美國航天動力格局變化剖析——從AR-1發動機落選「火神」一級主動力競標引起的思考

科技 10-29

作者說

作為美國航天動力界曾經無人企及的絕對領先企業-航空噴氣動力-洛克達因公司，正在面臨私營商業航天公司的衝擊，經歷著市場份額逐漸萎縮、競爭能力持續下降的尷尬局面，美國航天的動力格局正在發生悄然的變化，本文嘗試通過對洛克達因公司的興衰歷史進行梳理回顧，以期找到其中的箇中原因。

本文作者：巴斯滕，本文原載公眾號《理念世界的影子》，轉載已獲授權

一、引子

2018年9月27日，美國聯合發射聯盟（ULA）官方宣布了業界期待已久的一項決定，表示已選定由藍色起源公司（Blue Origin，後文簡稱藍源）來為其下一代「火神」火箭（Vulcan）一子級提供主發動機。該公司稱，預計在2020年年中首飛的「火神」火箭第一級上採用兩台藍源BE-4液氧甲烷發動機。公司總裁兼CEO布魯諾在一項聲明中說：「我們對與藍源公司結成這項夥伴關係感到高興，期待著我們下一代火箭的成功首飛。」

[1]

緣於美俄在克里米亞半島問題上的衝突，使得雙方在前期良好的航天合作中出現裂痕。2014年初，ULA發布了關於替換宇宙神5火箭俄制RD-180發動機的徵求意見書，目標是確保安全發射美國軍用衛星和間諜衛星，並鞏固ULA在該市場上的領袖地位。ULA與多家公司簽署了替代RD-180的方案研究合同，論證開發新火箭發動機的可能性。其中，美國最大的液體發動機製造商

航空噴氣動力-洛克達因公司（Aerojet Rocketdyne）

推出了液氧煤油發動機

AR-1

，推力為2220kN；藍源公司推出了液氧/甲烷發動機BE-4，推力為2446kN。基於上述發動機，ULA開展了新型中大型運載火箭的構型論證工作，並在2015年4月13日的美國第31屆航天年會上，由總裁布魯諾正式宣布下一代火箭正式命名為「火神」。火箭通過捆綁不同數量的固體助推器，實現不同運載能力需求的覆蓋。

圖1 宇宙神5的發動機替代方案

雖然ULA此前一直然閉口不談「火神」基礎級的主動力具體將在何時選定，使得「火神」火箭雖然經過了一段時間的方案論證，但始終未最終確定其芯級的直徑，由於液化甲烷與煤油的密度相差較大，在維持一個較為合理的火箭長細比要求下，

如果採用液氧甲烷推進劑的BE-4發動機，則火神火箭芯一級直徑將達到5.1m，若採用液氧煤油的AR-1發動機，則火神火箭可以沿用宇宙神5火箭一子級的3.8m箭體直徑

。

[2]

考慮到ULA在四年前即已開始與藍源公司開始合作研發BE-4發動機，並在多個場合表示BE-4的研製領先AR-1大約2年，因此業內普遍認為BE-4在「火神」主發動機選型方面處於領跑地位。藍源去年10月對BE-4進行了首次熱試車，隨後逐步加快了試車步伐。公司CEO史密斯9月11日在巴黎世界衛星業務周的一場分組會上表示，已對該發動機進行了幾百秒的點火試車，BE-4在試車中「表現得相當好」。

圖2 BE-4發動機及前期試車情況

航空噴氣動力-洛克達因公司官員近來一直在淡化AR-1在這場比拼中最終勝負的重要性，尤其是在其同美國空軍就一項協議進行了重新談判、從而將放慢AR-1研製工作之後。該公司現在稱，AR-1可作為未來一些中型運載火箭的主發動機，儘管它尚未明確這是指哪些火箭。公司發言人沃倫9月24日稱：「採用單台AR-1作動力的中型火箭非常適於成為我國一款新的主力火箭。」他說：「AR-1是許多潛在解決方案的理想發動機，可為多種火箭帶來恰當的推力水平、尺寸和性能。」然而根據航空噴氣動力-洛克達因公司2018年6月30日公布的財報顯示，他們在

