近年來隨著探月熱潮的興起，載人登月和深空探測(cè)必需的重型火箭受到越來越多的關(guān)注。按照公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，近地軌道運(yùn)載能力在50 噸以上的運(yùn)載火箭才算是重型火箭，但想要打造這種集成了當(dāng)前最先進(jìn)航天技術(shù)的“大國(guó)重器”，實(shí)在不容易。
圖中火箭示意圖由左到右依次為蘇聯(lián)“能源”號(hào)、美國(guó)“獵鷹重型”、俄羅斯“葉尼塞”、中國(guó)長(zhǎng)征九號(hào)、美國(guó)SLS、蘇聯(lián)N1、美國(guó)“土星五號(hào)”、美國(guó)SLS改進(jìn)型、美國(guó)“星船”。
美國(guó)兩大超級(jí)火箭爭(zhēng)雄
幾經(jīng)拖延之后，為美國(guó)“阿爾忒彌斯”載人登月計(jì)劃量身打造的“太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）”重型火箭終于站上了發(fā)射臺(tái)（下圖）。英國(guó)廣播公司稱，“美國(guó)史上最大、最貴和拖延最久的超級(jí)火箭”即將于4月3日進(jìn)行正式發(fā)射前最關(guān)鍵的“濕裝彩排”。
目前SLS火箭與“獵戶座”新型探月飛船的組合體已經(jīng)在發(fā)射塔上準(zhǔn)備完畢。報(bào)道稱，SLS堪稱龐然大物，其高度接近100米，它的推力比冷戰(zhàn)時(shí)期“阿波羅”登月計(jì)劃使用的“土星五號(hào)”重型火箭還要大出15%，足以將95噸載荷送入近地軌道。升級(jí)型號(hào)可將近地軌道運(yùn)載能力提升到130噸。
按照美國(guó)航空航天局（NASA）的規(guī)劃，在4月3日的測(cè)試中，將演練全套發(fā)射流程，包括實(shí)際加注推進(jìn)劑，直到點(diǎn)火升空前約10秒時(shí)才叫停。假設(shè)一切進(jìn)展順利，NASA最早將在今年5月進(jìn)行SLS火箭的首次發(fā)射。它將“獵戶座”飛船送到距離地球45萬公里的月球軌道，飛船繞過月球背面后返回地球，在加州附近的太平洋海域降落。
但SLS火箭正面臨著巨大的爭(zhēng)議。負(fù)責(zé)審計(jì)NASA項(xiàng)目的美國(guó)監(jiān)察長(zhǎng)辦公室提交的評(píng)估稱，SLS火箭的平均發(fā)射成本高達(dá)驚人的40億美元，以至于該報(bào)告將SLS項(xiàng)目描述為“不可持續(xù)”。
NASA準(zhǔn)備測(cè)試SLS火箭之際，更大的重型火箭也已豎立在發(fā)射架上。這就是美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX公司）的“星船”。后者由兩部分組成：被稱為“超重型火箭”的一級(jí)助推器和“星船”的上面級(jí)航天器，它們合體后的高度達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的118米。
按照SpaceX公司的規(guī)劃，未來“星船”同樣用于登陸月球和火星。“星船”組合體最大推力達(dá)到驚人的7500噸，可以輕易將超過100噸的載荷送入近地軌道。“超重型火箭”與“星船”都被設(shè)計(jì)成完全可重復(fù)使用，SpaceX公司CEO馬斯克宣稱，未來兩三年內(nèi)，“星船”的發(fā)射成本將降到1000萬美元之內(nèi)。
美國(guó)“太空”網(wǎng)站稱，馬斯克近日透露，“星船”最快將在5月進(jìn)行首次太空測(cè)試，其飛行高度將超過100公里并繞地球一圈，然后降落在夏威夷考艾島附近的太平洋。
除了“星船”外，SpaceX公司此前發(fā)射的“獵鷹重型”火箭是現(xiàn)役運(yùn)力最大的運(yùn)載火箭，它能將約64噸的有效載荷送入太空。但SpaceX公司已確定該火箭并不承擔(dān)載人飛行任務(wù)。
接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪的專家表示，從技術(shù)成熟度看，目前SLS火箭更勝一籌。它大量采用航天飛機(jī)的成熟技術(shù)，在可靠性上已經(jīng)得到過驗(yàn)證。因此SLS火箭只需要完成一次無人驗(yàn)證發(fā)射，就將搭載航天員實(shí)際推進(jìn)“阿爾忒彌斯”載人登月項(xiàng)目。而“星船”項(xiàng)目目前的完成度很低，即便首次太空發(fā)射取得成功，但還不代表它能很快投入使用。馬斯克表示，目前“星船”還在不斷更新設(shè)計(jì)，尚沒有最終定型。
俄羅斯重型火箭仍在規(guī)劃中
蘇聯(lián)曾與美國(guó)在太空探索領(lǐng)域激烈競(jìng)爭(zhēng)數(shù)十年，作為蘇聯(lián)航天遺產(chǎn)的主要繼承人，俄羅斯先后提出多型重型火箭設(shè)計(jì)。但就當(dāng)前進(jìn)度來說，它們基本處于規(guī)劃狀態(tài)。
“獵鷹重型”火箭是現(xiàn)役運(yùn)力最大的運(yùn)載火箭。
20世紀(jì)70年代，蘇聯(lián)為與美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)載人登月，曾研制出N1重型運(yùn)載火箭，但連續(xù)4次發(fā)射失敗后被迫放棄。1987年，蘇聯(lián)首次成功發(fā)射用于搭載“暴風(fēng)雪”航天飛機(jī)的“能源”號(hào)重型火箭，它的近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到100噸。但隨著蘇聯(lián)解體與“暴風(fēng)雪”航天飛機(jī)項(xiàng)目的下馬，“能源”號(hào)重型火箭退出了歷史舞臺(tái)。
