新一代登月火箭,太空發射系統(Space Launch System,SLS),首次現出了真身。
轉運中的首枚SLS火箭 |ULA
當地時間3月17日(北京時間18日),美國佛羅里達肯尼迪航天中心,用于首秀的SLS火箭從VAB總裝大樓推出,運往39B工位進行發射前的所謂“濕彩排”演練。
如果不再推遲的話,這枚火箭預計在今年5月執行阿爾忒彌斯計劃的首個任務,攜帶新一代獵戶座飛船和多個載荷環繞月球。無人試飛的獵戶座飛船,將在大約26天后返回地球。
轉運前位于VAB總裝大樓的SLS火箭,頂部為逃逸塔和獵戶座飛船 | NASA/Joel Kowsky/Glenn Benson
阿爾忒彌斯計劃,是美國國家航空航天局(NASA)制定的載人重返月球計劃,包括登月火箭、登月飛船、環繞月球空間站、月球著陸器和月球表面探索開發等一系列重大工程,是NASA近30年來最重要的項目。
希臘傳說中,阿爾忒彌斯和阿波羅是孿生姐弟。53年前,用弟弟阿波羅命名的月球探測計劃實現了人類在月球上的“一小步”。如今,阿爾忒彌斯將在月球乃至宇宙開發中邁出“下一步”。
工欲善其事,必先利其器。重返月球這樣的龐大航天工程,必先建造最先進的重型火箭,這便是SLS誕生的最初目的。
在上世紀60年代,蘇美展開激烈的太空競賽,劍指登月,最后蘇聯徹底落敗的根本原因就在于,N1登月火箭在“土星五號”火箭面前敗下陣來。
因此,SLS的研發是為阿爾忒彌斯計劃做出的最重要鋪墊。此外,它也可以服務于其他任務,滿足重型航天器和大型深空探測器的發射需求。
SLS有多個版本,能力和功能不盡相同 | NASA
從賬面指標即可看出SLS的定位之高。它預計采取模塊化方式設計多個適配型號,既能用于載人航天、又有純貨運版本,近地軌道運力從95噸到130噸不等,最大能力可發射超過45噸載荷進入地月轉移軌道,和曾經的“土星五號”登月火箭是同一級別。
56年前,轉運中的首枚土星五號火箭,歷史總是驚人的相似 |NASA
不過,“土星五號”幾乎就是為登月這一目的而生的,任務適應性和性價比都不如SLS,且它的價格折算到今天依然大幅超過已經非常昂貴的SLS,導致它幾乎沒有價值從圖紙中“復出”。
SLS的研發也沒有用到太多“土星五號”的技術。畢竟,上世紀70年代“土星五號”退役后,以航天飛機為代表的運載火箭技術取得了長足的進步,這些新技術也成為SLS的基礎。
甚至乍一看,SLS幾乎就是航天飛機的“火箭版本”。
2011年航天飛機的最后一次轉運??梢钥闯鯯LS和航天飛機有著明顯的代際傳承 | NASA
SLS的核心推力來自兩個固體燃料助推器,就是航天飛機助推器的升級版。單臺推力達1600噸,自重僅725噸,126秒就全部工作完畢。換句話說,這一個助推器就能把我國最重的長征五號火箭(起飛重量最大約870噸)推起來,真正的暴力怪獸。
SLS的芯一級則主要結合了航天飛機核心發動機RS-25D,以及“大橙罐”液氧液氫推進劑貯箱。
首枚SLS火箭使用的4臺火箭發動機,都是之前航天飛機飛過多次的主發動機 |NASA/Eric Bordelon
配合不同版本的上面級和逃逸塔等,火箭也因而形成了不同的版本,適用于不同發射任務類型。
SLS并非是顛覆性的新型火箭,但即便是基于航天飛機的遺產升級改造而來,它也注定是個價值不菲的燒錢項目。
RS-25系列發動機,見證了一系列超級昂貴的航天運載器 | NASA
