“新格倫”火箭二級點火測試

美國當地時間2024年9月23日，美國“新格倫”液氧甲烷運載火箭二級成功完成了點火測試，過程持續15秒，這是該火箭完整級段的首次運行，也是該箭通往首飛道路上的一個里程碑。目前，“新格倫”火箭已經無限接近首飛。

近地軌道運力達到45噸

約翰·格倫（John Glenn）

作為與太空探索技術公司（SpaceX）同期誕生的另一家大型商業航天企業，藍色起源公司（Blue Origin）入軌級運載火箭一直處于研發當中，“新格倫”則是其當前著重研制的型號，是當前藍色起源公司與太空探索公司同臺競技的主力火箭型號。

“新格倫”火箭一級示意圖

“新格倫”（New Glenn）以第一個繞地球軌道飛行的美國人約翰·格倫（John Glenn）的名字命名，為大型雙低溫液體運載火箭，采用兩級串聯構型。該箭一級長度57.5米（包括級間段），配備7臺BE-4液氧甲烷發動機，由藍色起源公司位于華盛頓州肯特和亞拉巴馬州亨茨維爾的制造工廠生產。BE-4采用富氧分級燃燒循環，單臺海平面推力250噸（2450千牛），海平面比沖約310秒，具備深度變推力能力，最大可節流至45%。BE-4是世界有史以來推力最大的采用富氧分級燃燒循環的液氧甲烷發動機。

BE-3U液氫液氧發動機示意圖

該箭二級長度16.1米（不含發動機），配備2臺BE-3U液氫液氧發動機，該發動機基于“新謝潑德號”亞軌道飛行器使用的BE-3PM氫氧發動機研制，由藍色起源位于亞拉巴馬州亨茨維爾的發動機制造工廠組裝。BE-3U采用膨脹排氣循環（expander-bleed cycle），單臺真空推力達到約79噸（173000磅力），具備不少于3次的多次啟動能力，最大可節流至88%。BE-3U是有史以來推力重量比最高的氫氧發動機之一。

“新格倫”火箭示意圖

“新格倫”整箭高98米（320英尺），一二級主體直徑7米（23英尺），起飛質量1500噸上下，起飛推力1750噸，該箭近地軌道（LEO）運力45噸，地球同步轉移軌道（GTO）運力超過13噸。目前，在世界現役完成入軌發射的火箭當中，SLS重型運載火箭、“重型獵鷹”大型運載火箭的近地運力強于“新格倫”火箭。

現役執行入軌發射的最大整流罩

“新格倫”運載火箭

“新格倫”運載火箭設計用于執行低軌星座衛星、高軌通信衛星和深空探測器的發射任務，為此，該箭配備了直徑7米的“超大”整流罩。該整流罩包絡空間遠大于傳統的直徑5米整流罩，可以容納更大批量的星座衛星和更大體積的其它有效載荷，比如大型高軌衛星和大型深空探測器。一旦“新格倫”火箭投入飛行，其直徑7米整流罩將成為世界現役執行入軌發射的最大整流罩。

一級可復用至少25次

“新格倫”為部分可重復使用運載火箭，其一級可采用航線下回收，可重復使用至少25次。為了支持回收復用，藍色起源公司對火箭一級采用了多重可復用設計，并在卡納維拉爾角太空軍基地打造了火箭維護廠房。

“新格倫”火箭一級級間段外側配備了四個鰭翼，即四個可動氣動控制面（actuated aerodynamic control surfaces），用于一級下降和著陸階段的姿態調整。一級后半部配備了2個狹長的尾翼，為一級在返回地球的過程中提供升力和橫向射程。在一級尾部發動機短艙外側配備了6個液壓驅動著陸腿，在著陸海上移動平臺時用于支撐和固定一級。由于配備了直徑8.5米的發動機短艙，在再入過程中起到了保護發動機的作用，這使得“新格倫”的一級在完成飛行返回時無需像”獵鷹”火箭芯一級模塊一樣進行再入點火。

為了支持“新格倫”火箭的運營，藍色起源公司徹底重建了卡納維拉爾角太空軍基地36號發射綜合體（LC-36），投資超過10億美元。全新的LC-36于2021年完工，是卡角自20世紀60年代以來第一個徹底重建的發射綜合體。36號綜合體距離藍色起源火箭工廠僅9英里（14千米），包括”新格倫”發射工位、運載火箭總裝廠房、一級翻新廠房、推進劑設施和環境控制中心等設施?；鸺患壔厥罩螅诜聫S房進行簡單維護后即可投入下一次飛行，如此“前店后廠”的設計將支持“新格倫”火箭實現高頻次復用飛行。

市場期待“新格倫”，大量訂單積壓待發

美國當地時間2023年2月9日，美國國家航空航天局（NASA）的發射服務計劃（Launch Services Program，LSP）授予藍色起源公司逃逸和等離子體加速與動力學探測器（Escape and Plasma Acceleration and Dynamics Explorers,ESCAPADE) 合同，后者將使用“新格倫”火箭執行該任務探測器的發射工作。ESCAPADE是美國航天局行星探索小型創新任務（Small Innovative Missions for Planetary Exploration，SIMPLEx）計劃的一部分，是一項研究火星磁層的雙航天器任務。而在更早的時間，“新格倫”已經獲得大量的發射訂單。

2019年初，藍色起源公司與Telesat公司簽署了包含多次發射服務的協議，計劃使用“新格倫”火箭為Telesat公司執行低軌星座組網發射。2022年4月5日，亞馬遜選擇使用藍色起源的“新格倫”火箭進行多達27次的“柯伊伯”衛星星座組網發射。在該合同中，“新格倫”火箭被訂購了12次發射服務，同時亞馬遜公司可選擇再進行15次發射。

在藍色起源公司早期的計劃中，“新格倫”火箭早在2021年就會執行首飛，但此后經歷了持續數年的推遲，一直推遲到了2024年。今年，“新格倫”火箭首飛也已經遭遇數度推遲，導致原來的首飛載荷ESCAPADE火星探測器退出首飛任務，推遲至2025年初繼續使用“新格倫”發射。

按照近期制定的首飛計劃，2024年11月，在佛羅里達州卡納維拉爾角太空軍基地LC-36工位，“新格倫”火箭將實施首飛。目前看來，該箭較大的可能性會在12月實施首飛。在首飛任務中，“新格倫”火箭將搭載藍色起源自研的“藍環”航天器。與此同時，“新格倫”首飛任務也是該箭執行美國太空軍國家安全太空發射計劃任務的首次認證飛行。

“新格倫”火箭發射過程中，7臺250噸級的液氧甲烷發動機同時點火推動“巨型”火箭垂直升空，必定是十分震撼的場面。一旦首飛成功，“新格倫”將成為世界現役第1型直徑7米級運載火箭，也將成為世界現役完成入軌發射的運力最強的單芯級運載火箭。

作者：木蘭星舟