
6月19日蓝色起源新谢泼德火箭发射与降落回顾!
昨晚22点,美国航天私企蓝色起源公司首次对外公开了该公司新谢泼德火箭的发射与回收直播。火箭在北京时间22点35分升空,在发射后约9分钟,箭体返回地面并完美着陆,实现了同一枚火箭的第3次复用,同时在发射后约11分钟,火箭搭载的乘员舱成功在仅有两枚降落伞的情况下平安着陆。
该公司使用自行研制BE-3火箭发动机的新谢泼德火箭成为第一个跨过卡门线的可重复使用火箭,而美国媒体日前报道,蓝源公司将在明年年底试验BE-4新型火箭发动机。
BE-4发动机挤走了老牌公司洛克·达因,成为联合发射联盟火神火箭的主发动机,这不能不让人们对这家此前名不经传的公司和它的发动机大感兴趣。那么,蓝源公司是如何在火箭发动机领域异军突起的呢?
2000年,IT业界巨头杰夫·贝索斯创立了蓝源公司,这家公司并没有像他创建的另一家公司亚马逊公司那样迅速名扬四海,也没有给他带来丰厚的财富。贝索斯建立蓝源公司的目标是研制出低成本、高可靠性载人进入太空的技术,开启航天商业化的新时代。
蓝源公司是美国“新航天”公司的代表之一。常言道,不积跬步无以至千里。蓝源公司蹒跚学步时相当谨慎,没有不切实际地提出一步到位研制高可靠性的运载火箭和载人飞船的计划,而是计划先从亚轨道开始。

从亚轨道开始,蓝源公司异军突起
即使是亚轨道飞行,也是从技术要求较低的垂直发射和降落试验飞行器做起。蓝源公司的第一个测试飞行器名为“查龙”,它使用罗·罗公司老旧的Viper MK301喷气发动机,用于测试垂直起降技术。
Viper喷气发动机是上世纪50年代的产品,更多充当试验品的角色。由于该发动机无法满足要求,蓝源公司很快就研制了自己的BE-1液体火箭发动机。
虽然BE-1是蓝源公司研制的第一款液体火箭发动机,意义重大,但其地面推力只有0.99吨,和Viper推力相差不大,技术水平也很低,算是蓝源公司在研制火箭发动机之路上交的学费。

Viper喷气发动机是上世纪50年代的产品,更多充当试验品的角色
BE-1发动机推力不到1吨,作为验证机的发动机都力不从心,更不要说承担亚轨道旅游飞行的重任了。
BE-1研制成功之后,蓝源公司开始研制BE-2新型发动机,不过BE-2仍然没有摆脱复古的痕迹,它使用英国黑箭火箭曾使用过的过氧化氢加煤油推进剂组合,真空比冲仅有240秒左右,它的好处是作为无毒无污染的常温推进剂无需特殊存储处理,发动机的研制要求也较低,符合这家新兴公司的技术水平。
BE-2发动机推力有了飞跃性的提高,地面推力达到了14吨,和著名的R-17飞毛腿导弹的发动机大致相当,蓝源公司垂直起落试验器PM2使用的就是BE-2发动机,连新谢泼德火箭早期都打算使用BE-2发动机并联推进,一次可以将3名游客送入近地轨道观光旅游。

测试中的BE-3发动机
BE-2发动机仍不是一种合适的选择,一方面是它的推力仍然偏小;另一方面高浓度的过氧化氢公认是危险化学品,虽然无污染但是太容易出现意外,这对商业旅游来说是不利的。
之后,蓝源公司再接再厉开展了全新火箭发动机的研制。2013年1月,蓝源公司公开了新的BE-3液氧液氢发动机,它采用了独特的抽气循环方式,此前只有J-2S发动机使用这种方式,这种循环方式具有结构简单,爆炸概率低和关机方便的优势,很适合亚轨道旅游的新谢泼德火箭。

