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蓝色起源想让“新格伦”上面级变废为宝

  出品:科普中国

在由NASA提供经费支持的一项低轨商业化论证工作下,蓝色起源公司已研究了把其未来“新格伦”火箭的上面级改作居住舱或其它用途。蓝色起源主管政府销售与战略的副总裁亚历山大称,公司研究了如何充分利用“新格伦”的第二级,而不是在每次发射结束后就简单地对其做离轨处理。但他强调说,公司眼下尚未形成上面级再利用的正式规划,将研究到底哪种办法更好。

问题:挑战土星五号可能吗?

蓝色起源公司期望借其将卫星和人送往太空

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  作者:矛隼工作室

NASA去年8月签发了一系列论证合同,以研究未来支持低地轨道商业载人航天活动的各种方案。亚历山大3月20日在讨论低轨商业化的一次会议上说,蓝源把重点放在了“新格伦”第二级的再利用上,想看看能利用已入轨的该级的内部空间做些什么。他说,这包括把上面级变成居住舱或地球轨道上的其它商用设施,为此可在发射前就事先安装相关设备或是在入轨后再做改装。

回答:蓝色起源公司的新格伦运载火箭块头上接近土星五号运载火箭,运载能力也超过了猎鹰9号运载火箭,挑战土星五号是可能的。但是新格伦运载火箭还是比土星五号小一些,但不排除以后继续升级的可能,直接超越土星五号。蓝色起源公司首席执行官在美国家空间委员会会议上透露,新格伦运载火箭将成为一个可重复使用的运载火箭,依靠强大的火箭发动机可将数十吨载荷送入轨道。

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美国亚马逊公司创办人贝索斯创立的太空探索企业蓝色起源(Blue
Origin)公司,周四成功试飞并回收「新谢泼德号」(New
Shepard)火箭,距离载人飞行更进一步。「新谢泼德号」在德州进行试射,它爬升到约34.6万呎的太空时,太空舱与推进器分离,约10分钟火箭垂直软着陆,安全降落地面。在今次任务中,太空舱搭载38个科学实验,其中9个受到美国太空总署资助。蓝色起源的火箭已经完成第11次测试飞行,其载人舱的特点是有着高1.1米,宽0.73米的「大窗户」。蓝色起源设计这款飞行器的主要目的是把人送到亚轨道旅行。亚轨道一般是指距地面20公里到一百公里的区域,处于现有飞机的最高飞行高度和卫星的最低轨道高度之间。许多私营公司想将游客送到太空,蓝色起源也有这样的打算。该公司希望最快在今年底实现载人飞行,不过尚未公布「船票」价格。

  监制:光明网科普事业部

“新格伦”研制工作进展顺利,仍可在2021年实现首飞。亚历山大说,“新格伦”项目的总费用在“25亿美元以上”,包括佛罗里达州相关设施建设工作所需的10亿美元。该箭将在佛州组装和发射。

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  一说到商业航天,大多数人脑子里的第一印象就是SpaceX太空技术探索公司,这家由埃隆马斯克创建的航天公司长期占据航天媒体的头版,而其他公司却在我国媒体发报道中难寻踪迹。

共有13家公司从NASA拿到了低轨商业化论证合同,包括航空航天厂家,也包括一些咨询机构。同样拿到了合同的纳型支架公司(NankRacks)也研究了把火箭上面级改造成未来商业空间站的可行性。该公司首席商务官卡明斯在会上说,公司组建了有13家分包商的一支队伍,以研究从保险到把有效载荷运回地球的能力等问题。他说,上面级再利用有很大的商机,除居住外还可用于在轨制造。

新格伦运载火箭为两级火箭,直径约7米,最终版本的新格伦运载火箭可能为三级结构,高度将增至95米。可将45吨有效载荷送至近地轨道,采用液化天然气和液氧混合燃料为燃料的BE-4火箭发动机,推力超过1700吨。蓝色起源公司新任首席执行官为Smith,它之前在霍尼韦尔航空航天公司工作了十年,最近一直担任机械系统和部件部门经理。而在这之前,他曾在由波音公司和洛克希德·马丁公司合办的联合太空联盟工作,负责航天飞机的运营,并担任该公司航天飞机升级开发项目的执行董事。

  而有这么一家公司,处处要和SpaceX相比,各位看官先别笑,这家公司还是有一定的资本的,这家公司就是蓝色起源公司。

来源:航小宇

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  蓝色起源公司是一家美国公司,和spaceX一样,其也有一个传奇般的老板,不过这个老板不是和埃隆马斯克一样的技术天才,而是一个超级互联网富豪——杰夫·贝佐斯,在2018年3月发布的福布斯富豪榜中,贝佐斯以1120亿美元的资产成为了世界首富。

