1通信衛(wèi)星質(zhì)量約3．5t，由法國(guó)泰雷茲阿萊尼亞宇航公司制造，原定采用阿里安5火箭進(jìn)行發(fā)射，由于其發(fā)射計(jì)劃無(wú)法滿足孟加拉國(guó)部署要求，從而轉(zhuǎn)由SpaceX的獵鷹9火箭發(fā)射并最終完成了衛(wèi)星的發(fā)射與部署。

2 獵鷹9Block5構(gòu)型總體方案

獵鷹9Block5構(gòu)型火箭是SpaceX公司獵鷹9火箭的最新升級(jí)構(gòu)型，也將是SpaceX公司在開(kāi)展其超重型火箭BFR研制之前將固化技術(shù)狀態(tài)的火箭，并最終實(shí)現(xiàn)其LEO軌道22．8t，GTO軌道8．3t的極限運(yùn)載能力 （不重復(fù)使用）［2］。此構(gòu)型火箭通過(guò)改進(jìn)，力圖實(shí)現(xiàn)不經(jīng)歷較大維護(hù)的情況下重復(fù)使用至少10次，加上后期維修達(dá)到100次的目標(biāo)，并為后續(xù)執(zhí)行NASA載人發(fā)射合同的火箭積累飛行子樣［3］。

2．1 全面升級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)

在獵鷹9V1．2構(gòu)型全推力版本隼－1D發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上，獵鷹9Block5再次提升發(fā)動(dòng)機(jī)海平面推力至913．5kN，提升約6．97%；二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)真空推力達(dá)到945kN，真空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比達(dá)到180∶1，居世界主流發(fā)動(dòng)機(jī)之首，如圖2所示。在發(fā)現(xiàn)前期回收后的火箭在渦輪泵葉片上有裂紋后，重新設(shè)計(jì)其發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪泵，確保其重復(fù)使用的性能滿足要求。

圖2 改進(jìn)后的隼－1D發(fā)動(dòng)機(jī)Fig．2 The upgraded Merlin 1Dengine

2．2 改進(jìn)箭體結(jié)構(gòu)，以便重復(fù)使用

為了確保能夠?qū)⒁蛔蛹?jí)重復(fù)使用箭體更快地進(jìn)行再次發(fā)射，獵鷹9Block5對(duì)前期重復(fù)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架、柵格舵、著陸支腿等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并更新了級(jí)間段和尾段的熱防護(hù)材料，如圖3所示。

圖3 改進(jìn)前、后的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架Fig．3 The original／upgraded engine frame

之前稱之為Octaweb（環(huán)形排列）的一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)是通過(guò)巨大的高強(qiáng)度鋁合金框架連接到一起后，再焊接到一級(jí)箭體上的，一旦單臺(tái)或者多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，或者鋁合金框架出現(xiàn)不可逆的形變，整個(gè)一級(jí)火箭就會(huì)因維修成本過(guò)高而整體報(bào)廢；Block5型的連接盤(pán)不再焊死在箭體上，而是用螺栓連接，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可整體拆卸，更換連接盤(pán)，這樣整枚一級(jí)火箭還可以再次使用。此外，為了能夠?qū)崿F(xiàn)重復(fù)使用10次的目標(biāo)，9臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)之間的防熱裝置也改為可拆卸式設(shè)計(jì)。

一子級(jí)回收過(guò)程中，柵格舵將承受較大的羽流沖刷及大熱流環(huán)境，將柵格舵由鋁合金＋防熱涂層方案更改為更耐熱、剛度與強(qiáng)度更好的鈦合金方案，不更換也能滿足多次重復(fù)使用要求，見(jiàn)圖4。將前期設(shè)計(jì)的回收后必須拆除重新安裝復(fù)位的一級(jí)著陸支腿外部閉鎖機(jī)構(gòu)，改為在一級(jí)箭體結(jié)構(gòu)內(nèi)部一個(gè)主作動(dòng)器帶動(dòng)8個(gè)小機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)完成，實(shí)現(xiàn)自如伸縮，以快速完成維護(hù)進(jìn)行再次發(fā)射。

此次一級(jí)箭體結(jié)構(gòu)外觀最顯著的變化是級(jí)間段和尾段由原來(lái)的白色變成了黑色，主要是將火箭黑色級(jí)間段、電纜長(zhǎng)排罩和著陸支腿采用了自行研制的重復(fù)使用性能更高、無(wú)須噴涂的新型防熱材料，外觀變化可見(jiàn)圖5。

