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小火箭講述人類軍用與商業航天發展簡史

微信號:小火箭

小火箭出品

本文作者:邢強博士

本文共12189字,82圖。預計閱讀時間:1小時

軍事發射與商業發射之間存在著怎樣千絲萬縷的關係?世界各大航天強國和大國有關運載火箭的政策究竟有著怎樣的歷史和淵源?在如今,美國和中國的商業航天企業都開始崛起,那麼到底是怎樣的力量在推動人類的航天發射市場開始向民營企業拓展?

本文,小火箭將要和大家一起回顧過往,梳理和分析人類軍用和商業航天發射的歷史,試著和大家一起總結和提煉出有關運載火箭的種種有趣的觀點吧!

萌芽

1957年7月1日至1958年12月31日期間,一項充滿了理想主義情懷的跨國科學計劃將要開始實施。

這是全球科學家與工程師的一次偉大的嘗試。他們試著讓科學跨越國界,試著讓冷戰鐵幕兩邊的科學家們聯合起來共同進行研究。

這一年,被稱作國際地球物理年。

上上圖的國際地球物理年的紀念郵票中的兩隻手來自米開朗基羅在西斯廷教堂的壁畫《創世紀》。

左側為剛剛被創造出來的亞當,右側的白衣老者則是上帝本人。他向亞當伸出右手,並把指尖對準亞當,彷彿是要向亞當傳遞生命之火。

1955年,全球科學家和工程師幾乎都在為這個如此有情懷的會議做著準備。但是,隨之而來的美蘇兩國的聲明卻最終給國際地球物理年賦予了濃郁的競爭色彩。

由上圖可見,斯普特尼克1號的外殼由兩層鋁金屬球殼組成,內部那層球殼是密封的,而且充填了高純度的加壓氮氣

球殼內部的部件主要有3大塊:信號發射機電池組通風扇

公元1957年10月4日,一枚由R-7洲際彈道導彈改裝而成的運載火箭拔地而起。

小火箭相信,在今後我們或者我們的後代在星際遠征的旅途上,驀然回首這一時刻的時候,會對此報以崇敬的凝視和欣然的微笑的。

泰戈爾老爺子有詩云:「 你潛藏在萬物的心裡,培育著種子發芽,蓓蕾綻紅,花落結實。 我睏乏了,在閑榻上睡眠,想像一切工作都已停歇。」

狂心若歇,歇即菩提

美國與蘇聯爭奪第一的競賽,以蘇聯工程師的勝利而完成了第一局。

在那之後,人類並沒有等待太久,航天商業化的時代就到來了。

公元1958年12月18日,協調世界時23點02分00秒,一枚由洲際彈道導彈(詳見小火箭的公號文章《從美國最早的洲際彈道導彈看項目管理》)改進而來的宇宙神B運載火箭在卡納維拉爾角發射場第11號發射工位點火升空,將人類第一顆通信衛星送入太空。

小火箭風格:

這顆衛星重3.98噸。運行軌道為:

近地點185.2公里,遠地點1484公里,傾角32.3°。

當時發射後,臨近聖誕節,時任美國總統艾森豪威爾的聖誕賀詞被放置在衛星內的錄音設備中,藉助衛星的天線系統,向全世界廣播:

以上錄音就是人類第一顆通信衛星在太空中廣播的信息(受平台影響,或許閱讀此文的小火箭好友們只能在微信公號平台上聽到聲音)。

小火箭翻譯如下:

「我是美國總統,現在正在藉助科學進步的奇蹟,在外太空的衛星中向大家傳遞這樣一條簡單的信息。我要通過這種獨特的方式,向全人類表達和平的願望,傳達對全世界的善意。」

這顆衛星在軌道上運行了1個多月後,於1959年1月21日,再入大氣層焚毀。

由宇宙神洲際彈道導彈改進而來的運載火箭執行了大量發射活動,後來,這種運載火箭還參與了美國最早的載人航天計劃:水星計劃。

不過,就像小火箭經常說的那樣,迄今為止,在人類工程技術發展史上,幾乎沒有任何一項尖端技術能夠被軍方所忽略。

而且不管這項技術的初衷到底是用於提升人類的生活質量還是僅僅用來滿足人類的好奇心,最終這些傢伙大多都被拿來用於增強軍隊的作戰效能了。

美好的和平願望沒有抵住戰爭的誘惑。休斯公司研製的人類最早的地球同步軌道衛星辛康系列最終還是在越南戰爭期間被徵用,為五角大樓和越南前線的加密軍事通信提供服務。

人類最早的商用衛星是通信衛星,而這些技術又很快被納入軍用技術範疇。

衛星由科學研究和商業運作的用途轉向軍用,就像軍用的洲際彈道導彈技術轉向商業發射的運載火箭那樣,是自然而言的,也是無可奈何的。

發展

一開始,運載火箭的發展是非常蓬勃的。雷神、宇宙神這些來自北歐和希臘/羅馬神話中的神祇原本是用來投擲核彈頭的,通過鑄劍為犁的商業化改造,開始肩負起塑造航天發射產業的重任。

