2022年哪些新型火箭将首飞

2022-03-28张晨

太空探索 2022年3期

文/张晨

2022年又是世界运载火箭家族新秀频出的一年。美国航天发射系统（SLS）推迟数年后将进行首飞，其他一些由于疫情影响而研制进度推迟的大型运载火箭也将首飞。而各种商业小运载火箭和液态甲烷推进剂首次成为轨道级发射燃料，更赋予了这一年特殊的重要性。当然，最值得期待的仍然是“星舰”的首次轨道级试飞。

中国

长征六号甲

中国航天科技集团上海航天技术研究院基于长征六号运载火箭研制了长征六号甲运载火箭，计划今年在太原卫星发射中心进行首飞。

长征六号甲运载火箭使用无毒无污染的液氧/煤油芯一级，使用2台YF-100高压补燃火箭发动机，捆绑4个120吨2段式固体火箭助推器，二级设1台YF-115火箭发动机。火箭起飞质量为530吨，700千米太阳同步轨道运载能力不低于4吨。火箭高度约50米，配置有3.35米、3.8米、4.2米及5.2米四种直径的整流罩。

长征六号甲运载火箭的运载能力更为强大，更大直径的整流罩意味着可以发射更大尺寸的载荷。长征六号甲运载火箭将在我国新一代空间基础设施的建设中发挥重要作用。

▲ 长征六号甲运载火箭起飞效果图

捷龙三号

作为捷龙系列商业运载火箭中第二大的产品，捷龙三号运载火箭使用2.64米固体火箭发动机，目标为服务未来商业卫星星座发射，具备一箭20星以上的发射能力。捷龙三号运载火箭起飞质量140吨，500千米太阳同步轨道运载能力为1.5吨，整流罩直径3.35米。

捷龙三号运载火箭具备陆、海发射能力，首飞就计划海上发射。火箭目标价格为1万美元/千克，有望将商业发射服务合同履约周期缩短至6个月，具备较强的市场竞争能力。

▲ 捷龙三号海射船

中科一号甲

中科一号甲运载火箭为“中科宇航”研制的四级固体运载火箭，属于中科一号系列运载火箭，计划2022年上半年在酒泉卫星发射中心首飞。该系列利用200吨级、100吨级、50吨级、10吨级四型固体火箭发动机和固体助推器形成系列化构型。

中科一号甲运载火箭为四级固体发动机串联构型，起飞质量135吨，近地轨道运载能力约2吨，500千米太阳同步轨道运载能力为1.5吨。可配置2.65米整流罩和3.35米整流罩。主要用于太阳同步轨道和其他近地轨道中小型航天器的单星和多星组合发射，以及临近空间高超声速飞行器的助推发射。

▲ 中科一号甲火箭

▲ 朱雀二号发射效果图

朱雀二号

“蓝箭航天”在朱雀一号火箭首飞失利后，专心开展中型两级液体火箭朱雀二号的研制。朱雀二号运载火箭可能成为世界上首款使用液态氧/液态甲烷燃料组合的轨道级火箭，在抢占这一荣誉上，它的对手是美国太空探索技术公司还在调整设计中的星舰运输系统。

朱雀二号运载火箭使用液态氧/液态甲烷推进剂，为二级构型。“朱雀二号”直径3.35米，自重216吨，低地球轨道运载能力6吨。一级设4台TQ-12火箭发动机，单台海平面推力67吨。二级设1台TQ-12真空型发动机和4台TQ-11作为游动发动机。TQ-11为单泵四室发动机，推力10吨。

朱雀二号运载火箭使用三平模式发射，“蓝箭”在酒泉卫星发射中心专门建设了一座庞大的设施来支持它的发射，这座设施也可以支持别的液体火箭的发射。目前朱雀二号运载火箭的合练箭已经运抵酒泉卫星发射中心开展合练，首飞指日可待。

天龙二号

“天兵科技”的第一款轨道级运载火箭，计划2022年首飞。其一子级使用3台特供版YF-102液态氧/煤油火箭发动机，二级使用一台天火11补燃循环液态氧/煤油火箭发动机，三级使用7500牛推力的常温推进剂发动机，起飞质量约140吨。

美国

航天发射系统（SLS）

航天发射系统，或者称为SLS超重型运载火箭，继承了航天飞机的部分技术以降低重型运载的高昂成本。在星座计划取消后，航天发射系统将托举“重返月球”计划，以实现美国人再次登陆月球的目标。

SLS芯级直径8.4米，配置4台RS-25D发动机。航天发射系统分为3个研制阶段——先期使用基于航天飞机可重复使用固体火箭的5.5段式固体火箭助推器（RSRMV），第1~3发为Block1构型，可将27吨载荷送往月球。Block1使用基于德尔它4火箭二级研制的临时低温推进级（ICPS），设1台RL-10B2/RL-10C-2发动机。第4发开始使用Block1B构型。Block1B将使用更大规模的探索上面级（EUS）,实现44吨的奔月运载能力和105吨的低地球轨道运载能力。探索上面级首飞状态下，设4台RL-10C-3发动机。自第5发开始，新的RS-25E发动机将取代航天飞机时代的RS-25D发动机。