2018年第一季度沒有在AR-1發動機項目花過公司的一分錢

，且在接下來公司也將停止為該項目做進一步的投入，毫無疑問，這基本已經暗示了AR-1目前尚無任何潛在客戶的尷尬局面

[3]

。

根據了解，起初2016年航空噴氣動力-洛克達因公司獲得了空軍高達8.04億美元的研發項目合同，其中美國空軍分攤三分之二的費用，餘下的大部分費用由公司自己承擔，額外獲得ULA的一點資助。但到了2018年6月，航空噴氣動力-洛克達因公司與空軍修改了項目合同，將合同金額縮水一半多至3.538億美元。不難看出，不管是美國空軍還是公司本身對於AR-1發動機的熱情都在逐步降低。

作為美國航天動力界曾經無人企及的

絕對領先

企業-航空噴氣動力-洛克達因公司，正在面臨私營商業航天公司的衝擊，經歷著市場份額逐漸萎縮、競爭能力持續下降的尷尬局面，美國航天的動力格局正在發生悄然的變化，本文嘗試通過對洛克達因公司的興衰歷史進行梳理回顧，以期找到其中的箇中原因。

二、洛克達因的前世今生

1、代表作

無論是阿波羅登月計劃中的重要運輸工具-土星五號重型火箭的一級、二級和三級主動力系統還是美國主流火箭德爾塔系列、宇宙神系列採用的基礎級主動力系統，抑或是美國80年代航天產業的最高光產品太空梭的SSME可重複使用發動機，均出自洛克達因公司之手。毫不誇張的說，

洛克達因公司研製的發動機幾乎代表著過去美國航天大推力液體動力技術的頂尖水平

，在介紹洛克達因公司歷史之前，通過簡單介紹該公司發動機家族中最為耀眼的明星，帶出那段輝煌的歷史。

1.1、F-1發動機

作為支撐阿波羅登月計劃的基礎級發動機，F-1發動機至今仍然是世界上推力最大的單燃燒室火箭發動機。其採用液氧-煤油推進劑，燃氣發生器循環方式，海平面推達力到6770kN，其瞬時功率達到了驚人的六萬馬力，是當時胡佛水壩裝機容量的17倍

[4]

！由於採用簡單的燃氣發生器循環方式，海平面比沖並不高，僅為263s，推重比約為94.1，噴管直徑3.76米，5台F-1發動機安裝於土星五號運載火箭的一子級，其於1959年1月開始研製，共被NASA採購了98台，然而F-1發動機的使命也隨著阿波羅計劃的中止而停止，雖然在後續的火箭構型設計中，曾有不斷的呼聲要求將F-1發動機進行改進完善重新使用，乃至在NASA最新的航天發射系統（Space Launch System，後續簡稱SLS）重型火箭的先進助推器項目中仍然為改進型F-1B發動機留有一席之地，但至今尚未有更新的樣品用於地面試驗或飛行試驗中的報道。

圖3 F-1發動機

1.2、J-2發動機

J-2發動機作為土星五號及土星IB火箭上面級的主發動機，其採用了液氫液氧推進劑，燃氣發生器循環方式，真空推力達到1033.1kN，真空比沖為421s，在土星五號的二子級安裝有5台J-2發動機，在其三子級和土星IB的二子級中安裝有1台J-2發動機，且具備二次啟動的能力。J-2發動機在美國太空梭主動力系統SSME（Space Shuttle Main Engine，實際為3台RS-25發動機）研發出來之前，是美國推力最大的氫氧發動機，2007年NASA授予了洛克達因公司12億美元，用於研發改進的J-2X發動機，其真空推力提升至1307kN,真空比沖達到448s，仍然採用燃氣發生器循環，將用於當初星座計劃的戰神I和戰神V火箭

[5]