由雷神彈道導彈改造而來的早期雷神運載火箭,除了在1960年5月13日首次發射失敗之外,其他12次發射均取得了成功。

而宇宙神洲際彈道導彈雖然在1957年6月6日到1959年8月24日期間進行的24次試射中,僅13次成功,有11次失敗,成功率僅54.2%。

但是,改為運載火箭之後,宇宙神的表現還是可以的。比如宇宙神-阿金納火箭,在1960年2月26日到1978年6月27日期間,進行了109次發射,其中93次成功。

也就是說,改為運載火箭後,宇宙神的發射成功率提升為85.3%。

管制

就在人們以為運載火箭將要迎來人類軍事與商業航天發射的新時代的時候,太空梭突然橫空出世,而隨之而來的管制政策則嚴重打壓了一次性使用的運載火箭的發展。

1972年1月,時任美國總統尼克松與美國宇航局NASA的詹姆斯·弗萊徹博士深入討論有關太空梭的計劃。

尼克松認為,面臨未來有可能到來的其他國家的挑戰,美國需要一種全新的可重複使用的運載器,以便從發射報價和技術先進性方面全面領先於其他任何一個國家。(詳見小火箭的公號文章《生於1969,太空梭的概念設計》)

弗萊徹博士的建議是可重複使用的太空梭與一次性使用的傳統運載火箭應當協同發展。但是,鑒於當時美國的國力,這樣美好的願望是難以實現的。

美國開始傾全國之力來發展太空梭。

公元1981年4月12日,協調世界時12點00分03秒,哥倫比亞號太空梭在卡納維拉爾角發射場第39A工位(當年阿波羅登月計劃的土星5號運載火箭也是在這裡起飛的)發射升空,執行第一次軌道飛行任務,揭開了人類的太空梭時代。

美國政府在太空梭上的投入太大了,為了收回巨大的投資,美國想到了一個主意:

原則上,強制所有的商業航天發射和軍用、科學衛星的發射都要由太空梭來進行。

這個決策,影響是極其深遠的。

1984年2月3日,挑戰者號太空梭發射成功。挑戰者號在軌釋放了2顆通信衛星,並且宇航員布魯斯成功進行了太空噴氣背包的在軌試驗。

公元1990年4月24日,協調世界時12點33分51秒,發現號太空梭點火。隨後,她拔地而起,把凝結著人類好奇心和工程技術結晶的哈勃望遠鏡送入太空。

1991年11月24日,亞特蘭蒂斯號太空梭執行了一次為期6天22小時50分鐘44秒的任務,把一顆DSP天基紅外導彈預警衛星送入了軌道。

雖然太空梭一直以來給公眾的印象是和平地進行太空探索,比如哈勃太空望遠鏡、國際空間站等大項目都與太空梭有著千絲萬縷的聯繫,而且,美國軍方對幾乎所有的發射活動都採取了相當低調的態度,但是,下面這張照片暴露而且佐證了太空梭參與過DSP軍用衛星項目這個事實:

在第44次任務的6位宇航員的合影左上角,一顆DSP衛星赫然在目。

太空梭的發展始終伴隨著鮮花與掌聲,但是,背後實際上是美國巨大的財政補貼。

2011年7月8日,太空梭全面退役。小火箭覺得,如今在2018年,我們可以蓋棺定論,看看整個太空梭項目花了多少錢,對人類航天史的影響又如何了。

全部換算成2018年的美元價格來算的話,太空梭項目總共花費了2285億美元。

這是什麼概念呢?

到第二次世界大戰結束的時候,有個總審計,統計了為了製造1顆試驗性原子彈和2枚投放到日本的原子彈的曼哈頓計劃總共花了多少錢。

當時的結論是:20億美元。

小火箭按美國這些年的通貨膨脹率換算成2018年的美元,相當於272億美元。

再來說說阿波羅計劃吧!