圖4 改進(jìn)前、后的柵格舵對(duì)比Fig．4 The comparison of the original／upgraded grid fin

圖5 更新后的火箭箭體結(jié)構(gòu)外觀Fig．5 The appearance of the upgraded rocket structure

2．3 其他優(yōu)化項(xiàng)目

為更大程度地提升火箭的運(yùn)載能力，SpaceX公司優(yōu)化了一子級(jí)重復(fù)使用前的控制律算法，使得其返回過(guò)程中所需推進(jìn)劑量進(jìn)一步減少；而針對(duì)在CRS－7任務(wù)和Amos－6任務(wù)故障中均出現(xiàn)的二級(jí)復(fù)合材料增壓氣瓶 （COPVs）的材料問(wèn)題，結(jié)合重復(fù)使用需求對(duì)其進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。

3 獵鷹9火箭構(gòu)型衍化路線

獵鷹9火箭是SpaceX公司研發(fā)的一款低成本、兩級(jí)構(gòu)型全液體中型運(yùn)載火箭，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是：研制出一種對(duì)抗聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟 （ULA）改進(jìn)型一次性運(yùn)載火箭 （EELV）的新型火箭，同時(shí)顯著增加可靠性、降低成本，提升快速響應(yīng)能力［4］。獵鷹9火箭主要執(zhí)行近地軌道空間站貨運(yùn)／載人、高軌通信商業(yè)衛(wèi)星、太陽(yáng)同步軌道偵察衛(wèi)星等多種載荷發(fā)射任務(wù)。自2010年首飛成功之后，截至2018年5月11日，共進(jìn)行了54次發(fā)射，除在2015年6月28日?qǐng)?zhí)行CRS－7任務(wù)時(shí)失利以外，其余發(fā)射任務(wù)均取得成功［5］。

其中獵鷹9Block5構(gòu)型火箭是獵鷹9系列火箭不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)的最新構(gòu)型，在此之前經(jīng)歷了兩次較為重要的構(gòu)型優(yōu)化。前后幾個(gè)構(gòu)型火箭的性能參數(shù)可見(jiàn)表1，更迭示意圖見(jiàn)圖6。

表1 獵鷹9火箭構(gòu)型性能對(duì)比Tab．1 The comparison of the Falcon 9blocks ′performance

圖6 獵鷹9火箭構(gòu)型更迭示意圖［2］Fig．6 The sketch map of the Falcon 9upgrade［2］

3．1 獵鷹9V1．0構(gòu)型

獵鷹9V1．0構(gòu)型是獵鷹9火箭的最初始構(gòu)型，其首飛時(shí)間為2010年6月4日，創(chuàng)造了私營(yíng)航天公司為國(guó)際空間站運(yùn)送貨物的歷史，共進(jìn)行了5次飛行試驗(yàn)任務(wù)，前3次飛行試驗(yàn)均為滿足NASA要求的演示飛行，后2次為正式的國(guó)際空間站貨物補(bǔ)給任務(wù) （CRS任務(wù)）。獵鷹9V1．0構(gòu)型一子級(jí)采用9臺(tái)隼－1C發(fā)動(dòng)機(jī)，單臺(tái)隼－1C發(fā)動(dòng)機(jī)的海平面推力為420kN。二子級(jí)采用1臺(tái)隼真空發(fā)動(dòng)機(jī)，其90%以上的組件都與隼－1C相同。為降低生產(chǎn)成本，火箭一、二級(jí)的推進(jìn)劑貯箱只是長(zhǎng)度有所不同，而在工裝、材料和制造工藝上都完全相同［6］，如圖7所示。

即使是如此早期的版本，SpaceX都從設(shè)計(jì)上考慮了 “重復(fù)使用”這個(gè)概念。獵鷹9V1．0構(gòu)型中一子級(jí)擬采用傘降模式回收，讓一級(jí)箭體利用降落傘緩慢落入水中，但在飛行試驗(yàn)中均驗(yàn)證失敗，因?yàn)榧w和降落傘在再入大氣的時(shí)候損壞，最后回收船只回收到了一級(jí)火箭的部分碎片。