，在星座計划下馬以後，J-2X發動機未來還可能用於後續SLS火箭的更高版本。

圖4 J-2（左）與J-2X（右）發動機

1.3、RS-27發動機

RS-27發動機是洛克達因公司於1974年在土星IB火箭一子級主動力H-1發動機基礎上改進研發而來，採用液氧-煤油推進劑和燃氣發生器循環方式，用以替代德爾塔系列的MB-3發動機，海平面推力為971kN，海平面比沖為264s，RS-27發動機及其改進型RS-27A發動機廣泛用於德爾塔2000、3000、5000和後續的德爾塔II火箭上（就是2018年9月15日剛剛舉行最後一射而退役的德爾塔II火箭），服役時間超過了40年，堪稱發動機家族中的常青樹，但是隨著德爾塔II火箭的退役，RS-27發動機只能成為同行茶餘飯後的談資，無法再為新型火箭提供他那澎湃的動力

[6]

。

圖5 RS-27發動機

1.4、SSME

SSME是洛克達因公司為NASA的太空梭計劃研發的重複使用低溫氫氧發動機，真空推力達到2090kN，由於採用分級燃燒的閉式循環方式，使得真空比沖達到了驚人的452.3s，具有67%~109%的推力調節能力。

如果說F-1發動機是洛克達因公司在阿波羅登月計劃中的代表之作的話，那麼SSME則是洛克達因公司在太空梭時代，為世界運載火箭研製領域貢獻的發動機的巔峰之作

。若追根溯源，其源於當初阿波羅計劃後期用於替換二子級主動力J-2發動機的HG-3發動機，由於阿波羅計劃的中止而擱淺，但由於太空梭計劃而得到重生。在太空梭的軌道器上採用了3台RS-25發動機，從外掛貯箱中獲取低溫氫氧推進劑，每次飛行完成後，將其從軌道器上卸下並進行檢查和重新試車和裝配，實現重複使用。SSME以其高性能和重複使用的技術有力的支撐了太空梭時代的軌道運輸任務，但與此同時其高昂的使用維護價格也使得太空梭寄希望於通過重複使用降低發射服務費用的夢想泡湯，還差點伴隨太空梭的退役後退出歷史舞台，然而如此優良的發動機NASA也不能坐視其退役而不管不顧，在太空梭退役之後的SLS重型運載火箭方案設計中，NASA為其尋求到一席之地，將其作為一子級的主動力，得以延續其輝煌的歷史

[7]

。

圖6 RS-25發動機和太空梭

1.5、RS-68發動機

在吸取開發RS-25發動機取得的經驗教訓，洛克達因公司主要將開發下一代多功能發動機的精力集中在了如何降低成本上，於是

基於RS-25發動機進行成本控制和構造簡化改進的RS-68發動機應運而生

，海平面推力達到了2918kN，海平面比沖為357.3s，相比於SSME，循環方式改為更為簡單可靠的燃氣發生器循環方式，採用燒蝕噴管，減少了80%的部件和92%的手工工作量，加之供貨商集中在較小的範圍內，因而獲得了SSME1/14的重複性成本

[8]

。搭配麥道公司（後被波音公司收購，並最終與洛克希德馬丁公司合併成立ULA）的德爾塔4系列火箭，使得成功獲得美國空軍的漸進一次性運載器計劃（EELV）研發合同，成為日後美國國防及重要載荷發射任務的主力火箭。

2、公司發展簡史

作為美國航天液體大推力發動機的主要承包商的洛克達因公司，經歷了多次合併重組。

洛克達因公司目前隸屬於

航空噴氣動力-洛克達因公司

，為航空噴氣動力-洛克達因控股公司（Aerojet Rocketdyne Holding Inc.）旗下的公司

[9]

。其母公司成立於1915年，曾用名為通用輪胎與橡膠公司（General Tire and Rubber Company），1984年更名為真康普公司（GenCorp）

[10]

。2015年在合併普惠-洛克達因公司（PWR）

[11]