上世紀60年代,為了登上月球而研製起飛重量與一艘輕巡洋艦相當(3039噸)的土星5號火箭時,美國耗資甚巨。

以1966年為例,當年美國宇航局得到的專項撥款額為45億美元,為美國當年GDP(8150億美元)的0.55%。2016年,美國GDP為18.57 萬億美元,按這個比例來算的話,相當於為了一款火箭,一年要拿出1025億美元。

換算成人民幣,相當於為了研製土星5號運載火箭,國家每年要從財政收入中拿出6565億元人民幣。

整個阿波羅計劃,包括土星1號、土星5號火箭的研製和發射,再加上人員培訓和基礎設施建設等,總共花費為:將近255億美元。

換算成2018年的美元,為1608億美元。

好了,太空梭項目的總花費為2285億美元,曼哈頓計劃的總花費為272億美元,阿波羅計劃的總花費為1608億美元。

發現了什麼?

太空梭的總花費比造原子彈的曼哈頓計劃與載人登月的阿波羅計劃的總和還要多出405億美元

公元1914年8月15日,巴拿馬運河開鑿完成。這條橫穿巴拿馬地峽,總長82公里的運河連接了太平洋和大西洋,建成之後就成為了人類重要的航運要道。

上圖為在1944年年底正在穿越巴拿馬運河的密蘇里號戰列艦。(小火箭註:船閘寬33.5米,密蘇里戰列艦寬33米。)隨後,她參加了硫磺島戰役和沖繩戰役。1945年9月2日上午9時許,密蘇里號停泊在東京灣,舉行受降儀式。

巴拿馬運河,這條總花費遠遠高於預算的運河,在後來的運營過程中證明了自己的價值。按當時的統計,運河總花費為3.52億美元。

換算成2018年的美元,相當於87.04億美元。

於是,當以後大家再次討論起太空梭的總花費的時候,或許可以用到小火箭這樣的結論:

太空梭的花費,可以用來再啟動一次曼哈頓計劃,造出3枚原子彈;然後再重啟阿波羅計劃,把12名宇航員送上月球再帶回來。剩下的錢,再開鑿4條巴拿馬運河還綽綽有餘。

考慮到太空梭總共135次的發射數量,平攤到每一次發射中的成本為16.93億美元。

這個成本是很驚人的。這也就使得很多人對可重複使用運載技術形成了偏見,認定這樣的運載器實際上耗資巨大,得不償失。從客觀上,阻礙了某些國家對發展可重複使用運載火箭的決心。

補貼

再來說說德爾塔系列運載火箭吧!

上世紀80年代,美國為了鼓勵太空梭的發展,專門為太空梭的發射實施了巨額補貼項目。而這對一次性使用的運載火箭的影響是巨大的。

在這之前,美國運載火箭和商業航天產業的發展是飛速而喜人的。

1972年,航空航天業內巨頭麥克唐納·道格拉斯公司做出了決定:

以後不再使用希臘字母來命名火箭,而是改用在現有希臘字母體系下加上阿拉伯數字後綴的形式進行命名。

究其原因,是因為麥道對未來運載火箭的發展是極其樂觀的。他們認為,火箭型號會出現大發展,希臘字母很快就會不夠用的。

此項決定實施後,他們的運載火箭的代號也就是鎖定在了德爾塔上(δ是第4個希臘字母)。

1972年7月23日,道格拉斯公司的一枚德爾塔-904運載火箭將陸地衛星1號送入太空。

這是麥道第一次使用帶有9台固體助推器的運載火箭發射衛星。

這顆衛星每天能夠向地面測控站發回188張照片。美國宇航局NASA突然迸發出了商業點子:把這些照片賣給其他國家。

除美國宇航局的科研使用之外,加拿大、義大利、巴西這3個國家開始購買陸地衛星1號的照片。這是如今市場規模巨大的遙感衛星產業的萌芽。

上世紀70年代,麥道的德爾塔運載火箭成功開啟了運載火箭發射+在軌交付衛星+衛星數據服務的一種盈利模式。

原本這產業是要發展起來的。可是,美國政府對太空梭的巨額補貼政策和相關的管制政策,卡死了德爾塔運載火箭開拓市場的可能。

(補貼之後,太空梭的發射報價只相當於如今的9100萬美元,這比德爾塔火箭便宜一半。簡直沒法讓人活了啊!)