圖7 獵鷹9V1．0構(gòu)型火箭Fig．7 The Falcon 9V1．0rocket

3．2 獵鷹9V1．1構(gòu)型

在使用獵鷹9V1．0構(gòu)型火箭滿足了NASA的合同需求后，SpaceX公司升級(jí)了獵鷹9火箭，設(shè)計(jì)了獵鷹9V1．1構(gòu)型，進(jìn)行了15次發(fā)射任務(wù) （成功14次）。改進(jìn)的主要目的是重復(fù)使用一子級(jí)，提升了80%的運(yùn)載能力以抵消由于重復(fù)使用帶來(lái)的運(yùn)載能力損失，對(duì)一子級(jí)重復(fù)使用進(jìn)行了技術(shù)方案的升級(jí)。

1）發(fā)動(dòng)機(jī)從隼－1C變?yōu)轹溃?D，包括發(fā)動(dòng)機(jī)推力、比沖、推重比等性能有了明顯提升 （海平面推力從43t提升至63．5t，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)減重450kg），一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)可節(jié)流70%，用節(jié)流方式取代原來(lái)分離前關(guān)閉部分發(fā)動(dòng)機(jī)的方式，控制飛行過(guò)載；提升發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和批生產(chǎn)能力，包括使用同一種類型閥門(mén)替換原兩個(gè)燃料、氧化劑閥門(mén)，提升發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室、噴嘴的熱環(huán)境極限條件，改進(jìn)了燃燒室制造工藝，增設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)之間耐熱防護(hù)裝置，防止發(fā)動(dòng)機(jī)爆炸時(shí)波及其他發(fā)動(dòng)機(jī)。

2）為了提升火箭運(yùn)載能力，增加推進(jìn)劑加注量，延長(zhǎng)了火箭一級(jí)、二級(jí)貯箱長(zhǎng)度，火箭高度相應(yīng)增加至68．4m。

3）一級(jí)底部發(fā)動(dòng)機(jī)從3×3排列變?yōu)榄h(huán)形排列，使得一級(jí)尾部不需再配套擴(kuò)張段，為后續(xù)芯級(jí)捆綁芯級(jí)的重型獵鷹火箭BFR使用重復(fù)使用模塊奠定基礎(chǔ)，與此同時(shí)也簡(jiǎn)化了發(fā)動(dòng)機(jī)故障情況下的重構(gòu)算法。

4）首次使用5．2m／5．18m直徑整流罩；升級(jí)火箭控制系統(tǒng)，引入三冗余飛控計(jì)算機(jī)，基于龍飛船已飛行驗(yàn)證單元設(shè)計(jì)新軟件；簡(jiǎn)化一、二級(jí)連接 （從9個(gè)硬件接口、3個(gè)用于分離的推桿部件變?yōu)?個(gè)包含推桿的連接器）。

針對(duì)重復(fù)使用需求，V1．1火箭一子級(jí)進(jìn)行了全面的技術(shù)改造和升級(jí)，主要包括：

1）發(fā)動(dòng)機(jī)具備空中再次點(diǎn)火與節(jié)流能力，包括一子級(jí)3臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)再入點(diǎn)火與單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)著陸點(diǎn)火［8］；

2）首次加入閉環(huán)液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的柵格舵以控制一級(jí)再入大氣和下降過(guò)程 （圖8）；

3）安裝著陸支架，嘗試在陸上和海上平臺(tái)垂直回收箭體 （圖8）。

圖8 獵鷹9V1．1構(gòu)型火箭增加的柵格舵和著陸支架Fig．8 The added grid fins and landing legs of the Falcon 9V1．1rocket

3．3 獵鷹9V1．2構(gòu)型

2015年6月28日，SpaceX公司使用獵鷹9 V1．1火箭執(zhí)行國(guó)際空間站CRS－7任務(wù)，一級(jí)飛行段由于二級(jí)液氧貯箱內(nèi)氣瓶支架斷裂造成箭體破壞最終造成飛行失利［7］。SpaceX公司在故障調(diào)查定位后，重新優(yōu)化并完成了獵鷹9V1．2火箭研制，2015年12月21日其第一次飛行任務(wù)中一子級(jí)陸上回收首次成功，取得了人類航天史上具有里程碑意義的成就。

