北京时间11月16日14时47分，美国新一代重型运载火箭“太空发射系统”（SLS火箭）从肯尼迪航天中心LC-39B发射台首次成功发射，将猎户座载人飞船及10颗立方星送往月球轨道，正式开始执行“阿尔忒弥斯-1”任务。那么，SLS火箭有什么技术特点？其研制过程中有哪些值得一提的经验教训？未来应用前景如何？
SLS火箭点火升空
SLS火箭点火升空
奔月雄心有点尴尬
首次发射的SLS火箭尝试将重达26.5吨的猎户座载人飞船送入地月转移轨道，与“阿波罗”计划遥相呼应的“阿尔忒弥斯”计划由此正式拉开帷幕。
猎户座载人飞船示意图
据悉，猎户座飞船将首次进入大幅值逆行轨道，从而逆行绕飞月球，与月球距离最远时可达7万公里，有望刷新载人飞船到达的最远距离纪录。不过，为安全起见，此次任务并不载人，飞船搭载了仿真假人系统，收集测试数据。任务完成后，飞船将以第二宇宙速度再入大气层。
按照美国宇航局及厂商发布的任务路线图，2024年SLS火箭将执行“阿尔忒弥斯-2”任务，猎户座飞船届时要首次载人升空。更加最雄心勃勃的任务是定于2025年执行的“阿尔忒弥斯-3”任务，SLS火箭将发射载有4名航天员的猎户座飞船。
飞船进入绕月轨道后，将与登月舱实施在轨对接，把2名航天员转移到登月舱上并踏上月球表面。预计完成6天多月面探索后，他们将返回绕月轨道并与飞船对接，最终4名航天员乘坐猎户座飞船返回地球。
再往后，SLS火箭还将继续执行载人登月任务，并参与绕月空间站在轨组装工作，甚至支持兴建月面基地，以期对月球开展长期可持续的有人探索。
这样一款担当重任的重型火箭成功首飞，通常应该是值得“全球点赞”的航天史大事件。然SLS火箭却并非如此，这款火箭一直与“超支拖延、挤占经费、问题不断、就业工程”等负面词汇为伴。而这还要从SLS火箭的诞生说起。
竖立在LC-39B发射台上的SLS火箭
SLS火箭正式规划于2010年，当时美国宇航局寄予厚望的“战神”计划夭折，而航天飞机因事故缠身，即将退役。一时间，美国重返月球计划处在无重型火箭可用的“空窗期”。同时，考虑到航天飞机退役后相关企业会面临破产风险，美国官方必须尽量维持航天产业链和就业，稳住政治“票仓”，SLS火箭工程就此上马。
其实，火箭研发拖延、首飞推迟是业界常态，但要谈起近年来火箭型号的“鸽王争霸赛”，那SLS火箭绝对是当仁不让的第一名。该火箭集美国宇航局“万千宠爱”于一身，由美国国会在经费、政策上“双重护航”，基于航天飞机成熟技术“堆砌”而成。SLS火箭于2011年正式立项，原定于2016年末首飞，但随后历经十几次重大推迟，11年来研发耗费至少212亿美元，以致被戏称为“参议院发射系统”。
“成熟”的“新型”火箭
纵观航天史，重型火箭作为航天工业的“大国重器”，普遍会融入大量新技术、新设计理念，但SLS火箭与众不同。外界评价认为，其设计乏善可陈，创新寥寥，甚至相比航天飞机可以称得上“倒退”——它抛弃了近年来流行的火箭重复使用设计，仅将航天飞机技术“遗产”进行重新组合，与20世纪60年代的土星五号重型火箭的理念一致，都是传统一次性运载火箭。
土星五号重型火箭点火升空
为确保稳妥可靠，SLS火箭芯一级采用4台航天飞机所用的RS-25发动机，甚至服役初期干脆使用航天飞机退役后的库存货。然而，SLS火箭每次发射都会将4台真空推力各220吨的分级燃烧循环氢氧发动机扔进大海，而这种发动机本可重复使用10多次。