僅以4臺核心發動機為例,SLS要用的是RS-25D和升級版本的RS-25E,它們已經在航天飛機時代被證明過優異的可靠性和可復用性,幾乎是液氫液氧火箭發動機的天花板技術。
但代價也極其高昂:以洛克達因公司為SLS火箭供應發動機的合同來看,單臺發動機本身的費用就高達約1億美元,而SLS單次發射就要使用4臺發動機,而且用完即扔不回收,這就已經是費用驚人了。
而諾格公司供應的航天飛機固體助推器和其升級版本、SLS需要使用的兩個不同類型上面級,都需要進行大量重新密集研發,這部分開支同樣驚人。
SLS的研發,還伴隨著新一代載人飛船“獵戶座”的研發,后者的目標是超越阿波羅、直抵火星和深空探測,研發費用同樣驚人。
從公開數據來看,在尚未開始進行第一次阿爾忒彌斯任務之前,火箭和飛船已經各自消耗掉了超過200億美元的預算。而這甚至還不包括SLS每年約6億美元的測試、總裝等輔助開支,以及前期預研的各型號火箭開支。
獵戶座飛船和SLS火箭每年燒掉的預算|本文作者
因此,SLS的研發和燒錢不是個獨立事件,它是以阿爾忒彌斯計劃為代表的龐大新一代航天技術突破中的一環,始終伴隨著“獵戶座”飛船、“月球門戶”空間站等的研發進程,且它本身在更先進的固體燃料助推器、更高性能的低溫上面級方面,也提出了前所未有的需求。
綜合起來,不僅SLS,所有相關項目都隨著彼此的發展,一邊在不斷升級,一邊也在不斷推遲,大家都成了“鴿王”,也都成了“吞金獸”。
按照目前NASA發言人的說法,已經確定下來的前4次阿爾忒彌斯任務,單次發射成本超過40億美元,讓業內人士大吃一驚。
畢竟,連“鴿王之王”詹姆斯·韋布太空望遠鏡都“才”花費了100億美元,但背后是20國科學家持續30年的研發和注定改變人類天文史的未來。
雖然這40億美元中包含了大量昂貴的載荷和其他費用,但據估計SLS火箭占其中一半以上,實在太貴了。
SLS研發中半路殺出的重型獵鷹(如圖)已經讓它處境極為不利,未來還有星艦 | SpaceX
如果只是貴,但能夠壟斷,倒也沒什么,關鍵是有同行來襯托,SLS就顯得尷尬了。
這其中最大的鯰魚,就是快速崛起的SpaceX。一個標志性事件是,2021年7月NASA正式宣布重型獵鷹火箭拿走了原本屬于SLS的“歐羅巴快船”發射訂單。
“歐羅巴快船”任務將多次近距離飛掠探測木衛二,探索那里的冰下海洋是否存在適宜生命生存的環境 |NASA/JPL-Caltech
SpaceX給NASA這個旗艦級木星探測任務開出的發射報價為1.78億美元,僅為SLS發射成本的十分之一不到!省下來的錢能做再做2-3個深空探測器了。
目前來看,隨著SLS身價繼續飆升,它的潛在訂單依然有流失的可能性。
同一時間,星艦S20和超重B4在星艦基地再次完成合體,將進行一系列測試 |Nic Ansuini / NASASpaceFlight
更大的沖擊或許來自與阿爾忒彌斯首次任務同時期的SpaceX星艦首飛測試。星艦的運載能力完全不輸SLS,未來實現在軌推進劑加注之后,甚至能夠大幅超過SLS。
按照今年2月SpaceX最新發布會的說法,星艦能實現批量生產、快速發射和全箭復用等多個顛覆性創造。最關鍵的,單次發射成本可以壓低到1000萬美元。
這可是1000萬對20億??!
星艦和SLS的對決,才剛剛開始 |James Vaughan
SLS會不會出道即巔峰,大笑過后發現小丑竟是它自己?我們還需等到今年5月拭目以待。