文/ 田豐

▲ 火神火箭

作為未來數(shù)年間美國軍用航天發(fā)射的“劃地之戰(zhàn)”，備受矚目的“國家安全發(fā)射”（NSSL）項目第二階段招標(biāo)結(jié)果于今年8 月揭曉，經(jīng)過兩輪激烈“搏殺”之后，美國空軍宣布聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA）和太空探索技術(shù)公司（SpaceX）兩家公司中標(biāo)。后續(xù)兩家將分別以60%、40%比例瓜分從2022年到2026 年預(yù)計總數(shù)為30 至34 次的高價值國防發(fā)射任務(wù)合同。雖然空軍尚未公布具體合同額，但業(yè)界認(rèn)為聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟合同額約為35 億美元，太空探索技術(shù)公司約為25 億美元。

最慘“落榜者”——歐米伽運(yùn)載火箭

正所謂“幾家歡喜幾家愁”，招標(biāo)結(jié)果的公布也代表四家競標(biāo)企業(yè)中的另外兩位——藍(lán)色起源公司和諾格創(chuàng)新系統(tǒng)公司（以下簡稱“諾格”）將無緣該項目。其中軍工巨頭諾格公司最為失落，為競標(biāo)“國家安全發(fā)射”專門設(shè)計了名為“歐米伽”的新型運(yùn)載火箭，可謂誠意十足，但最終仍難逃“落榜”命運(yùn)，競標(biāo)失敗后“歐米伽”將徹底失去空軍資助。有鑒于此，“諾格”最終于9 月末決定徹底中止旗下“歐米伽”新型運(yùn)載火箭的所有后續(xù)研制工作。原定明年的首飛任務(wù)已經(jīng)取消，火箭配套設(shè)施開始拆除，相關(guān)800名員工陸續(xù)轉(zhuǎn)崗，官網(wǎng)也撤下了相關(guān)介紹，仿佛這款火箭從未存在過。

其實相對于競標(biāo)中對手清一水的液體火箭而言，歐米伽火箭的設(shè)計頗具特色。該火箭設(shè)計的提出始于2016 年，當(dāng)時軌道·ATK 公司仿照“星座計劃”時期僅進(jìn)行過一次不完整試飛便告“夭折”的“戰(zhàn)神1”火箭思路，構(gòu)思了一款采用分段式大推力固體火箭發(fā)動機(jī)作為芯級，并在火箭末級輔以高比沖的膨脹循環(huán)氫氧發(fā)動機(jī)的方案，意圖打造一款“固液結(jié)合”的新型火箭。

2018 年軌道·ATK 公司被“諾格”收購，隨后“諾格”將該構(gòu)型完善后命名為“歐米伽”。該火箭動力系統(tǒng)靈活，組合了多種“久經(jīng)考驗”的美制成熟發(fā)動機(jī)產(chǎn)品，成本低，高可靠，周期短。首先火箭芯一級、芯二級均采用復(fù)合材料殼體制成的Castor（卡斯托）系列固體發(fā)動機(jī)，僅通過分段數(shù)量多少予以區(qū)分，因此一、二級可以共線生產(chǎn)，從而簡化生產(chǎn)降低成本。該發(fā)動機(jī)技術(shù)衍生自航天飛機(jī)的固體助推器，并在美國宇航局的太空發(fā)射系統(tǒng)上有所應(yīng)用，分?jǐn)偭瞬糠殖杀??；鸺墸┘墸┎捎脙膳_比沖高達(dá)453.8s 的阿羅杰特·洛克達(dá)因產(chǎn)RL-10C 氫氧發(fā)動機(jī)，以應(yīng)對高軌任務(wù)需求。最后，根據(jù)運(yùn)力需求可靈活搭配2～6 枚不等的自家GEM 系列固體助推器，該助推器現(xiàn)應(yīng)用于宇宙神5 火箭以及一同競標(biāo)的“火神”火箭，屬于成熟型號，研發(fā)成本已被客戶攤平。為進(jìn)一步增強(qiáng)競爭力，“歐米伽”在發(fā)射設(shè)施上也是能省則省，沒有選擇新建發(fā)射臺，而是利用固體發(fā)動機(jī)對地面系統(tǒng)的低要求的特性“蹭”臺發(fā)射。在東海岸發(fā)射時將與“太空發(fā)射系統(tǒng)”共享LC-39B 發(fā)射臺，而在西海岸發(fā)射時“諾格”則相中了德爾它4 系列火箭使用的SLC-6 發(fā)射臺。