兩年以後，改名為航空噴氣動力-洛克達因控股公司。應該說，目前公司主要由三個航天動力主承包商構成，分別為航空噴氣動力公司（Aerojet）、普惠空間推進部門（Pratt & Whitney Space Propulsion）和洛克達因公司，追溯三家公司的歷史發展脈絡會發現，其基本代表了美國航天主流液體動力承包商的發展歷史（具體可見圖7 ）。當然，固體動力還包括軌道-阿連特公司（Orbital ATK Inc，2018年被諾格公司收購，更名為Northrop Grumman Innovation Systems）等。

洛克達因公司的發展可以看作美國航天動力格局變化的一個縮影：二戰結束以後，北美航空（North American Aviation）就成立了洛克達因公司來研究V2導彈，並試圖改造發動機。自1955年由北美航空從公司中獨立出來以後，洛克達因公司研製的MA-2系列發動機即開始用於宇宙神系列火箭的前期構型，服務於水星計劃，實施了美國的首次載人飛行任務和後續多次任務；到了上世紀60年代，洛克達因公司的F-1和J-2發動機作為土星五號火箭的主動力，有力支撐了阿波羅計劃的實施，使美國在航天競賽中戰勝了前期領先的蘇聯，使得洛克達因公司的動力技術走上了世界頂峰；隨後的太空梭計劃，又讓洛克達因公司具備可重複使用、性能和可靠性逆天的SSME發動機再次賺足所有航天愛好者的眼球，洛克達因公司的發動機儼然成為了航天動力頂級技術的代名詞

[12]

。

圖7 美國航空噴氣動力-洛克達因公司演變圖

然而，隨著時間的推移，美國在太空梭時代後期逐步意識到這種重複使用模式並不能有效的節省發射費用，如果全部仰仗太空梭完成所有載荷的發射任務，則發射費用及進入空間的多樣性均陷入困境。

時間來到1994年，洛克希德馬丁公司在接收通用動力（General Dynamics）公司的宇宙神系列火箭以後，為了獲得美國空軍EELV計劃的競標合同，在基礎級動力方案中放棄了之前一直合作的洛克達因公司的MA-5系列液氧煤油發動機，而是轉而與俄羅斯合作開發性價比更高的RD-180發動機，這是一代神機RD-170發動機的後續改進型號

[13]

，此時參與合作的美方發動機承製方是後來收購洛克達因公司的普惠公司）。由於德爾塔系列火箭主承包商-麥道公司被波音公司收購，自然作為波音公司子公司的洛克達因公司通過研製比太空梭SSME更具性價比的RS-68氫氧發動機，成為了德爾塔4系列火箭基礎級發動機的承包商。此時的美國主力火箭的基礎級動力被兩家瓜分，宇宙神3、宇宙神5系列火箭基礎級採用俄制RD-180發動機，德爾塔2、德爾塔4系列火箭基礎級採用洛克達因公司的RS-27和RS-68發動機

[14]

。

隨著2006年波音公司與洛克希德馬丁公司將火箭發射服務部門合併成立聯合發射聯盟以後

，宇宙神5系列火箭憑藉更加出色的性價比，使得ULA在接受空軍發射合同時，往往優先選擇採用宇宙神5系列火箭，德爾塔2和德爾塔4系列火箭的年發射次數逐年減小，

洛克達因公司的發動機供貨量也是逐年萎縮

。

時間進入2010年，在NASA的大力扶持下，SpaceX公司的獵鷹9火箭首飛成功，加入到世界航天發射家庭中，SpaceX公司通過扁平化的研製模式和大量創新技術的應用，大幅降低發射服務費用，不僅攪得世界商業航天發射市場昏天黑地，更是進入了ULA曾經認為是自家後花園的美國空軍及政府重要載荷發射市場，使得ULA不得不重新審視自身運載火箭的研製模式和供應商體系

[15]

[16]