俄羅斯在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間里都只能依靠蘇聯(lián)時(shí)代的“聯(lián)盟”號(hào)和“質(zhì)子”號(hào)運(yùn)載火箭維持航天發(fā)射。從1994年開始，俄羅斯赫魯尼切夫國(guó)家航天研究和生產(chǎn)中心提出使用清潔能源的“安加拉”火箭項(xiàng)目，該系列火箭包括“輕”“中”“重”三個(gè)級(jí)別，其中2005年“美俄蜜月期”提出的“安加拉-100”火箭推力最大，其近地軌道運(yùn)送能力超過100噸，足以滿足時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)布什建議的載人登月“太空探索愿景”的需求。但因?yàn)榉N種原因，“安加拉”火箭進(jìn)展緩慢，俄羅斯已經(jīng)放棄該系列重型火箭的規(guī)劃，轉(zhuǎn)而優(yōu)先確保用“安加拉-A5”大型火箭執(zhí)行載人航天任務(wù)。
2009年俄羅斯開始研制“羅斯M”系列運(yùn)載火箭，計(jì)劃于2015年投入使用，在位于遠(yuǎn)東的東方發(fā)射場(chǎng)執(zhí)行載人和貨運(yùn)飛船的發(fā)射任務(wù)。根據(jù)型號(hào)不同，“羅斯M”可將6.5噸至50噸有效載荷送到近地球軌道。但2011年，俄羅斯政府宣布停止該火箭的研制。
2016年，俄羅斯提出了另一種重型火箭設(shè)計(jì)——“葉尼塞”火箭。它成為俄羅斯載人登月和興建月球基地的關(guān)鍵運(yùn)載工具，其近地軌道能力不小于80噸，后續(xù)型號(hào)可提升至100噸，月球軌道運(yùn)輸能力至少為20噸，以滿足2030年將俄羅斯下一代“雄鷹”號(hào)載人飛船（20噸）送入月球軌道的需求。俄羅斯還計(jì)劃在它的基礎(chǔ)上研制“頓河”重型火箭，其近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到130噸，可用于發(fā)射俄羅斯的月球基地模塊。然而出于整個(gè)項(xiàng)目花費(fèi)過大、沒有考慮應(yīng)用可重復(fù)使用等最新航天技術(shù)等原因，2021年俄羅斯宣布暫停“葉尼塞”重型火箭的技術(shù)設(shè)計(jì)工作。俄羅斯的載人登月項(xiàng)目可能改由多枚“安加拉-A5”大型火箭聯(lián)合執(zhí)行。它們將通過多次發(fā)射，分別將載人飛船、月球著陸系統(tǒng)及空間拖船送入近地軌道，進(jìn)行在軌對(duì)接后再實(shí)施登月。
中國(guó)重型火箭正處于研制階段
中國(guó)長(zhǎng)征五號(hào)系列大型運(yùn)載火箭成功發(fā)射后，外界極為關(guān)注“中國(guó)用于深空探測(cè)的重型火箭項(xiàng)目”。
美國(guó)“太空”網(wǎng)站稱，當(dāng)前中國(guó)近地軌道運(yùn)載能力最強(qiáng)的火箭是長(zhǎng)征五號(hào)系列火箭，近地軌道運(yùn)載能力達(dá)到25噸。報(bào)道稱，中國(guó)從2018年開始提出近地軌道運(yùn)載能力高達(dá)140噸的長(zhǎng)征九號(hào)重型火箭，預(yù)計(jì)將在2028年前后首發(fā)。外媒還猜測(cè)，長(zhǎng)征九號(hào)重型火箭芯級(jí)直徑為10米，高度將超過103米，起飛推力超過4000噸。此外，它還采取可重復(fù)使用的火箭技術(shù)以降低發(fā)射成本。
根據(jù)公開報(bào)道，2021年中國(guó)探月工程首任總指揮欒恩杰在接受采訪時(shí)證實(shí)，中國(guó)百噸級(jí)重型運(yùn)載火箭的論證階段已基本完成，進(jìn)入立項(xiàng)后續(xù)階段，重型火箭的研究工作有望在“十四五”期間展開，以滿足中國(guó)航天走向更深遠(yuǎn)太空的需求。
中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)航天科技集團(tuán)一院首席總設(shè)計(jì)師姜杰在今年兩會(huì)期間接受《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者采訪時(shí)也透露，我國(guó)具有跨代意義的重型運(yùn)載火箭正處于研制中，研制過程需要八到十年時(shí)間。這款重型運(yùn)載火箭能跨越式提升我國(guó)進(jìn)入和利用太空的能力，它的近地軌道運(yùn)載能力達(dá)百噸級(jí)，地月轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力為50噸級(jí)，其任務(wù)覆蓋面廣、適應(yīng)性強(qiáng)，既可用于空間艙段、空間電站等近地軌道大規(guī)模發(fā)射任務(wù)，也可用于載人登月、載人火星/小行星探測(cè)、太陽系邊際探測(cè)等深空探測(cè)任務(wù)。這款火箭將使我國(guó)空間活動(dòng)進(jìn)入全新的大規(guī)模探測(cè)階段，保障我國(guó)在宇宙探索和太空開發(fā)中的優(yōu)勢(shì)地位。
（來源：環(huán)球時(shí)報(bào) 晨陽 馬俊）