▲ SLS将托举美国人重返月球

由于航天发射系统将使用航天飞机遗留的固体火箭助推器，而未来这些助推器在8次任务后均被消耗完，从第9次开始，航天发射系统将使用BOLE助推器（助推器淘汰与寿命延长计划）。BOLE助推器的推力曲线完全贴合SLS的需求，使得RS-25E发动机无需节流飞行。BOLE助推器使SLS Block2达到了国会所要求的46吨奔月能力。

计划在2021年底执行首飞的SLS火箭由于第一次全箭试车提前关机，加上“波音”的拉垮进度，最终任务被推迟至2022年初，第一窗口是在2月12日。但在稍晚时候，SLS四台主发动机中的一台控制计算机出现故障，目前此次任务已经被推迟至2022年3—4月。以“波音”的效率，不知道后面还会出什么幺蛾子。

SLS火箭将先进行一次湿彩排（类似国内的“合练”），进行火箭发射倒计时的演练，随后推回总装大楼。在执行阿尔忒弥斯-1任务时，SLS的基础级将直接把临时低温推进级和猎户座飞船送入一条近地点40千米、远地点1800千米的亚轨道。随后该推进级进行2次点火，将猎户座飞船送入奔月轨道。首次SLS载人任务阿尔忒弥斯-2推迟至2023年9月以后，首次月表任务阿尔忒弥斯-3则推迟至2024年以后，这还不包括考虑到登月舱和舱外航天服研发的延迟。

星舰（SN24+BN7）

在“猎鹰9”高速组网发射“星链”的时候，太空探索技术公司并没有忽视“星舰”的研发，其首次亚轨道飞行蓄势待发。但事实比马斯克的想象严苛得多。一方面，美国联邦航空管理局对首次组合发射持续“卡脖子”，使得已经组装好的超重助推BN4和星船SN20无处可去，只能停留在发射台上。另一方面，“猛禽1”和“猛禽1.5”发动机并没有达到星舰飞船-超重型火箭需求的指标，而230吨推力的“猛禽2”还没有完成研发。星舰火箭也面临严重的超重问题，最新版本的星舰飞船-超重型火箭将进一步拉长，一级设32台猛禽2发动机，二级设6台真空猛禽和3台猛禽2，表明火箭将继续增重。

值得注意的是，原计划进行的SN20+BN4的组合试飞将无法进行，因为在BN4级的低温加注测试过程中，外来物导致BN4受到严重损坏，无法进行静态点火。贴完TUFROC隔热瓦的SN20和SN21因为接口和BN7不同也被废弃。这样导致星舰飞船-超重型火箭首飞将进一步推迟，至少不是上半年的事情了。

▲ 堆叠的SN20和BN4

▲ 火神VC2构型

▲ GEM-63XL助推器试车

太空探索技术公司计划使用“星舰”部署其二代“星链”，总计29988颗。这些新卫星的质量在850~950千克之间，目标是不高于1吨。太空探索技术公司已经放弃使用“猎鹰9”部署二代星链的计划，因为这些卫星相比一代和1.5代星链来说大得多，以至于猎鹰9号火箭无法进行高效组网。同时为了对超重系统进行减重，该公司在“星舰”上创新性地使用发射塔上可开合的“筷子”挂住返回的超重助推器，而非使用传统着陆腿的方案。

火神

计划于2021年首飞的联合发射联盟（ULA）下一代大型运载火箭火神运载火箭由于“蓝色起源”提供的飞行用BE-4发动机迟迟未能交付，其首次飞行已经推迟至2022年下半年。

“火神”最初计划取代的是德尔它4系列运载火箭。因为过于昂贵，可以被“宇宙神5”填补运力区间的德尔它4中型+系列火箭首先退役，重型德尔它4则计划在2023年退役。为降低发射成本及对抗太空探索技术公司的“猎鹰9”，ULA曾经提出明智模块自主返回技术（SMART）用于回收第一级的2台发动机，但没有下文提及。

2019年，在“国家安全太空发射”竞标时，美国空军明确提出会被外国技术卡脖子的火箭不得参与竞标，意味着使用俄制RD-180火箭发动机的宇宙神5运载火箭无法发射新的美国军事卫星载荷。因此，“火神”成为了ULA未来唯一发射国家安全载荷的运载器。

“火神”使用5.4米直径一级，配置2台250吨推力的BE-4液态氧/液态甲烷分级燃烧火箭发动机，可配置0~6个GEM-63XL固体火箭助推器。ULA还提出了并联3个一级模块的运载火箭方案。其二级使用半人马座5低温上面级，使用2台RL-10C-1-1液态氢/液态氧火箭发动机，其运载能力覆盖10.6~27.2吨，地球静止转移轨道运载能力覆盖2.9~14.4吨，可将最大7.2吨的载荷送入地球静止轨道。

