凌晨2:00(美国东部时间)过后几分钟,一架庞大的、320英尺高的火箭在卡纳维拉尔角太空军基地解开束缚,在蓝白色的火焰柱的推动下升入天空,短暂地将佛罗里达州太空海岸东岸的黑夜变成了白天。大约8分钟后,火箭的大型一级助推器未能准确降落在在在在大西洋中的驳船上——虽然不是预期的结果,但对于首次尝试垂直降落助推器来说,这并不罕见。
这次凌晨发射,代号为NG-1的任务,标志着蓝色起源公司“新格伦”火箭的首次飞行——也是这家由亿万富翁杰夫·贝索斯创立的公司首次进行轨道发射。随着首次飞行的成功,“新格伦”将成为航空航天工业军械库中最新的可重复使用重型火箭,这种工具将提高发射能力,撼动发射市场,并可能以其强大的动力和宽敞的整流罩(在发射过程中保护航天器有效载荷的鼻锥罩)催化重大科学发现。
美国国家航空航天局(NASA)前副局长洛里·加弗说:“这款火箭,以可重复使用为目标,并拥有超大的整流罩,是一个独特的新增产品,我认为人们对此抱有真诚的希望。”
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在加弗担任该航天机构的职务期间,她推动该机构投资于包括埃隆·马斯克的SpaceX在内的商业发射服务公司,SpaceX 现在已将我们的大部分航天货物运送到近地轨道及更远的地方。但竞争是健康的。它在推动创新的同时降低了价格。火箭也不例外。现在,随着围绕马斯克在即将上任的特朗普政府中的角色(和目标)的疑问不断涌现,“新格伦”进入发射市场受到了更多的审视。“鉴于 SpaceX 和[马斯克]的声名鹊起,人们对竞争对手的出现非常感兴趣。我认为由于这个原因,人们会对这款火箭给予更高的关注,”加弗说。“人们非常犹豫是否要将所有鸡蛋都放在一个篮子里。”
“可重复使用是发射的未来”
如今,SpaceX 可以说是 NASA 和美国军方的主要发射服务提供商;其“猎鹰9号”火箭舰队也在忙于将该公司自己的“星链”通信卫星送入轨道。但 NASA 已经指望以已故宇航员约翰·格伦的名字命名的“新格伦”将两艘航天器送入环绕火星的轨道。蓝色起源也有其他客户排队等候,包括AST SpaceMobile、Telesat 和亚马逊,后者最终将发射一个轨道巨型星座(如“星链”)的 3,200 多颗通信卫星,称为 “柯伊伯计划”。
太空政策集团的迈克·弗伦奇说:“这是一件大事,因为我们发现自己身处这样一个领域:对发射的需求并没有减少——实际上是大幅增加。”
蓝色起源公司成立于四分之一世纪前,设想的未来是“数百万人为地球的福祉而在太空生活和工作”。它的吉祥物是一只乌龟——致敬寓言中缓慢而稳健的竞争对手,它最终战胜了速度更快的兔子,这在今天显然是 SpaceX 的隐喻。现在,比原计划发射晚了四年多,“新格伦”终于首飞了(尽管对于那些关注的人来说,蓝色起源在 2015 年成为第一家成功发射和降落火箭的公司,其使用的是“新谢泼德”号太空飞行器)。
这次首飞旨在测试丰富的硬件:火箭的货物运载上面级,这次装载了一个名为“蓝色环形探路者”的 45,000 磅有效载荷演示器,以及可重复使用的一级助推器,名为“你说还有机会”。在六个小时的飞行中,蓝色起源的人员将通过地面控制中心和近地轨道之间稳定传输的信息流,彻底测试“探路者”的飞行、通信和操作系统。发射后,由七台 BE-4 发动机提供约 380 万磅推力的 230 英尺高的一级助推器,试图降落在 Jacklyn 号驳船上,这艘驳船以贝索斯的母亲的名字命名。在今天早上尝试的所有事情中,成功着陆可能是最棘手的。
蓝色起源公司太空系统副总裁阿里安·康奈尔在发射网络直播中说:“我们知道,第一次就让助推器着陆是雄心勃勃的,但你知道吗?我们正在为此努力。”“你甚至可能会说,我们在首次飞行中尝试这样做有点疯狂,但我们为完成整个任务剖面而获得的数据非常有价值。”
成功着陆也是实现类似于 SpaceX 已在其火箭上实现的可重复使用的最关键步骤——蓝色起源已将这些助推器设计为至少飞行 25 次。
美国航空航天学会首席执行官兼蓝色起源公司前高管克莱·莫瑞说:“可重复使用是发射的未来;这就是降低成本的方式。”
