來源：中國航天報
轉載：空天大視野
北京時間11月16日14時47分，美國新一代重型運載火箭“太空發射系統”（SLS火箭）從肯尼迪航天中心LC-39B發射臺首次成功發射，將獵戶座載人飛船及10顆立方星送往月球軌道，正式開始執行“阿爾忒彌斯-1”任務。那么，SLS火箭有什么技術特點？其研制過程中有哪些值得一提的經驗教訓？未來應用前景如何？
首次發射的SLS火箭嘗試將重達26.5噸的獵戶座載人飛船送入地月轉移軌道，與“阿波羅”計劃遙相呼應的“阿爾忒彌斯”計劃由此正式拉開帷幕。
據悉，獵戶座飛船將首次進入大幅值逆行軌道，從而逆行繞飛月球，與月球距離最遠時可達7萬公里，有望刷新載人飛船到達的最遠距離紀錄。不過，為安全起見，此次任務并不載人，飛船搭載了仿真假人系統，收集測試數據。任務完成后，飛船將以第二宇宙速度再入大氣層。
按照美國宇航局及廠商發布的任務路線圖，2024年SLS火箭將執行“阿爾忒彌斯-2”任務，獵戶座飛船屆時要首次載人升空。更加最雄心勃勃的任務是定于2025年執行的“阿爾忒彌斯-3”任務，SLS火箭將發射載有4名航天員的獵戶座飛船。
“阿爾忒彌斯-2”任務路線圖
飛船進入繞月軌道后，將與登月艙實施在軌對接，把2名航天員轉移到登月艙上并踏上月球表面。預計完成6天多月面探索后，他們將返回繞月軌道并與飛船對接，最終4名航天員乘坐獵戶座飛船返回地球。
再往后，SLS火箭還將繼續執行載人登月任務，并參與繞月空間站在軌組裝工作，甚至支持興建月面基地，以期對月球開展長期可持續的有人探索。
這樣一款擔當重任的重型火箭成功首飛，通常應該是值得“全球點贊”的航天史大事件。然SLS火箭卻并非如此，這款火箭一直與“超支拖延、擠占經費、問題不斷、就業工程”等負面詞匯為伴。而這還要從SLS火箭的誕生說起。
豎立在LC-39B發射臺上的SLS火箭
SLS火箭正式規劃于2010年，當時美國宇航局寄予厚望的“戰神”計劃夭折，而航天飛機因事故纏身，即將退役。一時間，美國重返月球計劃處在無重型火箭可用的“空窗期”。同時，考慮到航天飛機退役后相關企業會面臨破產風險，美國官方必須盡量維持航天產業鏈和就業，穩住政治“票倉”，SLS火箭工程就此上馬。
其實，火箭研發拖延、首飛推遲是業界常態，但要談起近年來火箭型號的“鴿王爭霸賽”，那SLS火箭絕對是當仁不讓的第一名。該火箭集美國宇航局“萬千寵愛”于一身，由美國國會在經費、政策上“雙重護航”，基于航天飛機成熟技術“堆砌”而成。SLS火箭于2011年正式立項，原定于2016年末首飛，但隨后歷經十幾次重大推遲，11年來研發耗費至少212億美元，以致被戲稱為“參議院發射系統”。
“成熟”的“新型”火箭
縱觀航天史，重型火箭作為航天工業的“大國重器”，普遍會融入大量新技術、新設計理念，但SLS火箭與眾不同。外界評價認為，其設計乏善可陳，創新寥寥，甚至相比航天飛機可以稱得上“倒退”——它拋棄了近年來流行的火箭重復使用設計，僅將航天飛機技術“遺產”進行重新組合，與20世紀60年代的土星五號重型火箭的理念一致，都是傳統一次性運載火箭。
為確保穩妥可靠，SLS火箭芯一級采用4臺航天飛機所用的RS-25發動機，甚至服役初期干脆使用航天飛機退役后的庫存貨。然而，SLS火箭每次發射都會將4臺真空推力各220噸的分級燃燒循環氫氧發動機扔進大海，而這種發動機本可重復使用10多次。