上世紀80年代,隨著太空梭的成功首飛,德爾塔運載火箭停產。

法國

當時美國政府的策略,如今看來,是這個樣子的:太空梭投入了巨大的資金,而全世界範圍內,除了蘇聯、中國等少數國家外,只有美國擁有將衛星可靠送入軌道的能力,並且對於大型衛星的研製和發射,美國擁有技術上的絕對優勢。

通過設定限制,只允許美國的載具來發射美國研製的衛星,可以把市場盈利鎖定在美國。再通過原則上只允許由太空梭來發射,可以逐漸收回研製太空梭的成本。

當國外客戶對衛星在軌交付的需求成長起來之後,巨額的發射費用將會由越來越多的國家來買單,這是個一本萬利的生意。

然而,以法國為首的歐空局研製的阿麗亞娜運載火箭橫空出世,打破了美國人的如意小算盤。

上圖是小火箭攝於法國某地的一枚阿麗亞娜1號運載火箭。攝影:邢強。

1979年12月24日,阿麗亞娜1號運載火箭首次發射即告成功。這在當時的運載火箭裡面是不多見的。

阿麗亞娜1號火箭在1979年到1986年期間,共發射11次,其中9次成功,2次失敗,成功率為81.8%,共把14顆衛星送入預定軌道。小火箭邢強,攝於法國巴黎市郊的一面榮譽牆上。

阿麗亞娜火箭的橫空出世讓美國的決策者面臨兩個抉擇:

第一,停止一味扶持太空梭的政策,鼓勵本國一次性使用的運載火箭的發展,與歐空局展開全面競爭;

第二,繼續太空梭優先政策,用遠低於成本的報價拖垮其他國家的火箭(當然,這樣做也會拖垮本國的火箭產業)。

美國居然選擇了第二條路。

經在雙子座計劃中叱吒風雲的馬丁公司的大力神2號運載火箭,面臨著減產甚至停產的危機。

宇宙神運載火箭的發射訂單也遠不及上世紀60年代時候的水平。

劇變

一聲巨響,改變了人類航天發射產業的格局。

公元1986年1月28日,協調世界時16時39分,挑戰者號太空梭點火升空。

73秒後,挑戰者號突然凌空爆炸!

事後調查發現,是低溫狀態下,密封的O型環出現了問題,導致了燃料的泄露。

上圖為挑戰者號太空梭發射前的發射架的場景。

此次調查,動用了費曼博士作為獨立調查組的成員。而費曼博士對調查過程中遭遇到的官僚氣氛和種種細節頗有感觸。

他在事後總結到:

「要想在技術上取得成功,就應該實事求是,而不要存在凌駕在實情之上的官僚,因為大自然是不可欺騙的。」

再看法國,此時的阿麗亞娜3號運載火箭已經發射成功。

太空梭停飛調查期間,美國人終於想起了一次性使用的運載火箭。

1986年4月18日,一枚美國空軍的大力神34D運載火箭帶著價值數億美元的KH-9軍用偵察衛星拔地而起。

此時距離挑戰者號太空梭事故的發生不到3個月。

突然!天空中一道閃光掠過。然後,一團火球頃刻間就吞噬了整枚火箭!

隨後,撼天動地的巨大聲響滾滾而來,不少觀看發射的民眾捂住胸口蹲坐在了地上。巨大的蘑菇雲升起,而融化的金屬則暴雨般落下,一時間,發射場成了人間煉獄。

這次事故,讓美國的航天發射產業雪上加霜。

15天後,美國人再次迎來了一次發射:

1986年5月3日協調世界時22點18分,一枚德爾塔3914運載火箭點火升空,準備將一顆美國國家海洋和大氣管理局的氣象衛星送入地球靜止軌道。

誰曾想!火箭升空71秒後,一級主發動機突然報告推力異常,電氣系統異常!火箭自毀程序被啟動,碩大一枚火箭,帶著價值不菲的衛星,頃刻間煙消雲散!

這是美國人在進入1986年以來,出現的第3起嚴重的發射事故。

從上世紀70年代以來,美國過於重視太空梭,而對於一次性使用的運載火箭的研發投入簡直不值一提。1975年到1985年,對於美國的運載火箭產業來說,是失去的十年。而這一切苦果,在1986年太空梭出事之後,才讓美國人品嘗到。

臨危受命的大力神34D運載火箭和德爾塔3914運載火箭的接連爆炸,驚醒了很多人。

那麼,機會來了!法國工程師能夠成功挑戰美國長期以來的壟斷地位么?

公元1986年5月31日,美國的德爾塔火箭爆炸後第28天,歐空局的阿麗亞娜2號運載火箭迎來了處女航。(阿麗亞娜2號火箭的首次發射比阿麗亞娜3號火箭晚了2年。)

可惜,法國工程師沒有抓住機會。火箭第三級在太空沒能點火成功,任務失敗了。

不過,鑒於美國的連續失誤,挑戰者號太空梭事故後的半年內,還是足足有17個商業航天發射訂單從美國跑到了法國!