在獵鷹9V1．1構(gòu)型的基礎(chǔ)上，獵鷹9V1．2主要有以下方面的改進(jìn) （圖9）：

1）二子級(jí)火箭 （包括級(jí)間段）長(zhǎng)度增加了1．5m，使得全箭高度達(dá)到約70m，起飛規(guī)模提升約50t，其基礎(chǔ)級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)推力提升約920．7kN，使其起飛推重比仍然維持在較優(yōu)的水平；

2）一級(jí)隼－1D發(fā)動(dòng)機(jī)海平面推力增加102．3kN，達(dá)到756．2kN，為適應(yīng)更大推力，加強(qiáng)了機(jī)架結(jié)構(gòu)；

3）二級(jí)隼－1D真空發(fā)動(dòng)機(jī)噴管延長(zhǎng)，最高推力達(dá)到934．1kN；對(duì)連接火箭一子級(jí)和二子級(jí)的級(jí)間段進(jìn)行加長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，以適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)延長(zhǎng)的噴管；

圖9 獵鷹9V1．2火箭改進(jìn)示意圖Fig．9 The sketch map of the Falcon 9V1．2rocket upgrade

4）火箭氧化劑和燃料進(jìn)行過(guò)冷加注，液氧溫度約為－207℃，煤油溫度約為－7℃，其中加注了超過(guò)2／3的超冷液氧，使得推進(jìn)劑的密度提高了約4%，從而增大推進(jìn)劑加注質(zhì)量，提升發(fā)動(dòng)機(jī)性能；

5）在保持一子級(jí)長(zhǎng)度的同時(shí)，結(jié)合推進(jìn)劑溫度調(diào)整情況調(diào)整一子級(jí)氧化劑和燃燒劑的貯箱長(zhǎng)度；

6）對(duì)用于一子級(jí)箭體回收使用的柵格舵和著陸支腿結(jié)構(gòu)進(jìn)行了適應(yīng)性改進(jìn)。

經(jīng)過(guò)以上改進(jìn)工作，火箭運(yùn)載能力提升約33%，一子級(jí)箭體在飛行結(jié)束后依然有足夠的剩余推進(jìn)劑，為后續(xù)進(jìn)行陸上垂直回收提供足夠的運(yùn)載能力余量。

4 首飛成功的影響分析與啟示

4．1 持續(xù)創(chuàng)新是提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的源泉

SpaceX公司獵鷹9火箭憑借其優(yōu)異的性能和突出的成本優(yōu)勢(shì)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力持續(xù)提升，根本原因在于其持續(xù)創(chuàng)新的技術(shù)理念 （獵鷹9火箭技術(shù)發(fā)展路線見(jiàn)圖10）。隼1發(fā)動(dòng)機(jī)在繼承阿波羅登月飛船發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)了多次改進(jìn)，使其推重比達(dá)到了世界第一，動(dòng)力故障監(jiān)測(cè)與冗余技術(shù)、箭體可控垂直回收技術(shù)也在搭載試驗(yàn)過(guò)程中得到了長(zhǎng)足進(jìn)步，其火箭構(gòu)型通過(guò)采用創(chuàng)新技術(shù)的同時(shí)，性能和成本得到持續(xù)提升，為最終提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力奠定了基礎(chǔ)。

圖10 獵鷹9火箭技術(shù)發(fā)展路線Fig．10 The Technical improvement path of Falcon 9

以上分析說(shuō)明，在商業(yè)航天市場(chǎng)必須緊緊圍繞創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略：一方面要大膽采用兼具創(chuàng)新型和成本優(yōu)勢(shì)的解決方案，另一方面，要大膽試驗(yàn)，允許失敗。通過(guò)必要的地面試驗(yàn)及搭載飛行試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試試驗(yàn)的快速反復(fù)迭代，逐步掌握先進(jìn)的運(yùn)載支撐技術(shù)，使得火箭的性能能夠全面提升，成本能夠得到有效控制，并最終在商業(yè)航天市場(chǎng)獲得較強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