他说:“你不会驾驶一架飞机,用一次就扔掉。我认为[新格伦]将成为整个航天工业的一件非常重要的事件。它为重型市场带来了很多能力。”
更大的火箭,更大的科学
莫瑞说,当谈到大型火箭时,我们往往会过多地关注运载能力,但动力并不是“新格伦”的唯一与众不同之处。“我认为这款飞行器更非凡的地方在于它带来的体积,”他说,指的是封装货物的有效载荷整流罩。
“新格伦”的整流罩直径为 7 米(23 英尺),是市场上最宽敞的。它提供的体积是标准 5 米(16.4 英尺)级火箭(如“猎鹰重型”火箭、联合发射联盟的“火神”火箭和现已退役的“阿丽亚娜5”号火箭,后者于 2021 年 12 月 25 日发射了 NASA 的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST))的两倍。
莫瑞回忆起参观该公司生产设施的情景时说:“我记得走在[“新格伦”有效载荷整流罩]下面,那真是一个巨大的空间,工程师们站在那里,好像在说,‘我的天哪,这东西太大了。’”“我认为这将对卫星运营商和客户部署他们以前做梦都想不到的东西的能力产生影响。”例如,太空望远镜。
当 JWST 发射时,它像折纸一样折叠到“阿丽亚娜5”号中,尽可能紧密地包装在一个精密的望远镜中,其遮阳板完全展开时跨度为 21 米(68.9 英尺)。在许多天的时间里,后方团队引导该仪器完成了一个关键而复杂的展开序列,其中涉及 344 个单点故障。使用像“新格伦”和 SpaceX 的“星舰”(目前正在开发中)这样更大的火箭,可能意味着未来的巨型太空望远镜不需要达到如此令人担忧的节省空间的极限。相反,宽敞的有效载荷整流罩可能会激发“对太空仪器而言,对可能性的不同层次的思考”,前 NASA 幕僚长弗伦奇说。“在我们在太空科学中获得如此多成果的程度上,它始终会在某种程度上受到发射的限制:‘我们可以装下什么?箱子有多大?’”弗伦奇说。“在技术方面有如此多的独创性,真正只是突破,使我们能够在科学方面取得这些突破。与生活在那个交叉点的人们会面和交谈总是令人印象深刻。”
NASA 拒绝了《大众科学》多次采访该机构一些最具远见的专家的请求,以了解更大的火箭可能如何影响未来的科学任务。但该机构的演示文稿参考了“新格伦”(和“星舰”),用于天体物理学旗舰项目“宜居世界天文台”的设计,这是一个旨在寻找数十颗类太阳恒星周围温度适宜的地球大小的系外行星上外星生命迹象的太空望远镜。同样,NASA 的“逃逸和等离子体加速与动力学探测器”(ESCAPADE),一对将环绕火星运行的航天器,原计划在“新格伦”的首次发射中飞行,如果它像计划的那样在 2024 年 10 月发生的话。
弗伦奇说:“从科学的角度来看,更多的发射是一件非常好的事情。”“更多的发射可能意味着更具竞争力的价格、更多的时间选择以及更多关于这些发射可以做什么的选择。”
填充天空
当然,科学任务并不是任何尺寸火箭的唯一乘客。军事有效载荷、国家安全资产以及用于地球观测或全球通信的商业卫星对进入轨道的飞行需求远远大于空间科学家及其有限的预算目前的需求。
加弗说:“进入太空现在对社会至关重要。”
事实上,像“新格伦”这样的火箭的客户群几乎肯定会由建造卫星巨型星座的公司主导——例如“星链”、“柯伊伯计划”、英国的 OneWeb 和加拿大的 Telesat。这是有一个简单的原因:建造这些星座需要发射大量卫星,而且更多的卫星可以装入这种火箭更大的货舱空间。这意味着更少的发射次数和更少的发射费用。
莫瑞说:“当您部署一个从数百到数千颗卫星的星座时,这在进入太空方面,在能够有效地将这些卫星送入太空的正确位置方面,是一个巨大的成本驱动因素。”
此外,这些卫星并非设计为具有较长的寿命。因此,正如弗伦奇指出的那样,维护这些星座意味着不断更新轨道上的硬件,这需要很高的发射频率。“如果你把市场看作一个金字塔,那么底部是这些大型商业星座,它们正在建立需求,”他说。轨道上可以安全存在多少这样的星座仍然是一个悬而未决的问题。但如此广泛的需求将为不太常见和巧妙的应用创造空间——未来尚未设想的项目。