可以說“歐米伽”火箭就是為“國家安全發(fā)射”項目而生，由于“獵鷹9”“阿里安5”“質(zhì)子”等已經(jīng)坐穩(wěn)噸級運(yùn)力級別的商業(yè)發(fā)射市場，歐米伽火箭自立項之初便不打算卷入純商業(yè)發(fā)射的價格競爭，也不指望通過商單回本，而是全力瞄準(zhǔn)“國家安全發(fā)射”?！皻W米伽”為什么寧可不接商單而要爭取“國家安全發(fā)射”呢？這還要從這個項目的前身說起。

▲ “獵鷹9”發(fā)射GPS-3

“國家安全發(fā)射”項目的前世今生

上世紀(jì)80 年代末到90 年代初，航天飛機(jī)和當(dāng)時美國的其他主流運(yùn)載火箭相繼出現(xiàn)重大事故，而歐洲卻在世界商業(yè)發(fā)射市場異軍突起。為確保美國在冷戰(zhàn)末期航天發(fā)射領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位，美國空軍在1994 年發(fā)起了“改進(jìn)型一次性運(yùn)載火箭”（EELV，Evolved Expendable Launch Vehicle）計劃，意圖扶植兩款（原定一款）商業(yè)上具備競爭力，且能滿足軍方發(fā)射需求的新型運(yùn)載火箭，兩型火箭互為備份，以維持必要的國防發(fā)射能力。1998 年，空軍最終選定了波音公司的德爾它4 和洛·馬公司的宇宙神5 兩型火箭中標(biāo)EELV 項目。

然而好景不長，兩款火箭高估了商業(yè)發(fā)射市場的任務(wù)數(shù)量，兩家公司都出現(xiàn)了虧損和難以收回成本的情況，因此2006 年“波音”和“洛·馬”合資成立聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟（ULA），將EELV 的兩型火箭盡收麾下。當(dāng)時美國空軍未能阻止此次并購，結(jié)果造成了ULA 實質(zhì)性壟斷軍方發(fā)射業(yè)務(wù)。發(fā)射壟斷最終帶來了低效和高價，尤以單發(fā)均價高達(dá)4 億美元的德爾它4 火箭為甚。雖然報價昂貴，但EELV 項目實施25 年來兩款火箭確實成功執(zhí)行了大量高價值國防載荷的發(fā)射業(yè)務(wù)。不過近年來德爾它4 火箭進(jìn)入退役階段，而宇宙神5 火箭雖“正值壯年”，但美政界卻一直對該火箭使用的俄制RD-180 發(fā)動機(jī)耿耿于懷，莫名擔(dān)心俄羅斯借“機(jī)”威脅美國家安全，因此勒令“宇宙神5”必須在2022 年底前徹底退出美國國防發(fā)射領(lǐng)域。

然而事實上，俄美合作誕生的RD-180 發(fā)動機(jī)不僅廉價而且可靠，初期報價僅1000 萬美元出頭，漲價后也不過2500 萬美元左右，遠(yuǎn)低于德爾它4 系列采用的RS-68 發(fā)動機(jī)。自2002年首飛算起，RD-180 已經(jīng)推動宇宙神5 火箭累計執(zhí)行85 次發(fā)射任務(wù)，成功率幾近100%，從未導(dǎo)致有效載荷損失。反倒是“全美制”的德爾它4 系列火箭在早期出過一些問題。

