一、美国空军加大火箭货运项目扶持力度

美国空军在前不久公布的2022财年预算申请明确提出了“火箭货运”项目,在2022财年预算需求中申请4790万美元,相比2021财年的973万美元大幅增加,明显加大了技术研发的扶持力度。美国空军计划将所申请的经费用于演示初始单程运输能力,使用商业火箭向条件简陋的地点进行运输,以验证这一概念的可行性,具体要求包括:运载能力达到100吨级,兼顾载货和载人能力;在一小时内抵达全球任何地点;火箭完全可重复使用;可在多种非常规条件下降落和作业;载货舱能够迅速装卸;可再入大气层后空投货物。火箭货运有望开辟崭新的军事运输方式,极大提升战略运输的效率,从而为未来军事对抗带来新的显著变化。据悉,将有多家航空航天企业进入美国空军的候选承担名单,但是显而易见的是,SpaceX一定在候选名单的前列,而且目前来看,星舰也是最有可能甚至唯一有可能实现这一宏大概念的项目。



二、星舰计划概述

星舰运输系统最早由SpaceX在2016年9月正式提出,经过多次方案迭代优化,目前方案采用两级构型,由一级超重和二级星舰组成,全长约120米,箭体直径约9米,起飞总重约5000吨,运载能力可达到100吨。一级超重安装31台猛禽液氧/甲烷发动机,采用与猎鹰-9火箭相似的垂直回收方式;二级星舰安装6台猛禽液氧/甲烷发动机,其中包括3台海平面版和3台真空版发动机,可在离轨后利用升力式气动减速和发动机制动实现垂直软着陆。因此,星舰运输系统具有完全重复使用的能力。

SpaceX从2018年开始直至今日,先后研制14型试样样机并持续开展试飞工作,秉持着快速迭代、不断试错的原则,星舰的研制历程可谓“屡战屡败、屡败屡战”,从最早的原型机MK1,到后来的SN-1~SN-4,再到SN-5和SN-6实现150米弹射测试成功,再到SN-8~SN-12持续遭遇落地时爆炸的难题,终于在今年5月,SN-15顺利完成亚轨道试飞,并安全返回地面,标志着星舰研制取得里程碑式进展,为星舰实现入轨飞行奠定了重要基础。正是凭借着星舰的快速进展,在今年早些时候,SpaceX计划击败强劲竞争对手,使得星舰成为NASA载人登月计划载人登陆器的唯一中标项目,中标金额为29.8亿美元,这标志着星舰计划正式获得美国官方重大立项支持。

三、星舰计划与火箭货运

(一)发展历程


其实这不是美军第一次提出“火箭货运”的概念,早在美苏太空争霸期间,美国的麦道飞机公司曾提出过Ithacus单级入轨火箭构想,高约60米,载重约130吨货物或1200名士兵,可在1小时内将士兵、装备和物资运抵全球任意地点,从而降低对海外基地的依赖。Ithacus的小型化版本可装载33.5吨货物或260名士兵,以两架一组的的形式部署到企业号核动力航母上,一架用于运输人员,一架用于运输货物。但是受限于当时的技术能力与单次使用无法承受的高昂成本,过于超前的想法仅停留了在概念构想阶段。



随着SpaceX的SN-15星舰成功实现垂直软着陆,标志着航天运输系统重复使用技术取得重大突破,“火箭货运”的概念终于有望在不久的将来变成现实。

(二)优势特点


相比于传统航空运输,星舰用于火箭货运具有四个显著的独特优势:一是运输速度快,凭借着轨道或亚轨道飞行,星舰只需要不到1小时即可到达全球任意地点,相比之下,C-17跨越太平洋需要13个小时,星舰的运输速度有本质上的提升,可满足特殊情况下的应急所需;二是载荷能力强,星舰设计运载能力达到100吨,可一次运送两辆M1坦克,具备快速战略运输的能力,超过C-17的77吨,达到与C-5相当的运载能力;三是对降落要求不高,星舰采用垂直降落回收,相比C-5和C-17,省去了跑道,美国空军也要求具备在非常规地面降落的能力;四是使用灵活方便,由于80km~100km以上属于各国公共的太空空间,针对响应速度要求高的任务,规避非法侵入他国领空的麻烦。

(三)军事应用


凭借着独特的特点及优势,星舰用于火箭货运在快速响应运输、应对突发事件、长期在轨驻留等方面具有广阔的军事应用前景。

快速响应运输:若环太平洋等地区爆发高对抗战争,由于受到强大对手区域拒止力量的持续封锁,传统的C-17、C-5等空基运输力量等因运输时效和生存力问题难以抵近,美军在前线基地有可能暂时失去常规海、陆、空运后勤补给能力,这时星舰装载重达100吨前线急需的装备和武器,在一小时内快速抵达、垂直着陆在美军前沿基地,在无法安全着陆时也可直接空投货物,从而起到高对抗条件下快速弥补作战急需的关键作用。

突发事件应对:若全球某热点地区发生政局动荡或人道主义灾难时,本国公民的生命安全受到严重威胁,亟需与时间赛跑紧急开展救援行动,而传统的空基、海军应急手段因局势不明或距离较远无法迅速投入力量,星舰可快速抵达,在大使馆附近着陆,运载人员或关键货物迅速升空返回本土,也可在无法安全着陆时空投装备和武器,为受困人员提供第一时间的救助,为后续营救行动赢得宝贵时间。

长期在轨驻留:凭借未来太空加油技术发展,通过多次在轨加注燃料,星舰长期驻留太空成为可能,再加上强大的载荷能力,类似加强版的X-37B,星舰可提前预置各种对地、对空、对天等传感器、武器载荷,甚至成为“轨道轰炸机”,在需要时可实施全球范围内的部署,以快速应对急剧变化的局势。



(四)风险与挑战

不可忽视的是,目前火箭货运技术尚处于探索阶段,离真正应用还有很长一段距离,主要在安全、成本、应用等方面还存在着风险和挑战。首先,最关键的是面向未来战场环境,大型火箭在前线地区的生存力是存在的疑问的,尤其是再入大气层和降落阶段,满载燃料的火箭就是敌方导弹和战斗机的理想攻击目标,如何提高货运火箭的生存能力、实现火箭的低可探测性是必须攻关的问题。再次,相比航空运输而言,即便有重复使用技术的加持,火箭货运的成本仍然是个潜在的隐患,虽然与之前的猎鹰-9和重型猎鹰火箭不同,星舰计划计划一级和二级都是可重复使用的,可进一步降低火箭使用成本,SpaceX计划未来星舰的一次发射成本可降至200万美元,即便如此,也远高于C-17运送70吨货物的成本54万美元,更适用于要求快速响应的应急任务。另外,在体系化作战中,如何使得货运火箭融合当前美国空军的作战保障体系,包括快速响应任务规划、货物快速装卸、发射/着陆场运用等,都需要不断探索攻关。

四、未来展望

今年8月SpaceX即将进行星舰首次轨道飞行验证,明年美国空军也将正式授出火箭货运的开发合同。以SpaceX的研发速度,也许在未来的几年之内,我们就会看到从美国空军租用的SpaceX星舰,从美国本土起飞,在一小时之内抵达美驻日军事基地,而从星舰上卸下的货物是2辆M1主战坦克,或者200名全副武装的士兵