走近又一未來世界級重型火箭——「新格倫」

早在今年3月初，藍色起源（Blue Origin）公司就釋出了自2012年就開始研發的「新格倫」（New Glenn）火箭的首支短片，短片展示了「新格倫」火箭發射升空、將衛星送入地球軌道以及第一級推進器返回地球並在海上回收平台降落的全過程。

視頻來源：Blue Origin

接下來的這一段視頻則向我們展示了「新格倫」的結構特徵和一些預估參數。通過這段視頻，我們將在數字方面領略到「新格倫」的強大。

視頻來源：https://www.youtube.com/watch?v=xXA-E1cCh-c

強大的第一級推進器

「新格倫」與各個時期火箭的對比圖。（右2至右4依次為「新格倫」第一級可回收推進器、三級結構火箭和兩級結構火箭）

圖片來源：Blue Origin

通過上圖「新格倫」和已退役、現役以及研製中的各型火箭的對比，我們不難看出，「新格倫」有著非常「強壯」的第一級推進器，橫截面直徑大概是「獵鷹」9號（上圖右6）的2倍左右，兩級和三級結構火箭的高度也超過了所有現役火箭。「新格倫」第一級推進器輸出的推力將達到17132.5千牛，與重型「獵鷹」（上圖右7）第一級推進器（由3支「獵鷹」9號第一級推進器組成）22695千牛的推力也已相差不遠。

「新格倫」的強大不僅僅體現在體積和推力方面。據Jeff Bezos透露，「新格倫」可回收的第一級推進器將能夠重複發射100次左右。如果能做到這一點，「新格倫」在發射成本和再利用效率方面也將異常強大。

BE-4引擎

強大的推進器自然離不開強大的引擎。今年3月初，藍色起源公司的第一台Blue Engine-4引擎裝配完成，Bezos連推兩張圖片並寫到：「1st BE-4 engine fully assembled. 2nd and 3rd following close behind.（這是第1台裝配完成的BE-4引擎。第2台和第3台將緊隨其後。）」

圖片來源：Twitter @jeffbezos

圖片來源：Twitter @jeffbezos

BE-4除了裝配自家「新格倫」火箭，還極有可能裝配聯合發射聯盟（United Launch Alliance，ULA）的下一代火箭「伏爾甘」（Vulcan）。

「伏爾甘」火箭模擬圖。藍色起源與ULA的夥伴關係由來已久。2005年前後，雙方就有了初步合作。2009年NASA商業載人發展項目（Commercial Crew Development Program，CCDev)第一階段開啟後，雙方開始了更為正式、緊密的合作。BE-4引擎就是由雙方共同出資研製，沒有依靠政府資金支持。

圖片來源：ULA

BE-4引擎的獨特之處在於它採用了液態天然氣和液氧作為燃料。使用液態天然氣這種相對廉價且燃燒效率極高的市售燃料將進一步減少購置燃料的成本。此外，液態天然氣可以為燃料箱增壓（自生增壓），因此就沒有必要再裝配昂貴而複雜的獨立增壓系統（常使用氦氣）。作為非常清潔的燃料，液態天然氣不會產生煤煙（煤油燃燒產生）等副產品，這將有利於簡化引擎的再利用準備過程。從上述幾點來看，BE-4引擎在成本控制和再利用方面做足了功課。

BE-4引擎採用了單軸富氧分級燃燒（single-shaft oxygen-rich staged combustion）的循環方式（cycle），單個引擎輸出推力2,400千牛（550,000磅力），燃燒室壓力為13,400千帕（1,950磅每平方英寸）。

空氣動力側翼

在文章開頭的第一段視頻中，「新格倫」的一處設計十分搶眼——可旋轉的空氣動力側翼（aerodynamic strakes，or aerodynamic control surfaces）。視頻中，在返回地球大氣過程中，空氣動力側翼通過調節氣流方向，似乎起到了控制飛行方向和一定的減速作用，而且火箭直到快降落到海上回收平台時才再次啟動引擎減速。通過這些細節，有媒體猜測「新格倫」可能採取不同於「獵鷹」9號再入大氣層減速噴射（re-entry deceleration burn）的再入減速方式，在臨近降落之前引擎可能不會再次啟動。但「新格倫」最早要在2019年才會進行首飛，一切還都是未知數，但空氣動力側翼的設計確實為思考更多再入大氣層的方式拓寬了思路。

SpaceX「獵鷹」9號火箭第一級推進器再入大氣層減速噴射過程示意圖。

圖片來源：zlsa design

重型火箭的黃金時代

未來幾年，SpaceX的重型「獵鷹」火箭、NASA的SLS火箭以及藍色起源的「新格倫」火箭將在載荷能力、可回收能力、成本、效率等各個方面展開競爭。航天領域的商業化已經將我們帶進了重型火箭的黃金時代，競爭者會不斷湧現，我們也有幸成為這個時代的親歷者。但這場競爭並不是一場零和博弈。在這場競爭里，所有的失敗都是全人類要汲取的經驗，所有的成功也都是屬於全人類的勝利。

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