▲ 歐米伽火箭豎立發(fā)射臺示意圖

▲ 使用俄制RD-180 發(fā)動機(jī)的宇宙神5 火箭

表1：美國空軍發(fā)布的“國家安全發(fā)射”軌道需求

至此，美國空軍為面對未來的國防發(fā)射需求，同時剔除RD-180 這個風(fēng)險要素，于2019 年將項目改名為“國家安全發(fā)射”（National Security Space Launch）。項目擬再選定兩家承包商采用“純美制”火箭執(zhí)行后續(xù)發(fā)射，同時要求投標(biāo)火箭同時具備從東、西海岸向多種軌道發(fā)射一定質(zhì)量載荷的能力（詳見表1），嚴(yán)苛的運(yùn)力需求和資質(zhì)條件對投標(biāo)火箭提出了很高的要求。但考慮國防載荷通常價值高昂，發(fā)射費(fèi)用較純商業(yè)訂單有一定溢價，利潤豐厚，加之發(fā)射需求穩(wěn)定可觀，相對“陰晴不定”的商業(yè)發(fā)射市場，國防發(fā)射業(yè)務(wù)確實是“香餑餑”。即使投標(biāo)門檻高企，仍然吸引了三大軍工巨頭（ULA 是波音、洛·馬合資）和兩家頭部私營航企競標(biāo)。而且NSSL 項目名稱刪去了EELV 中“一次性”（Expendable）的修飾詞，意即可重復(fù)使用的運(yùn)載火箭系統(tǒng)也將被納入此次招標(biāo)中，最終5 款競標(biāo)火箭中竟有4 款具備重復(fù)使用能力或潛力，僅有“歐米伽”為傳統(tǒng)一次性運(yùn)載火箭。

▲ 新格倫火箭

表2：競標(biāo)“國家安全發(fā)射”第二階段合同的火箭基本參數(shù)對比

兩輪投標(biāo)，六箭爭雄，四家爭霸

2018 年初，NSSL 正式展開第一階段研發(fā)資助投標(biāo)，“藍(lán)源”、“諾格”、太空探索技術(shù)公司和“聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟”四家參與競標(biāo)。從資歷來看，聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟和太空探索技術(shù)公司是國防發(fā)射領(lǐng)域的“老面孔”，而“藍(lán)色起源”和“諾格”則是“新玩家”。2018 年10 月，空軍揭曉資助結(jié)果，這筆錢將用于支持在研投標(biāo)火箭的研發(fā)工作，其中“藍(lán)色起源”獲5 億美元，“聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟”獲9.67 億美元，“諾格”獲7.62 億美元，太空探索技術(shù)公司則意外“空手而歸”。太空探索技術(shù)公司投標(biāo)的是其在研的新一代“星艦”可完全重復(fù)使用運(yùn)載火箭，空軍稱該火箭用于發(fā)射高價值國防載荷的技術(shù)和進(jìn)度風(fēng)險過大，因此拒絕資助。但太空探索技術(shù)公司表示不服，于去年5 月一紙訴狀將美國空軍告上法庭，控告空軍偏袒其他投標(biāo)方。今年10 月美國加州法院最終裁決太空探索技術(shù)公司訴訟無效，空軍第一階段招標(biāo)合法，結(jié)束了這場長達(dá)18 個月的訴訟。

2019年5月，“國家安全發(fā)射”的第二輪競標(biāo)正式啟動，該階段將正式爭奪未來4年間30余次發(fā)射的合同歸屬。投標(biāo)方依然是第一階段四家，但太空探索技術(shù)公司重新拿出了自家的“重型獵鷹”及“獵鷹9”兩款現(xiàn)役運(yùn)載火箭參與投標(biāo)，至此共有5款火箭參與第二輪正式競標(biāo)，其基本情況如下：

除“諾格”的歐米伽火箭外，“聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟”投標(biāo)的是在研的火神運(yùn)載火箭，“火神”總體上延承了“宇宙神5”的設(shè)計思路，整箭直徑統(tǒng)一成5.4 米的同時，改進(jìn)了芯一級貯箱的設(shè)計和工藝，動力上采用另一家投標(biāo)商“藍(lán)色起源”研發(fā)的兩臺BE-4 液氧甲烷發(fā)動機(jī)，代替俄制RD-180 發(fā)動機(jī)，搭配“諾格”提供的GEM 系列固體助推器，芯二級采用裝有兩臺RL-10 發(fā)動機(jī)的半人馬5上面級。而基于通用芯級的更強(qiáng)運(yùn)力版本和“先進(jìn)低溫上面級”（ACES）則因需求不明而被擱置?！盎鹕瘛痹趯崿F(xiàn)全“美國造”的同時運(yùn)力水平相對“宇宙神5”又有提升，可以覆蓋現(xiàn)役的重型德爾塔4 火箭，總體競爭力很強(qiáng)。但整箭研發(fā)進(jìn)度受BE-4 嚴(yán)重拖累，“聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟”曾公開抱怨BE-4 是如期首飛的最大障礙。