美國一次性使用的運載火箭,有三劍客,分別是:大力神、宇宙神和德爾塔。

這三大系列是美國除太空梭之外的航天發射能力的基石。大力神與德爾塔相繼爆炸,那麼宇宙神會怎麼樣呢?

沒等多久,我們就發現了答案:

1987年3月26日,宇宙神運載火箭的發射團隊爭論不休。

原來,這枚運載火箭要把美國海軍的艦隊UHF頻段通信衛星送入太空。但是,當天的天氣非常不利於發射。

陰雲密布,狂風大作

反對發射的人認為,宇宙神火箭已經是一年以來,唯一一款沒有爆炸的美國經典火箭型號了,一定要慎之又慎。

想要發射的人,認為,經歷暴風雨之後,火箭的可靠性或許會變得更低,而且推遲發射本身也是信心不足的表現,對於潛在客戶來說,影響是不利的。

最終,想要發射的人的意見佔據了上風,火箭點火升空。

一開始,還是蠻順利的。

宇宙神運載火箭快速爬升,一轉眼就進入了濃濃的烏雲中。

點火38秒後,突然,指揮控制中心失去了這枚宇宙神運載火箭的所有信號!

然後,這枚宇宙神運載火箭剛剛離開的發射塔架突然通體閃光!然後迸發出了彷彿天空被撕裂的慘烈巨響!

原來,這枚宇宙神運載在高空被閃電擊中了!閃電肆無忌憚地撕碎了火箭的箭體,然後沿著火箭發射時留下的尾焰和尾煙,一路向下,直到把火箭的發射架轟擊出駭人的巨響。

上圖就是閃電從高空劈下,擊中發射架時被抓拍到的瞬間。

地面操控工程師拼了命地按自毀開關,但是火箭毫無反應。不過,萬幸的是,閃電幫助人類完成了一切。當天,在發射場周邊,人們找到了大量火箭的殘骸,從分布的範圍和碎裂的程度,幾乎可以斷定,在閃電擊中火箭的瞬間,就讓火箭粉碎了。

老天爺結結實實地幫了歐空局一把!1986年和1987年,美國太空梭、大力神運載火箭、德爾塔運載火箭和宇宙神運載火箭接連出大事。

後來,有關法國或者說歐空局的事情,小火箭的好友們大概就比較熟悉了:

阿麗亞娜4號火箭和阿麗亞娜5號火箭接連誕生。

這就是在阿麗亞娜-5型運載火箭腳下向上看的感覺。邢強,攝於2017年。

阿麗亞娜-5型運載火箭的火神液氫液氧火箭發動機觸手可及。摸到她的巨大噴口的瞬間,感覺很奇妙。邢強,攝於2017年。

有關該發動機,小火箭會在後續文章中爭取和大家一起詳細討論。

阿麗亞娜5型運載火箭的單台固體助推器的推力為7080千牛,是火箭芯級液氫液氧主發動機推力的7.4倍!

在1986年挑戰者號太空梭出事之前,國際商業航天(其實也包括軍事發射)市場上,美國所佔的份額在95%以上。

後來,隨著阿麗亞娜系列運載火箭的崛起,美國的市場份額縮減為36%,而法國的市場份額佔到60%。

阿麗亞娜系列運載火箭開始名利雙收。其中,阿麗亞娜4號運載火箭共完成116次發射,其中成功113次,成功率高達97.41%

也就是說,從上世紀80年代中後期開始,歐空局開始取代美國,開始在國際火箭發射市場上佔主導地位。

而這一切,與美國長期以來自我設限,固步自封的管制政策不無關係。

改變

1986年,美國全面廢除對太空梭的獨佔性扶持政策。開始鼓勵航空航天巨頭參與一次性運載火箭的研製工作。

1989年,大力神4號運載火箭誕生。從首次發射以來,連續6次成功。美國軍方造價比一艘尼米茲級核動力航空母艦還要高的KH-11高級偵察衛星、天基紅外預警衛星等等,都有被大力神4號運載火箭發射的成功記錄。