。在提出「火神」火箭全面替代前期EELV計划下的德爾塔4和宇宙神5系列火箭的時候，更加強調「垂直整合」理念[2]，對以往的分包商進行了再次清理，此時作為已經合併形成美國傳統航天動力巨無霸的航空噴氣動力-洛克達因公司成為了眼中釘，肉中刺，先是將前期德爾塔4系列火箭固體助推動力良好的合作關係中止，將「火神」火箭固體助推器統一更換成了與宇宙神5系列火箭合作的固體助推器承包商-軌道ATK公司，再將基礎級主動力大單給了私營航天企業藍源公司的BE-4，航空噴氣動力-洛克達因公司在「火神」火箭中僅剩下二級主動力RL-10系列（此發動機為該公司旗下的普惠空間動力部門研製，前面已有描述，跟洛克達因公司沒有半毛錢關係）。我們吃驚的發現，

洛克達因公司可能在不久的未來，在運載火箭主動力供應上，僅剩下NASA的「親兒子」-SLS的基礎級主動力及未來可能的後續構型二子級主動力供應，而SLS年發射量最多估計也就2發，年供應量不足10台

（前期的16台基礎級發動機為太空梭時代SSME的改裝產品，據說是將重複使用的RS-25改造成一次性使用的RS-25，簡化設計，縮短製造時間和降低成本，引入簡化設計、3D列印技術、現代流線型製造，狠敲了NASA一筆-11.6億美元

[17]

），洛克達因公司的日子可謂舉步維艱。

圖8 SLS首飛任務確定的RS-25發動機情況

與此同時，在商業航天發射市場，除了藍源公司BE-4發動機和俄制的RD-180、RD-191等諸多對手以外，SpaceX公司正在研製的猛禽發動機（Raptor），採用全流量分級補燃循環模式和液氧甲烷推進劑，海平面推力1993kN，不僅將成為未來星際探測重型火箭BFR的主動力，也將是未來中型運載火箭基礎級動力的有力競爭者，使得洛克達因公司未來的前景更加雪上加霜。美國航天動力，準確說美國航天的基礎級動力的格局已然被打破，

昔日王者洛克達因已被拉下馬來，更有可能跌入深淵

，讓人唏噓不已。讓我們分析一下是什麼原因將昔日的動力霸主拉下神壇。

三、一點思考

1、大而全還是小而專是個問題

洛克達因公司可以說就是美國運載火箭大推力液體動力的集大成者，發動機推進劑種類涉及液氧煤油（F1、RS-27、MA-5系列、MB-3系列）和液氫液氧（J-2、RS-25、RS-68）的主流動力選擇，基本包辦了美國上世紀60年代以來的中大型運載火箭的基礎級發動機，包括宇宙神系列的MA-3/5系列，德爾塔的MB-3、RS-27系列發動機，土星五號的F-1發動機，同時還承擔了土星IB和土星五號的上面級J-2發動機。在上世紀60年代的巔峰時期，洛克達因公司的職員達到了65000人，幾乎對美國主流發射市場的動力供給形成了壟斷。然而，

壟斷的市場容易滋生不思進取，發動機的攤子鋪得太大，帶來的便是無法形成合力，造成自身產品線過長，企業人員臃腫，難免會患上「大企業病」

，「等、靠、要」的思想慢慢開始蔓延，使得公司一門心思將產品研發思路緊跟自己的客戶-美國空軍和NASA的重大工程計劃，心想只要抱住這兩顆搖錢樹，自然少不了自己吃的。發動機研製和產品費用居高不小，研製進度開始出現不斷延遲。最終使得他的客戶們開始對其產生不滿，並藉機通過引入各種競爭，嘗試更多元化的發展，洛克達因昔日的明星發動機產品們大部分由於其不高的性價比，逐漸失去了原有的市場，並一步一步走向衰落。

相比之下，目前同屬航空噴氣動力-洛克達因公司旗下的普惠空間動力部門的發展思路則不同，從誕生之日起，作為航空發動機研發巨頭普惠公司的一個子公司，其拳頭產品只有一個，即著名的RL-10系列氫氧發動機。普惠公司在上世紀50年代成功設計製造了首台液氫驅動的渦噴發動機304，同時解決了液氫製造、貯存和運輸等配套問題，基於上述成就，NASA將半人馬上面級發動機的研製合同交給了普惠公司。NASA在最初即對此種高性能上面級寄予厚望，打算用其執行廣泛的地球高軌、月球勘察和行星研究等任務（下圖為半人馬座長達半個世紀的演變歷程）。