4．2 持續(xù)降低成本是提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的另一利器

美國(guó)聯(lián)邦航空管理局 （FAA）預(yù)計(jì)未來(lái)10年全球商業(yè)發(fā)射總次數(shù)為412次。SpaceX公司利用低成本這一重要優(yōu)勢(shì)，自2008年起強(qiáng)勢(shì)爭(zhēng)奪商業(yè)發(fā)射訂單，以低成本、可重復(fù)使用逐漸建立競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這也迫使世界各國(guó)在商業(yè)發(fā)射領(lǐng)域著力壓縮火箭成本，提升競(jìng)爭(zhēng)力。就連2018年2月6日首飛成功的獵鷹重型火箭也已經(jīng)簽訂了4份合同［9］，一旦獵鷹重型火箭驗(yàn)證了其可靠性并且最終投入使用，將加劇美國(guó)國(guó)內(nèi)火箭市場(chǎng)和國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。獵鷹火箭之所以能夠?qū)γ绹?guó)宇宙神5、德?tīng)査?火箭以及國(guó)際上其他商業(yè)火箭造成很大的沖擊，其成本優(yōu)勢(shì)是一個(gè)重要原因。

SpaceX公司于2016年5月初公布了獵鷹系列火箭的最新發(fā)射價(jià)格，獵鷹9V1．2的發(fā)射價(jià)格為6200萬(wàn)美元，獵鷹重型火箭的發(fā)射價(jià)格為9000萬(wàn)美元。最近馬斯克在Block5構(gòu)型首飛前表示，Block5構(gòu)型的報(bào)價(jià)仍然維持在6200萬(wàn)，重復(fù)使用箭體后的報(bào)價(jià)為5000萬(wàn)左右。如果Block5對(duì)應(yīng)的一子級(jí)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期10次以上的重復(fù)使用，并有效控制檢修費(fèi)用，該型火箭的實(shí)際成本可以進(jìn)一步降低，相對(duì)現(xiàn)役其他火箭的優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步擴(kuò)大。

獵鷹9火箭和阿里安5、質(zhì)子號(hào)等現(xiàn)役和在研主要商業(yè)運(yùn)載火箭的發(fā)射價(jià)格對(duì)比如表2所示，表中發(fā)射價(jià)格特指商業(yè)載荷 （主要指GEO通信衛(wèi)星）的發(fā)射價(jià)格。

表2 主要商業(yè)運(yùn)載火箭發(fā)射價(jià)格對(duì)比Tab．2 The comparison of the main commercial launch vehicles ′launch service price

然而對(duì)于完全市場(chǎng)化的商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)，其發(fā)射價(jià)格更多地體現(xiàn)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，SpaceX公司通過(guò)采用較小的公司規(guī)模、垂直整合的運(yùn)行模式和采用重復(fù)使用技術(shù)，使得其發(fā)射成本相比傳統(tǒng)航天巨頭有較大優(yōu)勢(shì)；但由于其在重復(fù)使用等技術(shù)研發(fā)中投入巨大 （據(jù)馬斯克和肖特維爾透露研發(fā)耗資約10億美元），需要通過(guò)發(fā)射服務(wù)費(fèi)用抵消相應(yīng)研發(fā)費(fèi)用，因此其重復(fù)使用火箭發(fā)射報(bào)價(jià)并未完全降低至前期承諾的發(fā)射服務(wù)費(fèi)用60%～70%，盡管如此，依然具備足夠的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在最新的國(guó)際空間站貨運(yùn)補(bǔ)給合同中，SpaceX公司每千克發(fā)射費(fèi)用上漲了50%，使得2020—2024年的合同將比第一輪增加4億美元，但貨運(yùn)次數(shù)比第一輪少了6次，而原因更多的是SpaceX公司認(rèn)為其第一輪的出價(jià)過(guò)低或者它在補(bǔ)給任務(wù)中已完成部分節(jié)省費(fèi)用的目標(biāo)。

在政府強(qiáng)力支持和自身采用創(chuàng)新技術(shù)的共同推進(jìn)下，SpaceX公司的發(fā)射服務(wù)報(bào)價(jià)極具競(jìng)爭(zhēng)力，但其價(jià)格還遠(yuǎn)未到達(dá)到其前期承諾的那么低廉，完全的商業(yè)化競(jìng)爭(zhēng)下也隱藏著美國(guó)太空航天政策的引導(dǎo)與支撐，這一點(diǎn)需要引起整個(gè)航天發(fā)射領(lǐng)域企業(yè)的重視。只有通過(guò)采用創(chuàng)新技術(shù)、高度的產(chǎn)業(yè)整合、更加密切的合作，才能實(shí)現(xiàn)整體市場(chǎng)份額的增加和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的持續(xù)提升。