他到来之后,新格伦运载火箭的研制将提速,这也是蓝色起源公司的核心资产,如果新格伦运载火箭能够成功,那么蓝色起源公司就已经成功了一大半。能够与猎鹰9号和重型猎鹰火箭媲美,共同撑起美国本土私人航天企业的重任,殖民月球、火星都可以成为可能。

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图为蓝色起源和亚马逊共同的老板——贝佐斯(来源:百度图片)

  在巨大的资金支持下,蓝色起源公司的目标也和SpaceX一样——通过快速复用火箭技术,打造自己的航天帝国。

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  图为各种主要运载火箭的示意图,右数第二到第四个是新格伦火箭(来源:蓝色起源)

  蓝色起源的超重型火箭名字为“新格伦”,其体型介于重型猎鹰和SLS太空发射系统之间。而且,这种超重型火箭也将具有其复用回收能力。

  新格伦火箭的设计与重型猎鹰不同,其有多个可旋转的空气动力侧翼,这些侧翼将可以起到减速和控制飞行方向的作用。其作用更类似于猎鹰九号的格栅舵和反冲火箭的联合效果。随后的新格伦火箭将在接近回收船的时候打开火箭引擎进行减速。全程中只有这一次减速火箭启动,而与之对比的猎鹰火箭在减速时要三次启动反冲火箭。

  新格伦火箭也是进行海上着陆,这样可以更加节省火箭的运力。而其海上着落船与SpaceX相比可以说是豪气无穷——其将用一个数万吨的轮船直接改装成着陆平台,而SpaceX的着陆船只有几百吨。

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  图为新格伦火箭着陆在平台船上的示意图(来源:蓝色起源)

  新格伦火箭的初步预计近地轨道运载能力约为45吨,略低于SpaceX的重型猎鹰。支撑起巨大推力的是其BE-4发动机,这种发动机除了将装备新格伦火箭之外,还将装备ULA联合发射联盟的火神级火箭。2009年NASA商业载人发展技术第一阶段开启之后,两家公司开始了一系列的合作,BE-4就是合作产物之一。

  7台BE-4发动机将排列在新格伦一级火箭的底部,采用了单轴富氧分级燃烧技术(single-shaft
oxygen-rich staged
combustion)每个发动机将提供2400千牛推力。BE-4将使用液化天然气和液氧作为反应燃料,这最大的好处是积碳较少。

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  图为BE-4火箭发动机(来源:蓝色起源)

  积碳指的是火箭发动机启动时,未燃烧完全的碳元素的堆积。液化天然气相对来说更为清洁,尤其是相对于SpaceX的梅林(Merlin
又名灰背隼)发动机的液氧煤油燃料来说。这将大大降低后期火箭的复用清理流程,据悉,一个BE-4发动机将可以复用100次。

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图为两种新格伦火箭的构型和单独着陆状态的新格伦火箭(来源:蓝色起源)

  不过,液化天然气的密度远远小于煤油,这迫使蓝源不得不在新格伦火箭上采取超大型的储箱,大大增大了一级火箭的体积,事实上是不利于火箭的回收的。就目前为止,世界上尚未如此吨位火箭的整体回收记录——重型猎鹰火箭虽然比新格伦更大,但是其一级火箭是分开为三部分分别回收的。

  此外,新格伦火箭的另一个优势在于其只有七台发动机,可靠性相较于重型猎鹰火箭的27台发动机要高得多。而需要清理的发动机数量也就少得多。蓝色起源公司也为之提出了快速复用理念——发射回收后快速清理检查然后重新加注,曾有报道称蓝色起源公司计划在回收船上将完成火箭的发射——回收——检查——加注——再发射的一条龙。

  使用BE-4的新格伦和火神两型火箭的主要服务对象除了传统的美国空军、美国国家侦察局、美国航空航天局之外,还将更多地服务于民间公司。值得一提的是,蓝色起源公司将使用新格伦火箭与oneweb公司进行合作,发射数百枚网络卫星为世界提供无线网络。而这一计划与spaceX和Starlink的计划非常相似,也确实可以看出这是一个处处与spaceX对比看齐的公司。

  在这个重型火箭的黄金时代,很多公司都计划着地外探索,例如spaceX的目光一直订在火星上,而ULA联合发射联盟则也提到过将建立月球殖民地。蓝色起源的老板贝索斯却觉得,蓝色起源将更多地考虑如何通过零重力工业和太阳能造福人类,而不是探索外星球。

  无论怎么样,蓝色起源也将为世界贡献自己的运载火箭,或许,他们将会是人类太空时代的新答案。