圖9 半人馬座的衍化路線

普惠公司自然也明白這型發動機未來可預期的長久生命力，在公司規模有限的前提下，持續不斷地投入人力物力對此型發動機進行改進，以適應不同任務的需求，其性能和可靠性也在持續提升，從1962年首飛以來，通過不斷改進，衍生出RL-10A、RL-10B和RL-10C三個系列多達15餘種發動機

[18]

，其採用膨脹循環，真空比沖從422s提升至465.5s（延伸噴管狀態），服務的火箭則比洛克達因的基礎級主動力還要廣，涵蓋了昔日美國主流發射市場的宇宙神、大力神和德爾塔三個系列，以及土星1、太空梭等多個NASA重大工程項目。

圖10 RL-10A/B/C系列發動機

時至今日，RL-10發動機憑藉其優異的性能和多年的研發經驗，使得其在SLS的先進上面級、火神的ACES上面級的主動力競標中仍將大概率勝出，能夠繼續改進並持續服役下去。要知道，一台RL-10發動機大約需要3600萬美元，此配套費用並不比多台基礎級發動機便宜，然而作為上面級發動機，其性能的高低對火箭整體性能有著至關重要的作用，使得其一直以來都是主力火箭研製商的寵兒，

以最小的規模支撐著一項拳頭產品的持續發展，保持了旺盛的生命力

，需要為普惠公司的戰略眼光點個贊！

2、一次基礎級主動力的錯誤押寶

火箭發動機的研發需要攻克多項關鍵技術，需要進行大量地面試驗驗證技術方案可行性，長時間的地面試車暴露薄弱環節進行改進，確保其高可靠性。因此發動機的研製是一個長期而持續的工作。因此，發動機的主要發展路線的選擇尤其關鍵，不容得反覆，而一旦出現路線的錯誤，其可能就意味著大量研製經費和周期的浪費，從而使整個團隊陷入被動。因此，發動機主要路線的選擇變成了一個頗具戰略眼光的決策，需要慎重對待。

洛克達因公司在上世紀60年代達到巔峰時，擁有了多種推進劑和多個類型的發動機研發經驗，但其主營方向仍為基礎級大推力發動機，此種動力的選擇包括了固體裝葯、常規推進劑、液氧烴類和氫氧發動機。在阿波羅計劃結束後，面對主流火箭的基礎級主動力發展選擇的十字路口，洛克達因公司選擇了跟隨NASA的步伐，由於其母公司北美航空成為了太空梭的主承包商，洛克達因將公司大部分人力均投入了研發高性能、可重複使用的RS-25氫氧發動機上，與此同時只保留了一小部分人員持續改進MA-5和MB-3系列液氧-煤油發動機，更是基本中止了F-1發動機的改進，此次路線選擇對公司造成的被動局面直到多年以後才得以顯現。

我們需要藉助人類航天之父-喬爾科夫斯基提出的理想火箭方程

[19]

：

式中V是速度增量，Isp是發動機比沖，M0是運載火箭初始質量，M1是消耗推進劑後運載火箭剩餘的質量，也稱為停火點質量。運載火箭本質是將有效載荷加速到所需的速度，採用氫氧推進劑發動機比沖大於液氧-烴類發動機，而液氧-烴類發動機比沖大於常規推進劑發動機和固體發動機。

從公式中顯然看出，速度增量不只與發動機比沖有關，還與飛行前後的質量比有關。推進劑密度越低，火箭裝載相同質量推進劑的結構質量也將越大，使得飛行後的停火質量越大，造成M0/M1的比值變小，從而影響最終的速度增量。因此速度增量內隱含了推進劑密度，單純採用推進劑比沖作為火箭性能指標標誌並不完全。

我們可採用綜合密度比沖這一概念對發動機性能進行比較，可以得到以下結論：考慮比沖和結構效率綜合因素，在平均設計水平下，可以達到的速度增量為氫氧>液氧煤油>常規>固體。即使液體貯箱結構實現水平不高，能達到的速度增量均大於固體推進劑。因此，如果為了達到高的末速度，在不考慮經濟性等因素，採用氫氧作為推進劑是最好的選擇