4．3 整個(gè)商業(yè)航天的發(fā)展得益于清晰的政策指導(dǎo)

SpaceX公司的異軍突起正是得益于美國(guó)國(guó)家航天政策的調(diào)整。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，NASA在獲取國(guó)會(huì)經(jīng)費(fèi)支持越來(lái)越有限的情況下，提出通過(guò)政策支持和鼓勵(lì)私營(yíng)商業(yè)航天公司開(kāi)展近地軌道運(yùn)輸任務(wù)，并通過(guò)大量試驗(yàn)設(shè)施及技術(shù)支持，使得以SpaceX公司為代表的私營(yíng)商業(yè)航天公司發(fā)展迅速，成為了航天發(fā)射市場(chǎng)的有力 “攪局者”，使整個(gè)行業(yè)發(fā)生了積極的連鎖反應(yīng)，世界各國(guó)的火箭研制承包商均在采取各種途徑降低產(chǎn)品成本，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

SpaceX公司獵鷹9火箭對(duì)美國(guó)傳統(tǒng)發(fā)射領(lǐng)域的主要執(zhí)行者——聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟 （ULA）造成了巨大沖擊。特別是近期，SpaceX公司甚至進(jìn)入了ULA賴以生存的軍事發(fā)射市場(chǎng)，開(kāi)始承接諸如GPS－3衛(wèi)星、X－37B軌道飛行器等利潤(rùn)巨大的發(fā)射任務(wù)。ULA在新火箭研發(fā)過(guò)程中必須審視自身不足，提出具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品方案。

ULA正在研制的火神火箭，將取代德?tīng)査?和宇宙神5兩型火箭，通過(guò)構(gòu)型的精簡(jiǎn)、產(chǎn)品性能的提升，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力?；鹕窕鸺ㄟ^(guò)采用模塊化設(shè)計(jì)，借鑒SpaceX公司的垂直整合思路和關(guān)鍵產(chǎn)品復(fù)用技術(shù)開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)研制與發(fā)射成本的持續(xù)降低。為實(shí)現(xiàn)部分可重復(fù)使用技術(shù)，ULA提出了敏感模塊自主返回技術(shù) （SMART），計(jì)劃回收火箭芯一級(jí)的兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，其單發(fā)火箭報(bào)價(jià)為1億美元，預(yù)計(jì)2020年首飛［10］。

歐洲阿里安航天公司研發(fā)的阿里安6火箭，通過(guò)采取低成本措施等手段積極應(yīng)對(duì)SpaceX公司的競(jìng)爭(zhēng)，將兩種構(gòu)型發(fā)射價(jià)格直接降低至7500萬(wàn)歐元和9000萬(wàn)歐元，發(fā)射單價(jià)甚至低于目前的獵鷹9火箭報(bào)價(jià)，近期還提出了基于垂直起降回收的阿里安6NEXT火箭。阿里安6的方案受到了獵鷹9火箭垂直回收技術(shù)影響，火箭基于7臺(tái)普羅米修斯發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)的芯一級(jí)、一臺(tái)普羅米修斯發(fā)動(dòng)機(jī)的二級(jí)以及P120C固體級(jí)組合而成。

日本的H－3火箭同樣覬覦商業(yè)市場(chǎng)，在吸取H－2火箭開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)之后，將其一子級(jí)主動(dòng)力由前期的閉式循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)更改為經(jīng)濟(jì)性更好、價(jià)格更低的2～3臺(tái)LE－9新型開(kāi)式循環(huán)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)射價(jià)格降至5000萬(wàn)美元左右，計(jì)劃2020年首飛。

5 結(jié)束語(yǔ)

美國(guó)SpaceX公司不斷進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，獵鷹火箭的每一次更新與技術(shù)創(chuàng)新都給人們帶來(lái)了巨大的震撼，甚至改變了世界商業(yè)航天的發(fā)展走向。通過(guò)全面分析其技術(shù)更迭和優(yōu)化過(guò)程，從中找到適合我國(guó)未來(lái)火箭發(fā)展特點(diǎn)的措施，才能夠在未來(lái)的商業(yè)航天浪潮中，站穩(wěn)腳跟，迎難而上，闖出一條有中國(guó)特色的運(yùn)載火箭發(fā)展道路。