文/ 遲惑

我們中國人在討論危機這個詞匯的時候，總是用機遇和風(fēng)險并存來解讀，在英文當(dāng)中，作為危機的crisis，并不含有機遇這個層次的意義。

但是最近一段時間，隨著美國國防部新一輪漸進(jìn)型一次性運載火箭招標(biāo)的開始，中文的危機也被美國人引入了自己的解讀當(dāng)中。

面臨這種機遇和風(fēng)險并存局面的是誰呢？這是我們所熟悉的軌道科學(xué)·ATK公司。

志在必得的競標(biāo)

在美國的火箭制造商當(dāng)中，軌道科學(xué)·ATK公司往往是一個被人們忽視的角色。風(fēng)光在航天媒體新聞頭條上的，不是聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司，就是太空探索技術(shù)公司，藍(lán)色起源公司偶爾也被人提起。

然而軌道科學(xué)·ATK公司卻是一家成功運行了好幾十年的中型企業(yè)。它擁有三種相當(dāng)不錯的火箭，其中有能夠發(fā)射載貨飛船前往國際空間站的心宿二火箭，還有世界上唯一投入業(yè)務(wù)運行的空射運載火箭“飛馬座”，以及一種不算很起眼的中型火箭“人牛座”。這家公司之所以容易被人們忽視，可能是出于兩個原因。首先是公司負(fù)責(zé)人不善于作秀。軌道科學(xué)·ATK公司創(chuàng)始人戴維·湯普森是一個標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)霸，善于做研發(fā)，善于做運營，但是不善于向公眾忽悠。另外一個問題是，軌道科學(xué)·ATK公司沒有重型火箭。心宿二火箭雖然能夠發(fā)射飛船，但是近地軌道運載能力只有6.5噸，不夠炫，也不夠刺激。

▲ “歐米茄”將采用5米直徑的大型整流罩

原本來說，這樣的局面也沒有什么大不了的，軌道科學(xué)·ATK公司有自己的目標(biāo)市場，那就是中小型航天器的低成本發(fā)射。軌道科學(xué)·ATK公司從來不和聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司去爭奪重型衛(wèi)星和高價的軍方發(fā)射服務(wù)合同，反正也搶不過嘛。

但是太空探索技術(shù)公司及其獵鷹9號火箭的存在，讓這田園牧歌般的生活出了很大的問題。主要原因是獵鷹9號運載火箭的發(fā)射服務(wù)實在是太便宜了。這樣在整個西方航天產(chǎn)業(yè)內(nèi)也形成了一種“能讓馬斯克發(fā)射，就不讓別人發(fā)射”的輿論環(huán)境。對于小本經(jīng)營的軌道科學(xué)·ATK公司來說，這可如何是好？

軌道科學(xué)·ATK公司雖然曾經(jīng)入選美國宇航局的商業(yè)軌道運輸服務(wù)合同，但這份合同的采購總量是非常有限的。而且更大的問題是，美國政府打算到2024年就放棄國際空間站不干了。到那個時候，國際空間站或者轉(zhuǎn)向商業(yè)化運營，或者由其他幾個參與方出資運營。如果2024年后國際空間站還需要貨物運輸合同，那么肯定是采用最低價中標(biāo)的模式，換句話說，所有的合同都會被馬斯克搶走。軌道科學(xué)·ATK公司在發(fā)射市場上可怎么活呢。

這件事情毋庸置疑地是一個crisis。

美國空軍新的引進(jìn)型一次性運載火箭合同的競標(biāo)卻為軌道科學(xué)·ATK公司提供了新的機會。美國空軍的合同以數(shù)量大、價值高、運行穩(wěn)定著稱，誰要是被選進(jìn)了名單，至少在今后十幾年的時間當(dāng)中，可以享受到一份保底的穩(wěn)定收入。對軌道科學(xué)·ATK公司來說，如果能進(jìn)入名單，至少可以把公司的運載火箭任務(wù)保存下來。

當(dāng)然要想進(jìn)入名單，現(xiàn)有的三種火箭肯定是不夠的，而且心宿二火箭自身面臨著嚴(yán)重的問題?！靶乃薅钡睦习姹静捎枚砹_斯的NK-30發(fā)動機，2014年發(fā)射失敗后改用俄羅斯的RD-181。對俄羅斯發(fā)動機的依賴，讓這個型號很難進(jìn)入美國軍方采購合同。君不見，連洛·馬公司這個強悍的老牌軍火商，都要搞新的國產(chǎn)發(fā)動機和新的火箭了，弱小的軌道科學(xué)·ATK公司怎么可能逆轉(zhuǎn)大趨勢呢。