[20]

。

洛克達因公司似乎是選對了方向，應該是蓬勃發展才對，怎麼會落得如此下場呢？大家應該發現，前面特意提到了是在不考慮經濟因素後得到的結論，這也是當初NASA在發展太空梭時可能向洛克達因傳達的精神，高性能、可重複使用的運載器將是未來人類進入太空的主要途徑，通過重複使用，降低進入太空的成本和門檻，帶來人類航天的更大繁榮，激發更多的市場活力，實現航天的飛躍式發展！然而，NASA描繪的藍圖並沒有實現，太空梭過於高昂的維修費用（由於閉式循環氫氧發動機的複雜性，1台RS-25發動機的維修檢測費用高達1400萬美元）持續推高單次發射費用，從單次理想的5400萬美元增加至4億5千萬美元，違背了當年的初衷，而挑戰者號和哥倫比亞號兩次任務的失利對公眾造成的影響，掩蓋了其本身的高可靠特性。2011年，當亞特蘭蒂斯號完成第135次飛行任務之後，長達30年的太空梭時代從此告別，取而代之的則是商業航天市場的不斷蓬勃發展。作為美國航天的領導者，NASA在上世紀末已經察覺到航天發展的方向需要改變，不能只通過國家的持續投入來支撐，這樣只會圈養一群「等、靠、要」的壟斷企業（諸如ULA，洛克達因之類）。需要通過更大量的商業航天來刺激整個航天發射領域，在此背景下，經濟性就變得尤為重要了

[21]

。

眾所周知，常規肼類推進劑由於其劇毒性，已經被液氧烴類和氫氧發動機逐步替代。而氫氧發動機與液氧烴類發動機相比，雖然比沖略高，但對於基礎級動力來說，速度增量不再是最關鍵的指標。也就是說，基礎級比沖的增加，對總體性能（速度增量能達到的絕對值）的影響不如上面級。

此外，基礎級動力隨著火箭起飛規模的增加，必須增大推力以克服地球重力的影響。由於液氫密度過低且溫度極低，因此在發動機保證一定尺寸和規模的約束下，其推力很難做到很大，諸如太空梭的主動力SSME的單台RS-25發動機海平面推力達到1690kN已經屬於較大，而採用分級燃燒閉式循環模式使得其成本居高不下，重複使用時的地面維修和檢測也需要耗費大量的人力物力。此時的洛克達因也看到了RS-25發動機的劣勢，在德爾塔4基礎級主動力選擇時，主動提出將RS-25替換為開式循環的RS-68發動機，進行成本控制和構造簡化改進，推力也得到了提升。然而與採用俄制發動機RD-180的宇宙神5相比，發射費用仍然較高，雖同屬於EELV陣營，但德爾塔4系列火箭的發射頻率遠不如宇宙神5系列火箭來得頻繁，而在SpaceX等私營商業航天公司闖進發射市場攪局之後，一切變得似乎不可逆轉了。

SpaceX公司的獵鷹9系列火箭的Merlin系列發動機，通過採用燃氣發生器循環模式、針栓式噴注器等措施進一步簡化發動機系統複雜性，持續提升發動機的推力和推質比，

再利用較高的總體和結構研製能力不斷提升箭體的結構效率，彌補了開式液氧-煤油發動機比沖較低的弱勢，並利用發動機具備的多次啟動及大範圍節流能力，實現了9台小推力發動機並聯使用和一級箭體垂直起降和重複使用

