“阿里安”7 模仿“猎鹰” 超越“猎鹰”

□ 张雪松

“阿里安”7 模仿“猎鹰” 超越“猎鹰”

□ 张雪松

“阿里安”6火箭CG

“阿里安”5发射

2月14日欧空局的“阿里安”5火箭完成了VA-235发射任务，这种20世纪80年代开始设计、1996年首次发射的运载火箭已经走过了20年的岁月。虽然它仍是国际商业发射市场的主力之一，但很多方面已开始有些落后。欧空局正在研制新一代的“阿里安”6火箭，它将使用新的火神2.1和芬奇氢氧发动机，通过组合化设计满足未来的发射需求并大幅度降低成本，而在重复使用方面，欧空局将研制新的“普罗米修斯”发动机和下一代运载火箭。

运载火箭的重复使用一直是全世界航天工业界孜孜以求的目标，美苏冷战时期都进行了深入的研究和试验，而欧空局、中国和日本等后发者只能暂时先解决运载火箭的有无问题，但同样对重复使用十分热心。冷战的结束和航天飞机在经济性上的失败，打消了欧空局发展“赫尔墨斯”航天飞机等重复使用航天器的雄心，但最近几年太空探索技术公司“猎鹰”9号火箭的成功，不仅是它的低廉报价，还有火箭超音速反推和垂直着陆技术上的成功，给欧空局带来了巨大的压力。对应前者欧洲人迅速推出了“阿里安”6火箭降低成本，对于后者欧洲人择其善者而从之，加入了模仿者的行列，推出了“普罗米修斯”发动机和新设计的运载火箭。

Adeline概念

“阿里安”7火箭构型

“阿里安”7火箭垂直回收

欧空局对发展重复使用航天运载器有着浓厚的兴趣，IXV这样的复用试验器姑且不论，2015年欧空局和空中客车公司公开了Adeline方案，用于试验运载火箭的回收和复用，这是空中客车公司自2010年开始探索的复用概念，并计划在2025年前后投入使用。Adeline方案是一种有翼的火箭发动机助推段，从研制思路上说类似于俄罗斯的贝加尔飞回式助推器。Adeline使用液体火箭发动机，但当时尚未确定是液氧煤油还是液氧甲烷，助推段将把火箭加速到5倍音速后脱离，并利用气动翼面自主飞行，当速度降低到亚音速后利用螺旋桨发动机推动着陆。基于Adeline的概念，空中客车公司还以此为基础提出了复用型“阿里安”6火箭的概念，不过面对“猎鹰”9号火箭回收连续成功的压力，法国国家空间研究中心和欧空局更青睐类似“猎鹰”9号火箭的设计，它将使用新研制的普罗米修斯液氧甲烷火箭发动机，而Adeline助推段的研究已经和它分道扬镳。

“阿里安”6火箭是老生常谈的设计，它将于2020年前后进行首次发射。2016年法国空中客车-赛峰公司开始研制普罗米修斯液氧甲烷发动机，据称这种发动机的推力和现有“阿里安”5火箭的“火神”2发动机相当，也即是130吨级推力。欧空局已经正式向“普罗米修斯”发动机项目拨款，计划在3年内实现发动机热点火，以满足下一代运载火箭研制进度的需求。“普罗米修斯”发动机虽然使用了时髦的液氧甲烷推进剂组合，但它同样深受“猎鹰”9号火箭梅林发动机的影响，是一种燃气发生器循环的发动机，以最大限度降低研制成本，并提高发动机的可靠性。空中客车-赛峰公司和欧空局期待“普罗米修斯”发动机的造价能降低到100万欧元，只有“火神”2/2.1液氧液氢发动机上千万欧元造价的约四分之一。为了实现这个目标，仅仅采用开式循环或是液氧甲烷推进剂还远远不够，空中客车-赛峰公司还将大量使用诸如3D打印等新技术，通过发动机设计制造技术的进步降低成本。

普罗米修斯发动机模型和研制者

基于“普罗米修斯”发动机的下一代运载火箭可能被命名为“阿里安”7，它将和原有各种阿里安火箭截然不同。“阿里安”7火箭借鉴了太空探索技术公司的“猎鹰”9号火箭的设计，使用多发并联的发动机集群设计，另外火箭第一级和第二级都使用“普罗米修斯”发动机，它还亦步亦趋地仿效了“猎鹰”9号火箭的火箭反推和垂直着陆设计方案，甚至还有类似重型猎鹰的捆绑助推级设计。有些夸张地说，欧洲人的“阿里安”7火箭几乎照搬了美国“猎鹰”9号和重型猎鹰的设计。欧空局用“普罗米修斯”命名新型火箭发动机，不知是否有借用古希腊神话中这位盗火者的暗喻。

罗马不是一天建成的，“普罗米修斯”发动机尤其是下一代运载火箭研制也不是一蹴而就的事情。2015年起法国国家空间研究中心和空中客车-赛峰公司已经投资数百万欧元进行可重复使用液氧甲烷发动机的研究，为“普罗米修斯”发动机的研制奠定了基础，2016年底欧空局同意将“普罗米修斯”发动机列入下一代运载器研制计划（FLPP）项目。空中客车-赛峰公司总裁接受采访时表示，欧空局的FLPP项目已经为“普罗米修斯”发动机拨款8500万欧元（折合9100万美元）进行未来的研究和开发工作，以实现2020年热点火的目标。他还希望法德以外其他欧空局国家也参与到“普罗米修斯”发动机的研制中来。根据空中客车-赛峰公司和欧空局的研制计划，“阿里安”7火箭的研制将于2030年左右完成，但此前欧空局还资助了Cailisto小型重复使用运载火箭的研制，做为大型运载火箭的技术原型，降低“阿里安”7火箭的研制风险。“阿里安”7火箭将使阿里安宇航公司具备更强的竞争力。首先，作为一种主力运载火箭它的研制时间从10年缩短到5年；其次，它的成本将只有“阿里安”6火箭的一半；第三，它的制造时间只有现有火箭的一半左右；加上火箭第一级的重复使用，“阿里安”7火箭将在综合成本上达到“猎鹰”9号火箭的水平。而使用性能更好的液氧甲烷发动机，让它在技术水平上有过之而无不及。

“猎鹰”9号火箭不仅获得了技术上和商业上的成功，也成为一种经典的设计成为世界各国模仿的对象。欧空局和空中客车-赛峰公司正在积极推动研制的“普罗米修斯”发动机和“阿里安”7号运载火箭，就几乎是“猎鹰”9火箭的翻版。如果一切顺利，2030年左右“阿里安”7火箭将投入使用，欧洲公司有望重拾商业发射市场的竞争力；而欧美竞相通过新技术和火箭降低发射成本，也将对其他国家构成巨大的压力。★