印度下一代运载火箭(NGLV)竞争力分析

trilobite

印度下一代运载火箭（Next Generation Launch Vehicle，NGLV，曾称为Unified Launch Vehicle或ULV）是一种三级可重复使用的火箭，目前由印度空间研究组织（ISRO）开发。该运载火箭旨在取代印度目前使用的发射系统，如极地卫星运载火箭（PSLV）、地球同步卫星运载火箭（GSLV）和运载火箭3型（LVM3）。该项目历经多次设计迭代，最终在2023年确定了可重复使用的配置构型，2024年3月正式成立项目团队Project SOORYA开始研制。


配置迭代
NGLV系列运载火箭最早的设计目的是用一个通用的半低温发动机分别取代PSLV、GSLV和LVM3的不同核心推进模块，因此被命名为统一运载火箭（ULV）。但以下一代运载火箭（NGLV）为名的新提案建议运载火箭具有可重复使用性。

该发射系统自2010年代开始研发，随着时间的推移经历了各种设计变更。随着ISRO的已有运载系统逐渐老化，ISRO意识到需要新一代具有可互换模块化部件的发射装置。自首次提出建议以来，该系统的设计经历了多次变更。



早期印度下一代运载火箭（NGLV）设计的三种基本型号

2013年5月，发射器的配置首次公开。它们有一个共同的中央芯级和上面级，有四种不同尺寸的助推器。中央芯级称为SC160（ISRO术语中具有160吨推进剂的半低温级），使用煤油/液氧推进剂，并由单个SCE-200发动机提供动力。上面级被称为C30（装有30吨推进剂的低温级），使用LH2/LOX推进剂，并由一台CE-20发动机提供动力。

四个助推器版本是：

6×S-13，比PSLV上的S-12稍大，燃烧时间更长;2×S-60，可能是新开发的固体发动机;2×S-139，是PSLV和GSLVMkI/II的一子级;
2×S-200，与LVM3相同。

2013年版NGLV的四种不同尺寸的助推器配置

ISRO还计划了一种潜在重型变体（HLV），能够将重达10吨级的航天器送入地球同步转移轨道。该型号的具体设计包括：

与LVM3中使用的S-200助推器相比，双S-250固体捆绑式助推器更大;L-400半低温核心级，装有400吨推进剂，使用五个SCE-200发动机组;
L-27低温第三级，装有27吨推进剂，使用CE-20发动机。

比HLV更强的超重型变体（SHLV）配备多个SCE-200发动机和侧面助推器，将成为ISRO开发过的最强大的火箭。SCE-200发动机的开发于2017年完成，测试工作由乌克兰制造商Yuzhmash承包。



HLV和SHLV的配置计划2021年9月，ISRO在其举办的一次虚拟活动中，演示提到了正在开发的新型半低温推进级（即SC120）和升级的低温推进级（即C32）。这些配置展示了更强大的发动机：SC-400半低温级、C27低温级和S-250固体火箭助推器。


可重复使用版本
2023年6月，ISRO透露，NGLV项目团队提交了一份关于火箭细节、制造工艺和开发方法的初步报告。该火箭计划与其助推器一起部分重复使用。预计开发还需要五到十年的时间。根据该报告，NGLV的可重复使用版本一子级重400吨，可能为100吨级开式甲烷机多机并联。二子级重120吨，可能采用200吨级煤油机SCE-200，第三级重40吨，采用在CE-20氢氧发动机改进的20吨甲烷机。



可重复使用版本的NGLV
根据ISRO主席S. Somanath在2022年10月的一次会议上所做的演示，NGLV的可重复使用形式的有效载荷LEO发射成本可能约为每公斤1900美元，一次性形式的每公斤有效载荷近3000美元。该飞行器还将有助于满足印度到2035年建立空间站的需求。其他潜在用例将包括发射通信卫星、深空任务、未来载人航天和货运任务。


2024版本NGLV的配置


运载能力横向对比
通过ISRO在其官方演示中展示的配置图片可以看到，ISRO的下一代运载火箭对标的就是SpaceX的猎鹰系列，其概念设计中的火箭外形，一子级甚至直接挪用了猎鹰9运载火箭的回收臂和网格鳍片等标志性结构，商业发射定价也是模仿SpaceX的定价（猎鹰9价格折合每公斤定价约3000美元）。



2024版本NGLV的性能参数

根据2024版本NGLV的构型和性能参数，NGLV中最大的Heavy版本构型类似SpaceX的猎鹰重型，LEO运载能力为一次性发射48吨，可重复使用发射23.3吨，而猎鹰重型的LEO最大运载能力则达到了63.8吨。NGLV GTO版本LEO一次性发射运载能力为25吨，猎鹰9 Block5的LEO运载能力为22.8吨。目前其他重型可重复使用的运载火箭中，蓝色起源的新格伦运载火箭LEO有效载荷45吨，欧洲的阿丽亚娜Next未公布计划有效载荷，但是对标阿丽亚娜6，估算LEO运载能力约为20吨。

可以看到NGLV的重型版本无论是比较现役的还是在研中的重型可重复使用运载火箭其运力都没有明显优势，并且目前印度还没有任何可重复使用运载火箭的研发经验。目前我国的长征8号、蓝色起源的新谢泼德等中型运载火箭以及以火箭实验室的电子号为代表的一众小型运载火箭都已经有了相当丰富的可重复使用技术积累，因此印度在开发NGLV时不止是有着来自国际航天市场的价格竞争，更多面临的可能还是技术上的难关。

当然不止NGLV,目前全世界所有在研的重型商业运载火箭都面临着一位对手的挑战，那就是SpaceX的下一款可重复使用火箭产品：星舰。凭借300吨级的近地轨道最大载荷和全复用设计，其发射价格在“猎鹰”9的基础上进一步降至每公斤200美元，约为目前的十分之一甚至更少，并且星舰在2024年3月的试飞中已经完成了第三次轨道级飞行试验，距离真正的商用已经不远。印度在2024年才成立NGLV的项目组，虽然试图对标SpaceX，但是差距可能只会越来越大。

参考文献：

[1] Chethan Kumar. SOORYA: Project team for rocket to build space station ready . [EB/OL]. timesofindia.indiatimes.com. Mar 14, 2024.

[2] STEPHEN CLARK. India’s accomplishments in space are getting more impressive. [OL]. arstechnica.com. 9/1/2023.

[3] Keith Cowing. India Is The 27th Artemis Accords Signatory. [OL]. spaceref.com. June 23, 2023.
[4] INAE. Engineers Conclave : Inaugural Session [OL].October 13, 2022.
来源｜高端装备产业研究中心

作者｜太阳谷

▌声明：空天界登载此文出于传递更多信息之目的，文章内容仅供参考。最近微信平台推荐机制调整了，没有标星的朋友们可能会错过空天界的推送或是看不到封面，欢迎新老朋友给【空天界】点个星标，以免错过更多精彩！