，使得獵鷹9系列火箭成為了美國主流發射市場的香饃饃，打得ULA喘不過氣來。

圖11 Merlin發動機與獵鷹9火箭

與此同時，多家私營商業航天公司均將重複使用性能優異、射前使用維護簡便、比沖比液氧煤油略高、在火星探測等中可以利用原位製取的液氧-甲烷發動機作為後續主力動力的發展思路，例如SpaceX的猛禽發動機、藍色起源公司的BE-4發動機，推力均在200噸級，並採用分級燃燒的閉式循環模式，與開式循環氫氧發動機相比更具性價比，使得洛克達因的老主顧-ULA在後續構型的主動力選擇中均將票投給了前者，而洛克達因此時才如夢方醒，慌忙之中拿出來的AR-1液氧煤油發動機方案，對標俄制RD-180發動機，雖說性價比很高，但由於其並不掌握液氧煤油閉式循環發動機研發經歷，再加上少之又少的研發費用，因此其開發進度始終不能獲得美國空軍以及ULA的認可，最終導致了其落選主動力競標。其實，原本可以在當初基礎級主動力發展路線選擇中，考慮將F-1發動機和MA-5或MB-3系列液氧煤油發動機進行持續改進，或將後續研發的RS-27發動機主動推入商業航天市場，利用其低廉的價格和較高的可靠性，助力其他私營航天公司對抗SpaceX，也能攪動發射市場，為自己博得一席之地。

此種路線選擇對於航空航天這種高科技領域顯得尤為重要，諸如美國航天戰鬥機在上世紀60年代至90年代的轉變也是如此，洛克希德馬丁公司前期致力於梯形翼的戰鬥機外形，在「輕型戰鬥機」計劃（LWF）中落敗於通用動力和麥道公司利用氣動研究優勢提出的翼身融合體、低翼載等飛機方案，能量機動成為了當時的主導設計思想，從而失去了研發F-16、F-18戰鬥機的機會，並在此後30年的時間裡基本與美國戰鬥機研發無緣，然而歷史的車輪總在發展，時間來到上世紀90年代，洛克希德馬丁公司利用「臭鼬工廠」

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積累的隱身和高超能力再次成為戰鬥機研發的趨勢，並在「先進戰術戰鬥機」（ATF）計劃和「聯合打擊戰鬥機」（JSF）計劃中利用YF-22和X-35戰鬥機方案先後擊敗諾斯羅普的YF-23和波音公司的X-32戰鬥機方案，再次成為未來美國戰鬥機世界的霸主。

回到發動機發展路線的選擇上，洛克達因公司真可謂「一步錯，步步錯」，公司的戰略規劃部門真的應該好好檢討一下了。

時代在發展，沒有哪一種科技路線會成為永遠的霸主，作為戰略規劃部門，敏銳的感知未來本領域技術發展趨勢成為了理所當然的重要職責，但對於一個綜合實力超強的超級大國而言，也許不同的科技發展路線，通過不同路徑的試錯和創新可能才是這個國家願意看到的局面，這也是洛克達因如此落寞情況下，NASA仍然不放棄他，將其納入SLS研發計劃的原因吧。

3、頻繁更迭的帶頭大哥喪失了決定自己命運的能力

從發展歷史可以看出，洛克達因公司的發展史就是一個頻繁更換母公司的血淚史，最初在北美航空中獨立出來，在阿波羅時期達到發展的巔峰，而後重新被北美航空納入旗下，並

歸入羅克韋爾公司，於1996年再次被轉賣給波音公司，於2005年則被波音公司賣給了普惠，並最終於2013年，被普惠公司賣給了真康普，最終形成如今的航空噴氣動力-洛克達因公司

。如果說前期還是屬於公司的優質資產在進行合併重組，而後則隨著母公司事業發展重心的變化被不斷拋售，最終也因為不同母公司的發展理念不同，錯失了多個重要的發展機會，從而失去了自身的主動權。與之相反，不管是目前的航空噴氣動力公司還是前期的普惠空間動力部門，其母公司都從成立之初保持了長時間的穩定，使得其能夠協同母公司制定長遠的戰略目標，並能跟隨航天發展趨勢和方向的變化，及時調整戰略，確保了自身產品始終具備良好的市場競爭力。

四、結束語

洛克達因的崛起與衰落讓人唏噓不已，美國航天動力格局已然改變。古語道：「予其懲而毖後患」，面對未來航天動力的發展選擇，我們是不是也該好好思考一下呢？

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（全文完

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