SLS火箭的2枚固體助推器也衍生自航天飛機系統，區別主要是將助推器分段從4段延長至5段，以便獲得更大推力，同時放棄了回收復用設計。
為縮短研發周期，SLS火箭芯二級直接采用了即將退役的德爾它4系列火箭的芯二級，但德爾它4系列火箭與SLS火箭的級別相差太大，芯二級僅安裝1臺真空推力11噸的RL-10B-2膨脹循環氫氧發動機，造成SLS火箭芯二級推力不足。可以說，此次發射的SLS火箭初期型出現了“小馬拉大車”的情況，嚴重限制了運力發揮。
SLS火箭芯二級僅安裝1臺RL-10B-2膨脹循環氫氧發動機
縱觀全箭，SLS火箭沒有新研任何一型發動機，而是美國航天工業“豐厚家底”的重新組合。尤其是RL-10B-2發動機，其原始型號RL-10是美國第一款氫氧發動機，自1963首飛以來，已服役近60年。
或許是為了平息外界非議，SLS火箭誕生之初，曾被美國宇航局定位為“可快速研發成型的低成本一次性重型運載火箭”，宣稱單次發射成本僅4億美元，低于航天飛機的4.5億美元。然而，SLS火箭項目必須維持住航天飛機留下的供應鏈，造成研發體系龐雜，不斷延期，單次發射成本已飆升至20億美元級別，而“阿爾忒彌斯”計劃前4次發射的平均成本更是高達40億美元。
“阿爾忒彌斯”計劃前4次發射的平均成本將超過40億美元
“寶座不穩”前景難料
不同于美國宇航局近年來大獲成功的“公私合營”項目模式，SLS火箭由美國宇航局抓總研發且全額撥款。盡管研發期間美國政府黨派輪替，航天政策搖擺不定，但SLS火箭項目每年撥款都是足額到賬，近年的年均撥款額高達25億美元，相當于美國宇航局年度預算的1/10，堪稱“吞金巨箭”。不過，這款美國宇航局宣傳的“最強火箭”的“江湖地位”卻并不穩固。
搭載獵戶座飛船后，此次發射的SLS火箭初期型全箭高98米，近地軌道運力95噸，地月轉移軌道運力27噸，運力指標不及20世紀60年代的“土星五號”。未來，SLS火箭改進型有望實現近地軌道運力超過130噸，地月轉移軌道運力超過46噸，但考慮到研發進度，它未必還能“坐穩寶座”。
計劃推出SLS火箭的3個版本：Block1，Block1B和Block2
近年來，引發航天愛好者關注最多、技術理念最激進的重型火箭當屬SpaceX公司的“星艦”。按設計，它的近地軌道運力至少達到100噸以上，更采用了富有技術挑戰性的33機并聯、兩級全面回收方案，顯然比SLS火箭更有發展前景。
原本SLS火箭比星艦擁有簡單可靠的優勢，但SpaceX公司一再保證“星艦”進展符合預期，已贏得商業訂單。考慮到SpaceX公司中標了載人登月艙合同，預計最早在2025年，2款重型火箭就將在“阿爾忒彌斯-3”任務中合作，那也將是一場直觀的“比拼”。
事實上，SLS火箭曾規劃了多種構型和任務，但隨著進度拖延和成本增加，部分任務已被技術成熟、成本相對低廉的商業火箭搶走。如“歐羅巴快帆”和繞月空間站的核心艙段發射均已被SpaceX公司的“獵鷹重型”收入囊中。可以說，SLS火箭目前已成為“獵戶座飛船專用火箭”，短期內難以獲得其他任務。
隆隆起飛的SLS火箭是人類重返月球、常駐月球的序幕，也掀起了重型火箭新時代的揭幕戰。誰能笑到最后？航天愛好者不妨拭目以待。
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