SLS火箭芯一级安装的4台RS-25发动机
SLS火箭的2枚固体助推器也衍生自航天飞机系统，区别主要是将助推器分段从4段延长至5段，以便获得更大推力，同时放弃了回收复用设计。
为缩短研发周期，SLS火箭芯二级直接采用了即将退役的德尔它4系列火箭的芯二级，但德尔它4系列火箭与SLS火箭的级别相差太大，芯二级仅安装1台真空推力11吨的RL-10B-2膨胀循环氢氧发动机，造成SLS火箭芯二级推力不足。可以说，此次发射的SLS火箭初期型出现了“小马拉大车”的情况，严重限制了运力发挥。
SLS火箭芯二级仅安装1台RL-10B-2膨胀循环氢氧发动机
纵观全箭，SLS火箭没有新研任何一型发动机，而是美国航天工业“丰厚家底”的重新组合。尤其是RL-10B-2发动机，其原始型号RL-10是美国第一款氢氧发动机，自1963首飞以来，已服役近60年。
或许是为了平息外界非议，SLS火箭诞生之初，曾被美国宇航局定位为“可快速研发成型的低成本一次性重型运载火箭”，宣称单次发射成本仅4亿美元，低于航天飞机的4.5亿美元。然而，SLS火箭项目必须维持住航天飞机留下的供应链，造成研发体系庞杂，不断延期，单次发射成本已飙升至20亿美元级别，而“阿尔忒弥斯”计划前4次发射的平均成本更是高达40亿美元。
“阿尔忒弥斯”计划前4次发射的平均成本将超过40亿美元
“宝座不稳”前景难料
不同于美国宇航局近年来大获成功的“公私合营”项目模式，SLS火箭由美国宇航局抓总研发且全额拨款。尽管研发期间美国政府党派轮替，航天政策摇摆不定，但SLS火箭项目每年拨款都是足额到账，近年的年均拨款额高达25亿美元，相当于美国宇航局年度预算的1/10，堪称“吞金巨箭”。不过，这款美国宇航局宣传的“最强火箭”的“江湖地位”却并不稳固。
搭载猎户座飞船后，此次发射的SLS火箭初期型全箭高98米，近地轨道运力95吨，地月转移轨道运力27吨，运力指标不及20世纪60年代的“土星五号”。未来，SLS火箭改进型有望实现近地轨道运力超过130吨，地月转移轨道运力超过46吨，但考虑到研发进度，它未必还能“坐稳宝座”。
近年来，引发航天爱好者关注最多、技术理念最激进的重型火箭当属SpaceX公司的“星舰”。按设计，它的近地轨道运力至少达到100吨以上，更采用了富有技术挑战性的33机并联、两级全面回收方案，显然比SLS火箭更有发展前景。
原本SLS火箭比星舰拥有简单可靠的优势，但SpaceX公司一再保证“星舰”进展符合预期，已赢得商业订单。考虑到SpaceX公司中标了载人登月舱合同，预计最早在2025年，2款重型火箭就将在“阿尔忒弥斯-3”任务中合作，那也将是一场直观的“比拼”。
SpaceX公司研制的“星舰”
事实上，SLS火箭曾规划了多种构型和任务，但随着进度拖延和成本增加，部分任务已被技术成熟、成本相对低廉的商业火箭抢走。如“欧罗巴快帆”和绕月空间站的核心舱段发射均已被SpaceX公司的“猎鹰重型”收入囊中。可以说，SLS火箭目前已成为“猎户座飞船专用火箭”，短期内难以获得其他任务。
隆隆起飞的SLS火箭是人类重返月球、常驻月球的序幕，也掀起了重型火箭新时代的揭幕战。谁能笑到最后？航天爱好者不妨拭目以待。
来源：中国航天报微信公众号
广州日报·新花城编辑：陈雅诗