火神运载火箭的首飞由于“蓝色起源”迟迟未能交付飞行用BE-4而推迟至2022年下半年。首飞为2助推器构型，将发射游隼月球着陆器，随后火神4助推构型还将发射数次内华达山脉公司的追梦者升力体可重复使用航天飞机。2023年后火神火箭还将发射3次美国太空军载荷。

人族1

人族1是美国相对论空间公司的一款小型运载火箭，使用液态氧/液态甲烷推进剂，两级构型。人族1运载火箭计划2022年在卡纳拉维拉尔角太空军基地LC-16发射，也可在范登堡太空军基地330号设施发射。人族1火箭可将1.5吨的载荷送入300千米低地轨道，或者将900千克的载荷送入500千米的太阳同步轨道。人族1火箭高35米，直径3米，一级设9台推力10.2吨的“永世1”发动机，二级设1台真空“永世1”发动机，推力12.85吨。

▲ 人族1运载火箭

▲ H-3的构型图

人族1火箭的特点在于其使用了3D打印技术，可以有效降低生产成本，发射报价为1200万美元。相对论空间公司还提出要研制人族R全复用火箭以和太空探索技术公司的“猎鹰9”竞争。人族R运载火箭的低地球轨道运载能力超过20吨。

RS-1

RS-1运载火箭是由ABL公司研发的低成本小型快速反应运载火箭，使用“极其简单”的设计，以保持较低的发射成本。RS-1不需要固定的发射基础设施，计划能够在一周的准备时间内从任何地点发射。RS-1火箭计划在科迪亚克进行首次发射，也可以在范登堡太空军基地、卡纳拉维拉尔角和瓦勒普斯岛发射。值得注意的是它还将在英国的设德兰太空中心发射。

RS-1火箭设2级，使用液态氧/煤油组合，第一级设9台E-2发动机，二级设单台真空型E-2发动机，可将1.35吨的载荷送入近地轨道。“RS-1”最早计划在2021年底发射，后推迟至2022年。但2022年1月20日其二级试车时发生了爆炸，摧毁了试验的二级，可能会进一步推迟。

▲ H-3首飞箭合练。为优化废氢排放条件，H-3火箭基准高度位于发射台下底面，看上去助推器显得很小。

日本

H-3

H-3大型运载火箭为日本宇宙航空研究开发机构旨在降低H-2A/H-2B高昂成本而开发的下一代大型运载火箭。相比H-2A/H-2B，H-3运载火箭使用了相对简单的大推力开式膨胀循环LE-9氢氧发动机取代较为复杂的补燃循环LE-7A发动机。H-3运载火箭计划在日本政府2022财年的稍晚时候发射。H-3运载火箭原计划于2020年首飞，后由于LE-9发动机试车不顺利而推迟。其首飞将发射ALOS-3测绘成像卫星。

H-3运载火箭高63米，直径5.2米（在发射货运飞船时使用5.4米整流罩），设0、2或4个助推器。不设固体助推器的时候使用3台LE-9氢氧发动机，此时被称为H-3-30，而设置固体助推器的时候一般使用2台LE-9发动机，被称为H-3-22和H-3-24。最大的H-3-24构型起飞质量为574吨，可将7.9吨的载荷送入地球静止转移轨道。H-3-24将发射日本下一代货运飞船HTV-X及日本的火卫一采样返回任务MMX。

为降低成本选择的开式膨胀循环可谓是坑人。真空推力高达150吨的LE-9发动机遇到的问题不断，从氢泵氧泵到燃烧室问题出了个遍。日本人是否彻底掌握了大推力膨胀循环火箭发动机的技术，还要看“H-3”未来的表现。

欧洲

阿里安6

阿里安6运载火箭是为降低阿里安5运载火箭较高价格而研制的欧洲下一代大型运载火箭。为满足模块化通用化的需求，“阿里安6”设置2个构型——2个P120C助推器的阿里安62，及4个P120C助推器的阿里安64构型。P120C固体火箭助推器也可以直接作为织女星C火箭的第一级。一子级设1台140吨推力的HM-60B，二子级设一台具备5次启动能力的25吨推力Vinci膨胀循环发动机。火箭直径5.4米，高63米。

阿里安64运载火箭重860吨，具备21.65吨低地球轨道和11.5吨地球静止转移轨道运载能力；而阿里安62运载火箭重530吨，具备10.35吨低地球轨道和4.5吨地球静止转移轨道运载能力。

由于疫情影响，阿里安6火箭首飞持续推迟，目前计划2022年下半年首飞，但也很可能继续推迟至2023年。

织女星-C

织女星-C火箭是基于阿里安6的P120C助推器发展而来的小型固体运载火箭。其二级使用了加大的Zefiro-40+固体火箭，三级继承织女星的Zefiro-9。四级基于织女星运载火箭的姿态与游机上面级（AVUM）进行改进，被称为AVUM+。其计划2022年4月首飞，700千米太阳同步轨道运载能力2.2吨。