同一年,麥道的德爾塔II型6000系列運載火箭首次發射就取得了成功。

1990年7月25日,康維爾公司最新研製的,帶有環形激光陀螺的宇宙神1型運載火箭首次發射就取得了成功。

大力神、德爾塔和宇宙神,美國3大運載火箭系列獲得了重生。

但是,從市場佔有率的角度來看,美國在國際市場上的佔比始終難以超過40%,而歐空局憑藉阿麗亞娜系列運載火箭,則牢牢把控著國際發射業務的第一把交椅。

上世紀80年代末和90年代初,美國的運載火箭技術的發展速度有所恢復。

但是,市場早已有了突然的變化。美國和歐空局兩強爭霸的局面,被日本和中國打破了。

大量借鑒美國德爾塔火箭技術的日本H-I運載火箭在1986年8月12日首次發射就取得了成功。在1992年2月11日進行退役發射之時,連續成功9次。

上世紀80年代末,昵稱為「長二捆」的中國第一款帶有捆綁式助推器的運載火箭尚在設計階段。而就在當時,中國就與美國簽署了發射服務合同。美國休斯公司的工程師對此大為驚訝。他們認為,這樣的火箭,即使是在美國,從設計到完成發射服務也需要3年時間。

但是,中國長征火箭的設計師們用100天就完成了20項技術難關的突破,用180天完成了300多項地面試驗。全國各地在這短短的時間內就把2000多噸各種金屬原材料、60多萬個電子元器件準備到位。而西昌衛星發射中心也在這段時間內完成了升級改造。

18個月後,也就是公元1990年7月16日,長二捆運載火箭真的就在西昌衛星發射中心出現了,並且首次發射就取得了成功。

18個月,以這樣快的速度完成了設計-生產-發射的全流程,並不是為了展示中國航天的研製和生產能力,而是中國在當時的技術條件下進軍國際衛星發射市場所必須做出的努力。

如果大家和小火箭一起找到當年中國和美國休斯公司簽訂的發射服務合同時,就會發現,其中有這麼一個條款:

「中方在發射休斯公司生產的澳星之前,必須要完成一次完整的、成功的發射,以便驗證長征火箭的可靠性。如果不能實現這一要求,則美方將終止合同,並向中方索要100萬美元的賠償。」

由此可見,當年長征系列火箭能夠挺進技術壁壘、資金門檻都很高的國際商業衛星發射市場,是需要膽識和勇氣的。

如今,長征火箭有:長征1號、長征2號(含風暴1號)、長征3號、長征4號、長征5號、長征6號、長征7號和長征11號8個系列。邢強,攝於長城工業公司。

退役、現役和在研型號共有20多個,其中可用於近地軌道發射的有16種,可用於中高軌道發射的有8種,基本覆蓋了各種地球軌道的不同航天器的發射需要。

其發射能力分別是:近地軌道25噸,太陽同步軌道15噸,地球同步轉移軌道14噸。

低谷

本來,中國是非常非常有實力好好在國際發射市場上分一杯羹的。

我國1996年推出的長征3號乙運載火箭的地球轉移軌道運載能力為5.1噸,高於歐空局的阿麗亞娜4號運載火箭的4.3噸,哪怕是對於在2000年5月24日才終於完成首次發射的美國宇宙神3號運載火箭來說,也有巨大的運載能力優勢(美國宇宙神3B的地球轉移軌道運載能力為4.5噸。)

而且,我國長征3號乙運載火箭在國際市場上的報價僅為7000萬美元,這對於動輒就上億美元甚至2到3億美元的歐美運載火箭來說,擁有巨大的價格優勢。

中國運載火箭打入國際發射市場,讓美國的航天產業形成了分裂意見。

衛星產業相關的,以休斯公司為代表,認為可以和中國進行深度合作。以便獲得足夠可靠和划算的發射服務,同時獲得整星出口的巨大市場。

火箭產業相關的,以波音和剛剛於1995年合併而成的全球第一大軍火巨頭洛克希德·馬丁公司為代表,認為中國的運載火箭技術與洲際彈道導彈技術高度相關,在合作中難免會有技術輸出到中國。

而且,中國物美價廉的火箭對於剛剛復興的美國運載火箭產業來說,是實力強勁的競爭對手,美國人連歐空局的阿麗亞娜火箭都沒競爭過,更何況是報價相當於歐洲火箭七折而運載能力更強的中國長征火箭了!