而作為BE-4 發(fā)動機(jī)供應(yīng)商，“藍(lán)色起源”曾承諾不會爭搶國防發(fā)射這塊“肥肉”，最后卻在投標(biāo)時食言出手。作為“半路殺出的程咬金”，“藍(lán)色起源”只能拿出自家的新格倫可回收火箭參與競標(biāo)。但該火箭與“火神”同采用BE-4 發(fā)動機(jī)，為防止“一機(jī)拖兩箭”的局面出現(xiàn)，業(yè)界普遍認(rèn)為兩家同時中標(biāo)的希望渺茫。正所謂無巧不成書，在業(yè)界擔(dān)憂之后，“BE-4”的研發(fā)過程果然是“一波未平一波又起”，2017 年開始試車后推力及穩(wěn)定性一直未能達(dá)標(biāo)。于是2019 年初公司將整個預(yù)燃室-渦輪泵系統(tǒng)推翻重來，同年8 月終于完成全推力試車，但后續(xù)試車發(fā)現(xiàn)泵系穩(wěn)定性仍存缺陷，至今仍未徹底解決。

“藍(lán)色起源”競標(biāo)所用的自家新格倫火箭進(jìn)度更不容樂觀，芯二級采用的BE-3U 發(fā)動機(jī)曾競標(biāo)“火神”的芯二級發(fā)動機(jī)，但終究輸給了成熟的RL-10 發(fā)動機(jī)。目前“新格倫”只有7米直徑復(fù)合材料整流罩已獲公開，整箭進(jìn)度還受發(fā)射臺建設(shè)和回收船改裝進(jìn)度的拖累，其首飛日期很可能在2022 甚至更晚?？紤]到“藍(lán)色起源”從未給軍方發(fā)射過載荷，還需額外的認(rèn)證時間，2022 年準(zhǔn)時接替EELV 火箭幾無可能，這也是美國空軍所不能接受的，也注定了其競標(biāo)失敗的結(jié)局。

▲ 重型德爾它4 火箭發(fā)射NROL-71

▲ “重型獵鷹”發(fā)射STP-2 任務(wù)

▲ “藍(lán)色起源”BE-4 發(fā)動機(jī)試車

有趣的是，不同于第一階段投標(biāo)，太空探索技術(shù)公司這個“業(yè)界新貴”在二階段反成“老司機(jī)”，對高軌及大質(zhì)量載荷拿出“重型獵鷹”火箭，其余任務(wù)則采用高度成熟且廉價的“獵鷹9”火箭，兩者高低搭配聯(lián)合投標(biāo)。作為四家中唯一采用成熟現(xiàn)役型號的企業(yè)，加上近年來多次為軍方發(fā)射載荷的優(yōu)良業(yè)績，以及復(fù)用火箭提供的高頻率發(fā)射支撐和低廉報價，中標(biāo)可謂情理之中。

兩輪競標(biāo)塵埃落定之后，五款火箭的命運(yùn)已經(jīng)基本明朗。不過太空探索技術(shù)公司并非坐享中標(biāo)之利，根據(jù)環(huán)評報告透露太空探索技術(shù)公司未來還需研發(fā)（或外購）新型長整流罩，并在LC-39A 發(fā)射臺興建垂直整合部分特殊軍方載荷所使用的移動勤務(wù)塔，還要對保密流程進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。而對于無奈落選的“歐米伽”和“新格倫”，兩款火箭的命運(yùn)可謂大相徑庭，“新格倫”在世界首富貝索斯的不間斷資助下，仍將繼續(xù)推進(jìn)研發(fā)。

回顧整個項目競標(biāo)過程，美國空軍在“全美制”原則之下，既剔除了軍用發(fā)射中俄制發(fā)動機(jī)的潛在風(fēng)險，又刺激了美國現(xiàn)役運(yùn)載火箭的更新?lián)Q代。同時注重軍民融合，招標(biāo)中不但有傳統(tǒng)軍工巨頭，還吸納了兩家私營航天企業(yè)。評標(biāo)中，軍方綜合了進(jìn)度、風(fēng)險、可靠性和發(fā)射量等多種因素，同時吸取了EELV 項目型號技術(shù)隔離，互為備份的思路，力爭在期限前平穩(wěn)進(jìn)行發(fā)射服務(wù)的更新?lián)Q代。而所選兩家承包商也是風(fēng)格迥異，一“新”一“舊”，一“穩(wěn)”一“快”，讓技術(shù)創(chuàng)新和能力保障并行不悖，其思路和做法值得我們關(guān)注和分析。