BE-3液氧液氢发动机采用了独特的抽气循环方式
BE-3发动机最初公开的地面推力约为45吨,经过试验后发现,该发动机的推力有一定的提高空间,之后其推力增加到约50吨,并具有推力调节能力。
目前,蓝源公司还提出研制用于火箭上面级的真空型BE-3发动机的方案,即真空推力约68吨的BE-3U发动机。BE-3U发动机的地面推力和真空推力在世界上都处于先进水平,联合发射联盟已经将BE-3U发动机列为未来ACES先进上面级的备选发动机。可见,蓝源公司的液体火箭研制能力不可小觑。
2014年9月17日,蓝源公司和联合发射联盟达成协议,联合发射联盟选定蓝源公司的BE-4发动机作为未来主力运载火箭-火神火箭的主发动机。这一爆炸性的新闻让蓝源公司顿时声名鹊起,成为火箭发动机领域的新星。
目前,联合发射联盟主力运载火箭是德尔塔4和宇宙神5火箭。虽然宇宙神5火箭物美价廉,但却使用俄罗斯廉价可靠的RD-180高性能液氧煤油发动机。乌克兰危机后,美国参议院麦凯恩提案禁止美国军事发射任务使用俄罗斯火箭发动机,迫使联合发射联盟不得不另寻高就,但选用此前名不见经传的蓝源公司,还是令外界大吃一惊。

联合发射联盟选定蓝源公司的BE-4发动机作为未来主力运载火箭-火神火箭的主发动机
长期以来,洛克·达因公司垄断了美国大型液体火箭发动机的研制和生产,与航空喷气公司合并后更是堪称美国液体火箭发动机技术上的领头羊。RD-180发动机禁令推出后,该公司提出了AR-1发动机方案。AR-1可以看作美国优化版的RD-180发动机,无需多大改动就可用于经过改进的宇宙神5火箭。由于AR-1发动机还停留在纸面上,需要巨额资金研制,而蓝源公司的BE-4发动机则有所不同。根据双方签订协议后的报道,BE-4发动机已经秘密研制了3年左右,按照计划,2017年可以完成发动机研制,2019年或是更早就可用于火箭发射。
BE-4还是蓝源公司为自己的大型运载火箭研制的发动机,联合发射联盟搭车花费要少得多,这才是BE-4脱颖而出的关键因素。2015年10月30日,BE-4发动机通过关键测试评审,在研制进度上继续遥遥领先。

BE-4发动机已经秘密研制了3年左右
印度的PSLV和GSLV火箭上已经使用了名为Vikas的大推力液体火箭发动机,该发动机实际上是欧洲阿里安火箭Viking发动机的授权生产版。Vikas发动机的真空推力为800千牛,使用偏二甲肼加四氧化二氮推进剂,真空比冲接近300秒,与美国LR-87发动机相当。
PSLV火箭第四级使用了2台推力7.6千牛的小推力液体发动机,该发动机性能很平庸,相比之下GSLV火箭第三级使用的低温发动机亮点比较多。GSLV火箭的低温上面级使用了从俄罗斯进口的RD-56M发动机,它由苏联N-1火箭的上面级氢氧发动机衍生而来。
目前,印度已经启动了RD-56M的国产化计划,国产的低温发动机称为CE-7.5。虽然得到了俄罗斯的鼎力支持,但印度制造的CE-7.5发动机比冲下降到了454秒。但由于分级燃烧循环过于复杂,对工业基础薄弱的印度来说增加了发生故障的可能性。

CE-20发动机已经完成645秒长试
除了启动RD-56M发动机的国产化工作,印度航天还在研制新的上面级发动机,这就是印度LVM3火箭上使用的CE-20低温发动机。LVM3火箭已经在2014年12月18日进行了名为LVM3-X的首次试射,这是一次亚轨道试验,上面级使用的是配重,主要原因就是上面级使用的CE-20氢氧发动机尚在研制之中。
CE-20发动机推力约200千牛,使用了较为简单的燃气发生器循环,相应的比冲降低到440秒左右,可以满足LVM3大型运载火箭的需求。
根据印度空间研究组织的预算和报告,印度还计划研制200吨级的高压补燃液氧煤油发动机和100吨级的液氧液氢发动机,用于未来载人登月的重型火箭。印度的大推力高压补燃液氧煤油发动机SCE-200已经进行了为期数年的研制。

印度公布的2000千牛推力的SCE发动机简介
根据维基解密公开的美国驻乌克兰大使馆电报,2006年乌克兰向印度转让了南方设计局200吨级高压补燃液氧煤油发动机RD-810的设计方案,从而为SCE-200发动机的研制奠定了基础。据悉,SCE-200发动机将用于新一代的ULV中型火箭。
综上所述,印度在固体火箭发动机研制方面有一定的技术积累和实力,但总体性能并不高;在液体火箭发动机研制方面,印度可以说是雄心勃勃,也花了大量精力和金钱,但与其他航天大国相比,尚有一定的差距,与蓝源公司相比也有差距。(综合)