非常可惜的是,我國的長征3號乙運載火箭的首次發射出了大事:

1996年2月15日,北京時間凌晨03時01分,長征3號乙運載火箭發射國際708通信衛星,點火起飛後約2秒,火箭飛行姿態出現了異常。

約22秒後,火箭頭部墜地,撞到離發射塔架不到2公里的山坡上,隨即發生劇烈爆炸,星箭俱毀,事故造成6人死亡,57人受傷住院。

這個事情影響了中國接收國際發射訂單,於此同時,美國針對中國日益嚴苛的限制政策也影響了中國火箭走向國際市場。實際上,長征3號乙只有首次發射出了大事故,之後的42次發射,全部為成功和部分成功。唉,這就是後話了。

其他

俄羅斯和印度,是必須要提一下的。

1996年4月,俄羅斯用一枚質子運載火箭將一顆休斯公司研製的衛星送入了地球同步轉移軌道,揭開了俄羅斯進軍國際商業發射市場的序幕。

同年,俄羅斯與歐空局合作,開始將聯盟系列運載火箭推向國際發射市場。

而1993年9月20日首次發射沒有成功,不過在1994年10月15日第二次發射中就成功的印度PSLV運載火箭有著比較靈活的商業運作模式,是一股不可小覷的力量。

低谷

上世紀90年代末,美國再次進入事故高發年份。

1998年8月12日,一枚發射美國國偵局絕密偵察衛星的大力神4A運載火箭升空後40秒,因制導控制系統報告異常而自毀。

14天後,1998年8月26日,一枚發射商業通信衛星的德爾塔3號運載火箭(該型火箭的首次發射),在卡納維拉爾角發射場升空後不久,制導控制系統報告計算異常。火箭一頭扎入大西洋。搭載的休斯HS601平台衛星宣布丟失。

1999年4月9日,大力神4運載火箭發射一枚美國DSP-19天基導彈預警衛星時,星箭未能分離,衛星報廢。

18天後,1999年4月27日,一枚雅典娜運載火箭發射失敗。

3天後,1999年4月30日,一枚發射USA-143軍用通信衛星的大力神4B運載火箭的姿態控制系統演算法出現問題,把衛星送入了一個錯誤的軌道。

4天後,1999年5月4日,德爾塔3號運載火箭迎來她的第二次發射(9個月前,首射失敗),發射過程中,第二級發動機出現壓力異常的情況,發動機提前關機。載荷未能入軌。

這就是9個月的時間內,美國連續出現6次發射失敗的情況。

1999年11月5日,日本H-II運載火箭發射失敗,與美國形成了接力。

商業

進入21世紀,縱觀美國軍工體系,能夠有能力接下美國軍事發射中的大型衛星和系列化衛星任務的,也就只有洛克希德·馬丁和波音兩家了。

洛克希德·馬丁的大力神IV運載火箭能力不錯。執行過不少軍事發射任務,其中就包括鎖眼偵察衛星。

而洛克希德·馬丁的宇宙神系列運載火箭同樣接過不少軍星發射任務。

波音則憑藉其德爾塔系列運載火箭在包括GPS衛星在內的軍星發射任務中與洛克希德·馬丁平起平坐。

長期以來,雖然兩家公司都掌握了高精尖的技術,但是在面對美國軍方,這個唯一的絕密軍事任務大甲方來說,他們並沒有什麼議價權。

反而是美國空軍,憑藉招標的形式,次次壓價,要求多多,嚴重影響了兩個大集團的盈利能力。

於是,兩大集團一商量,既然天下英雄,唯使君與操耳!乾脆不要互相傷害,一起團結起來掙錢豈不美哉!

2006年12月,波音公司率先划出所有涉及美國軍事發射任務的部門,幾乎同時,洛克希德·馬丁公司跟進。

可見,對於軍火貿易和涉及軍事領域的技術諮詢和發射服務來說,各大軍火巨頭之間,乃至軍事巨頭與民間企業之間雖有相互競爭的情形,但是面對美國軍方這樣的強勢買家,又出現了相互融合的趨勢。

兩大集團的軍事載荷發射業務部門和相關技術團隊合併後,成立了聯合發射聯盟。

全球第1大軍火巨頭洛克希德·馬丁公司與全球第2大軍火巨頭波音公司,就這樣,為了應對美國空軍,讓他們的軍事航天器發射業務,合!並!了!

原屬波音,現屬聯合發射聯盟的重型德爾塔IV運載火箭在發射時的烈焰彷彿在訴說著2006年之前所受到的委屈。

原屬洛克希德·馬丁,現屬於聯合發射聯盟的宇宙神V運載火箭終於開始成為盈利大戶。

在2006年到2016年這長達十年的時間裡,美國國防部美國空軍美國國家航空航天局NASA及其他政府機構的大型航天器的發射業務被聯合發射聯盟所壟斷。

這就是為什麼宇宙神和德爾塔運載火箭的發射報價動輒就是1.7億美元甚至高達4.5億美元的部分原因。

上圖為2007年,美國聯合發射聯盟用德爾塔IV重型運載火箭為美國空軍發射DSP-23彈道導彈防禦系統預警衛星時的場景。(有關這種類型的衛星,詳見小火箭的公號文章《美國天基紅外導彈預警衛星的8個問題》)

這是聯合發射聯盟的業績突飛猛進的十年;這也是美國空軍、美國國防部乃至美國情報部門無法進行招標,只能接受現有報價的十年。

這個局面直到2016年才開始真正改變。

還記得2015年,美國空軍就開始試著和SpaceX公司接觸,並正式賦予其軍事載荷發射資質的事情吧!

