美國新一代航天工程「星座計劃」
美國的載人航天成就是人類探測太空歷史的奇葩,其中發射載人飛船的航天火箭一度扮演至關重要的角色,如1968年10月11日,土星-1B火箭發射阿波羅7號飛船,首次實現太空船電視直播;1969年7月16日,土星-5發射阿波羅11號飛船,實現人類首次登月。而自1981年4月12日,美國發射世界上第一架太空梭哥倫比亞號以來,這種天地往返的航班逐漸成為美國載人航天的主力,美國火箭則慢慢淡出載人航天的舞臺;並且1972年12月阿波羅17號成功之後,再無載人登月發射,載人航天的疆域又呈現回縮的局面。
然而美國並非當真雄心蟄伏。按照NASA(美國國家航空航天局)的計劃,太空梭將在2010年全部退役,已經啟動的新一代航天工程「星座計劃」則包含了載人登月等一系列雄心勃勃的目標,旨在2015年開始將太空人送達國際空間站,然後2020年再次載人登月。計劃中,戰神系列火箭是新一代運輸火箭,並在整個工程中居於進度的前列。按照分工定位的不同,戰神系列火箭共包括三個型號:戰神-1、戰神-4和戰神-5。星座計劃是人員貨物分運制,這體現在戰神各型號火箭的分工上:
一、戰神-1是載人航天載具,用於發射新一代載人探索太空飛行器——獵戶座飛船,取代NASA當前使用的太空梭。
二、戰神-4既可以用來發射貨物也可以用來發射飛船,送月球著陸器或獵戶座飛船進入正確軌道。
三、戰神-5目前的定位是貨物運載火箭,運載牽牛星號登月艙,以後火星探測計劃中其功能將得到進一步擴展,可能將用於人員運輸。
戰神系列火箭的研製工作
戰神系列火箭的研製工作目前處於推進當中。2005年12月,NASA選定ATK(阿連特技術系統)公司作為主承包商研發戰神-1的第一級。2007年NASA宣布ATK獲得設計、研製、試驗和鑑定(DDT&E)合同,價值18億美元。該合同的相關工作將持續到2013年6月,其中包括從2009年開始的飛行試驗。2014年左右將根據新合同生產硬體並開展後續的載人飛行。迄今為止,貯箱、電子設備、推力矢量控制系統及發動機等重要部件均已完成方案選擇及功能評估。2007-2008年間,NASA完成了上面級部件的系統需求評審、系統方案評審以及初步設計評審,2010年將完成關鍵設計評審工作。部件測試方面,第二級採用的J-2X發動機已經完成噴注器組件、增強型火花點火器、發動機閥門電源組等試驗。
另外發動機熱點火試車成功。發動機試驗分為兩個批次,第一批從2007年至2009年完成,第二批從2009年2月開始。本次發射的戰神-1-X是1號實驗火箭。NASA將在此次試驗的基礎上進一步開發2號實驗火箭戰神-1-Y,用於驗證最終實際載人時的各種數據。按照預定目標,2013年之前開發出戰神-1的驗證火箭,2015年正式火箭將用於發射載人飛船。
由於戰神系列火箭各個型號在發動機等諸多方面具備通用性,因此戰神-1的開發實際上就是後面其他型號的研製前奏。由於可靠性的提高,並且戰神-5功能有所拓展,本來人貨兩用並用於飛船驗證的戰神-4可能將最終被取消。而戰神-5目前正在進行硬體設備、推進系統和相關技術的規劃和初步設計。研製工作涉及NASA各中心和全美各地承包機構的多支硬體和推進組件研製隊伍,由設在NASA馬歇爾航天飛行中心的戰神項目辦公室牽頭領導。根據NASA公布的Fact Sheet,戰神-5將於2018年開始飛行測試,2020年用於登月飛行。
大量使用現有成熟技術
雖然新一代航天工程站在技術的巔峰,但戰神系列火箭大量採用現有成熟技術,對於太空梭和土星-5號所使用的技術和硬體均有所借鑑。例如:戰神-1的第一級火箭發動機RSRB源自於太空梭的助推器SRB;戰神-5的第一級芯級的貯箱由土星-5火箭衍生而來;戰神-1和戰神-5的第二級均採用了J-2X發動機,該發動機源自於土星-5的J-2發動機。
可見戰神系列火箭矚目於產品的性價比和可靠性,具有很高的成熟度、相對低廉的成本和強大的功能拓展潛力。一方面體現了美國在大幅領先於世界之後,穩紮穩打的風格日漸濃厚,另一方面也彰顯出美國在航天方面的實力讓其他國家遙不可及——建立在數十年前技術基礎上的成熟運用即已讓人無法望其項背。