▲“歐米茄”中型配置發(fā)射前的想象圖

所謂求人不如求己，既然老型號不中用，那么就索性自己從頭搞一個大型火箭吧。說不定公司就這樣浴火重生了。

這當(dāng)然就是我們所說的opportunityle 。

下面就讓我們來看一看軌道科學(xué)·ATK公司打算用一個什么樣的型號來轉(zhuǎn)危為機。

“歐米茄”長啥樣

從1998年和2017年美國空軍所發(fā)射的衛(wèi)星參數(shù)對比來看，有一個顯著的趨勢，就是衛(wèi)星越來越大、越來越重。其中低軌道衛(wèi)星的重量減小了，但太陽同步軌道、中軌道、地球同步轉(zhuǎn)移軌道、地球靜止軌道衛(wèi)星的重量都增加了不少，甚至有翻倍的，而且使用5米以上直徑大型整流罩的機會越來越多。這顯然是衛(wèi)星功能越來越多、性能越來越好，一方面需要更大面積的太陽能電池、更多的電力才能工作，另一方面也需要更大孔徑的天線來完成數(shù)據(jù)傳輸或者電子信號監(jiān)聽任務(wù)。

▲ “歐米茄”重型配置在發(fā)射臺上的想象圖，助推器還沒有安裝

▲ 心宿二火箭采用了俄羅斯發(fā)動機，而且運載能力不足

因此，軌道科學(xué)·ATK公司需要研制什么火箭也很清楚了——一種能使用5米以上直徑整流罩的大運力火箭。這個目標(biāo)對軌道科學(xué)·ATK公司來說，還是有點挑戰(zhàn)性的。

然而，他馬斯克做得，我戴維·湯普森為什么做不得？在合并之前，軌道科學(xué)公司和ATK公司都已經(jīng)是航天界的老手。軌道科學(xué)公司擁有“飛馬座”、“人牛座”、“心宿二”幾種火箭，ATK公司擁有多種大直徑固體火箭發(fā)動機的研制經(jīng)驗，包括用于德爾塔2火箭的GEM-63助推器。航天飛機的兩個固體燃料助推器（SRB）也是ATK公司出品。

▲幾種火箭的尺寸對比

說起SRB，大家都非常熟悉。這兩根鉛筆一樣的東西是史上最強大的固體火箭發(fā)動機，海平面推力達(dá)到14682.36千牛。航天飛機起飛推力的71.4%是由這兩枚火箭提供的。SRB的直徑達(dá)到3.71米，用來作為一種大型火箭的芯級是相當(dāng)合適的。

單臺SRB采用5段固體燃料，工作時間127秒。如果作為發(fā)射衛(wèi)星的運載火箭的某一級，根本不需要這么強大的功能。因此軌道科學(xué)·ATK公司在SRB基礎(chǔ)上搞了三種縮水版的發(fā)動機，分別稱為“蓖麻300”、“蓖麻600”和“蓖麻1200”。其中“蓖麻300”采用一段SRB的固體燃料，“蓖麻600”采用兩段，“蓖麻1200”采用四段。

▲ 軌道科學(xué)·ATK公司曾經(jīng)討論過的4種“歐米茄”芯級構(gòu)型，最左邊是航天飛機固體助推器

軌道科學(xué)·ATK公司手里還有一種可以作為助推器的發(fā)動機，也就是GEM-63。這也是一種經(jīng)過飛行檢驗的型號，是宇宙神5火箭的助推器。聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司研制中的火神火箭，也要采用GEM-63的改進(jìn)型。

通過這些發(fā)動機的組合，軌道科學(xué)·ATK公司提出了一種叫做“下一代運載火箭”（NGL）的型號，競爭新一輪EELV合同。NGL分為中型和重型兩種配置，分別叫做500系列和500XL系列。NGL只是一個概念性的稱呼，新火箭還是要有自己的綽號的。經(jīng)過反復(fù)斟酌，軌道科學(xué)ATK公司給NGL起了一個正式名字“歐米茄”。中型火箭的第一級采用單臺“蓖麻600”和兩枚GEM-63助推器，二級采用單臺“蓖麻300”發(fā)動機，整流罩直徑5米、長15米，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力達(dá)到4900千克～10100千克；重型火箭的第一級采用單臺“蓖麻1200”發(fā)動機和兩枚GEM-63助推器，二級還是單臺“蓖麻300”，整流罩直徑5米、長可達(dá)20米，可以把衛(wèi)星直接送入靜止軌道，運載能力達(dá)到5250千克～7800千克。

火箭的電子系統(tǒng)直接沿用自成熟的人牛怪火箭，并進(jìn)行適應(yīng)性改造。

誰家低溫火箭好？

談到這里，大家可能會問，第三級火箭是什么？事實上，第三級火箭的問題上確實發(fā)生了一些變故。在設(shè)計之初，“歐米茄”打算采用藍(lán)色起源公司的BE-3U發(fā)動機。這成為藍(lán)色起源公司研發(fā)業(yè)績的又一個證據(jù)，連“火神”都要用這家公司的BE-4嘛。但是后來，采用BE-3U的討論越來越少，最后，軌道科學(xué)·ATK公司宣布，要換用阿羅杰特-洛克達(dá)因公司的RL-10液氫液氧發(fā)動機或者歐洲空客公司在研的“達(dá)·芬奇”發(fā)動機。

