贝索斯的新格伦号,比SpaceX猎鹰9号更有商业价值

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猎鹰9号“公式对手”  

今年开年，私人火箭领域最值得关注的莫过于蓝色起源（Blue Origin）新格伦号火箭的发射升空。蓝色起源是亚马逊创始人贝索斯投资的太空公司，被视为SpaceX在商业航天领域最大的竞争对手，只不过起步好像慢了点。

SpaceX去年一整年可谓“战绩辉煌”：它进行了129次猎鹰9号发射，2次“猎鹰重型”运载火箭发射，以及3次星舰发射，占到了全球火箭发射数的51%。而对标SpaceX主力火箭猎鹰9号的新格伦号，才刚刚让二级火箭顺利入轨，虽成功部署有效载荷，但一级助推器回收失败。

客观来看，首次发射就能成功入轨已经是个不错进展，一级火箭的回收很少一蹴而就。蓝色起源的CEO戴夫·林普（Dave Limp）表示今年还要进行6到8次发射，“对火箭助推器的回收很有信心”——猎鹰9号是在首飞五年后，才成功实现火箭一级助推器的回收。

能有新的竞争者入局当然是好事。从市场的角度来看，SpaceX从年轻的挑战者变成一家独大的巨头总有垄断之嫌；对于美国甚至各国政府来说，过度依赖SpaceX既是一个政治问题，也是一个安全问题。


可回收火箭成本骤降

但新格伦号又能否担此大任？

新格伦号高98米，直径7米，近地轨道载荷45吨，是一枚重型可回收火箭；而猎鹰9号高70米，直径只有3.7米，重量逾549吨，能将22.8吨重的物资送入近地轨道（LEO）。以运载能力排名，它在全球现役火箭中排名第4，仅次于星舰、SLS和重型猎鹰火箭，超过中国现役最强火箭长征五号。


目前美国三家公司运载能力较强的几个火箭构型对比

猎鹰重型火箭实际上是猎鹰9号“捆绑”了两个一级助推器，所以运载能力比较强。但新格伦号因为直径够宽，整流罩内容积超过450立方米，远超猎鹰9号的145立方米，更适合运送大型材料上天，这点是蓝色起源的优势。

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液氧甲烷的忠实拥趸
最重要的发动机方面，新格伦号一级助推器配备7台BE-4发动机，燃料为液氧甲烷，是目前商业可回收火箭的主流选择，星舰“猛禽”发动机同样如此。而猎鹰9号全系选用的是“梅林”发动机，以液氧煤油作为燃料，由此也暴露出了成本上的缺点。

一方面，煤油燃烧会产生积碳，火箭回收后，发动机内腔的煤油和积碳需要清洗，周期长、成本高，也限制发动机的寿命；另一方面，航天煤油对油品质量要求很高，需要提纯制备，燃料成本约为甲烷的3至4倍。高性能的液氧液氢则更不用提，高成本一直是液氢推广的最大难题，生产、储存、运输各环节成本均高，能到甲烷的几十倍甚至上百倍。   

而甲烷价格低廉、供给充分；燃烧无积碳，发动机都不用清理，使用寿命长；液氧和甲烷同为低温推进剂，容积流量相近，多种组件可以互换，降低了设计生产成本。尽管其理论比冲最高约390秒，只比液氧煤油略高一点，又比较难贮存，输送，但它完全是“降本圣体”，因为被商业公司看重。


新格伦号配备了7台BE-4

BE-4和猛禽比又如何？液氧甲烷发动机的特性主要取决于其动力循环方式，分为燃气发生器循环、一种富氧气或富燃气循环、全流量补燃循环三种，技术难度从低到高，发动机比冲也从低到高，以全流量补燃最为先进。

火箭发射就是要一瞬间把推进剂送进推力室，混合燃烧后全“丢”出去，而送推进剂基本靠涡轮泵，涡轮泵把推进剂送入燃气发生器后，一定有燃烧不充分的废气。

“燃气发生器循环”指的是发动机旁边接排气口，把废气排出；第二种则是把废气送入燃烧室，实现闭式循环，比如让进入燃气发生器的推进剂富氧燃烧，产生的富氧燃气再送入推力室当燃料，这就是富氧补燃循环；如果设立两个燃气发生器，一个富氧补燃，一个富燃补燃，互相驱动涡轮泵，再将废气和推进剂一起送入推力室，这就是全流量补燃循环。   

全流量补燃循环优点很多，它的比冲大，燃烧效率高，对涡轮泵密封要求低，非常适宜发动机的重复使用；但同时其系统复杂、研制难度大，目前成功的仅有“猛禽”发动机。BE-4则是富氧补燃循环，还没有猛禽那么“小而精悍”，但在可回收火箭上还是足够了。


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