2016年,美國空軍終於又有了招標的能力。他們準備讓聯合發射聯盟(洛克希德·馬丁和波音聯合後的壟斷集團)與SpaceX公司競標。

當時正值烏克蘭局勢不穩的時候,不知是SpaceX的人還是美國空軍的人亦或是正義感爆棚的人,向國會遞交了一份材料。

其核心思想就是鑒於局勢的情況,應當考慮不再允許美國企業使用俄羅斯的RD-180火箭發動機。

這一招太有殺傷力了。

要知道,聯合發射聯盟性價比最高的運載火箭就是宇宙神V。該款火箭之所以能夠大量盈利,關鍵就在於其第一級使用了性能出色而價格比美國自主研發的火箭發動機低很多的RD-180液體火箭發動機。

(詳見小火箭的公號文章《這才叫剁手!歐美瘋狂搶購蘇聯導彈與火箭發動機》)

聯合發射聯盟受到國會質詢後,對未來能否持續使用RD-180不敢確定。而如果換用其他發動機的話,其發射報價會上浮40%

熟悉世界運載火箭報價體系的好友應該知道,宇宙神V運載火箭發射軍星的報價通常在1.6億美元到1.8億美元之間。

而如果在2016年3月份和4月份,大家比較關注SpaceX公司的動態的話,就可以知道,SpaceX公司悄悄釋放出了這樣的信號:即使是軍事衛星發射,其報價也絕不會高於1億美元。

得知消息的聯合發射聯盟,直接放棄了競標。

2016年4月28日,美國空軍把最新的一份價值8270萬美元的GPS衛星發射合同簽給SpaceX公司。這象徵著聯合發射聯盟在美國長達十年的壟斷地位終結。

商業航天首次在正面PK中幹掉了由全球排前兩位的兩大軍火巨頭組成的壟斷聯盟。

2017年3月15日,SpaceX公司又和美國空軍簽下了一個9650萬美元的單子。這是在2019年為美國空軍發射一顆GPS-III衛星的報價。

SpaceX公司兌現了承諾,報價不超過1億美元。不過,實際上他們依然是很賺的,因為商業發射的話,獵鷹9號運載火箭在今年(2018年)的報價為6200萬美元

結束語

本文是小火箭在航天城的講座,與航天五院的兄弟們一起探討人類航天發射簡史的整理版本。

文圖比較多,但是,考慮到1957年的首次發射到現在的61年的時間跨度和中、美、歐、俄、日、印的空間跨度,文章還是稍顯簡略了。

美國上世紀60年代用於幾乎100%的市場佔有率,因過度扶持太空梭,而壓制了本國一次性使用的運載火箭的發展,終因挑戰者號太空梭的事故和3大系列運載火箭接連出大事而逐漸喪失市場領導地位,市場佔有率一度低至36%。

法國則因阿麗亞娜系列運載火箭的成功,曾經有過60%市場佔有率的輝煌時期。不過,隨著俄羅斯和中國進入市場,歐空局的強勢地位就被逐漸讓出了。

中國在上世紀90年代進軍國際發射市場,表現不俗,但因種種原因沒能擴大勝利成果,來日方長了,兄弟們!

俄羅斯的歷史積累、日本的奮力追趕、印度的另闢蹊徑給21世紀的人類航天發射帶來了無限可能。而SpaceX公司的強勢崛起及其對軍事發射任務的濃厚興趣,展示了商業航天的另外一種發展路子。

在剛剛過去的2017年里,SpaceX公司發射了18枚火箭,佔美國總發射次數的62.1%(美國在2017年共發射了29枚火箭)。

這是什麼概念呢?中國2017年全年運載火箭發射數量同樣為18枚。

按發射次數,2017年的航天六強是:

美國(29)、俄羅斯(20)、中國(18)、歐空局(9)、日本(7)、印度(5)。

(排名按次數分先後)

做個假設,如果SpaceX公司獨立在某不知名小島上註冊,單獨來算的話,航天六強就得重新排名了:

俄羅斯(20)、中國(18)、SpaceX(18)、美國(11)、歐空局(9)、日本(7)。

感謝大家!


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