為什么煮熟的鴨子會飛？因為BE-3U的推力高達(dá)53.4千牛，“歐米茄”的第三級根本不需要這么大推力。雖然可以把BE-3U的推力相應(yīng)調(diào)低，但是不可能按比例調(diào)低發(fā)動機的體積和重量，更不會調(diào)低成本。這樣就會形成一種性能參數(shù)很難看的發(fā)動機。所以，“歐米茄”放棄BE-3U也是情理之中的。

最后，“歐米茄”上面級選定了RL-10發(fā)動機，美機美造嘛。無論從政治上、技術(shù)上還是經(jīng)濟上，這都是個合乎邏輯的選擇。

復(fù)材+一次性 VS 鋼材+復(fù)用

如果說過去幾年運載火箭技術(shù)領(lǐng)域有什么大的突破，“獵鷹9號”的一級回收和重復(fù)使用肯定會名列其中。這項成就已經(jīng)逼迫著相當(dāng)多火箭制造商提出自己的回收復(fù)用方案。但軌道科學(xué)·ATK公司卻反其道而行之，把已經(jīng)成熟的回收復(fù)用火箭改成了一次性的。

眾所周知，航天飛機固體火箭助推器（SRB）在燃盡之后，用降落傘降落到海面上，然后回收、整修，重新使用。相關(guān)飛行記錄已經(jīng)有100多次，基本上沒有發(fā)生過問題。SRB的殼體是鋼制的。但是軌道科學(xué)·ATK公司決定，在“歐米茄”火箭上不再使用鋼制殼體，而是改用碳纖維復(fù)合材料殼體。這種技術(shù)來自于當(dāng)年的陸基機動彈道導(dǎo)彈，它不能回收復(fù)用，打完一次就得扔掉了。

軌道科學(xué)·ATK公司這是要開歷史倒車嗎？

▲ 重型獵鷹的發(fā)射成功讓軌道科學(xué)·ATK公司倍感壓力

根據(jù)公司的解釋，一次性的復(fù)合材料火箭殼體制造工時比較短，比翻新鋼殼體還少46%。幾個工人操縱一臺大型機器，就可以完成一臺殼體的制造工作。想想火箭技師的工資水平，減少46%工時對于降低成本的效果還是很顯著的。

有分析家提出了這樣的類比。每個人在吃完蛋糕之后，都會把紙盤子直接扔掉，幾乎沒有人打算洗干凈重新用。但如果用細(xì)瓷盤子進(jìn)餐，幾乎每個人都會在事后把它洗干凈重新用，而不是扔掉。如果細(xì)瓷盤子的價錢和紙盤子一樣，恐怕就有不少人把它當(dāng)作一次性用品了?；鸺彩且粯樱绻壍揽茖W(xué)·ATK公司能夠通過種種措施，把火箭的總體價格降下來，降到和“獵鷹9號”回收復(fù)用一樣的程度，那就具有顯著競爭力了。

便宜、更便宜

單單降低殼體成本還不夠，軌道科學(xué)·ATK公司把壓縮成本的努力擴大到了其他很多方面。例如，他們正在考慮用高氯酸銨作為兩級固體火箭推進(jìn)劑中的氧化劑。氧化劑的重量占到了推進(jìn)劑總重量的70%，改用高氯酸銨后，推進(jìn)劑成本可以降低50%。雖然高氯酸銨具有很強的腐蝕性，也容易燃燒和爆炸。但為了降低成本，軌道科學(xué)·ATK公司還是沒有排除這個選擇。

除了打火箭的主意，軌道科學(xué)·ATK公司還在生產(chǎn)和發(fā)射流程中設(shè)法減少開支?！皻W米茄”的發(fā)動機既然是SRB縮短而來，那么就可以用SRB的生產(chǎn)線來生產(chǎn)，反正航天飛機退役后，這條生產(chǎn)線就空閑下來了?！皻W米茄”還可以用航天飛機的發(fā)射臺來發(fā)射，至少燃料是一樣的嘛！而且美國宇航局新的SLS火箭也要從這個發(fā)射臺起飛，可以分?jǐn)偛簧儋M用。

軌道科學(xué)·ATK公司之所以要這樣努力地控制成本，主要還是為了爭得最后合同。和聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司、太空探索技術(shù)公司相比，“歐米茄”的劣勢是很明顯的。無論“德爾塔4”還是“宇宙神5”，在過去20年的飛行中都沒有發(fā)生過任何事故。“獵鷹9號”雖然出過幾次事故，但總體可靠性還不錯，而且價錢便宜到不能再便宜了?！皻W米茄”還在繪圖板上，沒有什么發(fā)射記錄可言。雖然發(fā)動機都是成熟技術(shù)，但從分系統(tǒng)到總體的路還很長。所以，盡力控制成本是贏得合同的最有力手段。如果“歐米茄”的綜合成本能夠降低到“獵鷹9號”的水平甚至更低，那么拿到長期合同的可能性就非常高了。

“歐米茄”在新一輪EELV選型中已經(jīng)入圍，拿到了1.8億美元的研制經(jīng)費。軌道科學(xué)·ATK公司還要配套1.25億美元的自有資金。按照公司的計劃，2020年，這種源于航天飛機的火箭就要首次發(fā)射。到時候，湯普森能不能給馬斯克一點顏色看看，實在讓人期待。★