作者：兰顺正
首发自：《太空探索》
2024年1月8日，美国联合发射联盟（ULA）研制的火神火箭从佛罗里达州卡纳维拉尔角基地发射升空，执行代号“认证-1”的测试任务，将游隼月球着陆器送入地月转移轨道。火神火箭在经过多年推迟后，终于首飞成功。
压力下逼出的新火箭
作为美国波音公司和洛马公司的合资公司，自2006年成立以来ULA公司承担了美国政府和军方70%以上的发射任务。目前，该公司旗下主要有两种构型的运载火箭系列，即波音公司的德尔塔4系列和洛马公司的宇宙神5系列。但是作为航天发射领域的巨头，近年来ULA公司却受到了来自商业竞争对手和国际政治局势及政策变化的双重压力及影响。
一方面，美国太空探索技术公司（SpaceX）等民营发射企业的崛起对ULA公司构成了挑战。SpaceX着力推销价格相对较低的“猎膺”9火箭，不但在空间站货运、商业卫星发射、载人航天等领域积极抢夺市场，还积极开展与美国空军等用户的协调，并最终通过了美国空军发射任务资格认证，争取到了利润更高的美国国家安全发射任务，而这在之前一直是ULA的基本盘。
另一方面，近年来由于乌克兰东部危机以及俄乌冲突，美俄关系急剧恶化，美国政府越来越担心宇宙神5火箭一子级主动力——俄制RD-180发动机供货不稳定会影响美国重要军用卫星等的发射任务。因此美国国会要求ULA公司在2019年前用国产发动机替代宇宙神5火箭的俄制RD-180发动机，这也使得该公司现有主力运载火箭宇宙神5面临后继发展的难题，必须考虑发动机换型或者研制新一代运载火箭。
在上述背景下，2014年初ULA公司向美国整个航天工业界发布了关于替换宇宙神5火箭的RD-180发动机的征求意见书。ULA与多家公司签署了替代RD-180发动机的方案研究合同，论证开发新火箭发动机的可能性。2015年3月，ULA执行总裁布鲁诺宣布该公司将研制“新一代运载系统”（NGLS），用以逐渐替代公司现有的改进型一次性运载火箭（EELV，包括德尔塔4系列及宇宙神5系列火箭）。随后在2016年4月13日美国第31届航天年会上，布鲁诺正式宣布NGLS火箭命名为“火神”。
一路坎坷的“火神”火箭
“火神”火箭的全称是“火神半人马座”（Vulcan Centaur）运载火箭，属于大型两级或两级半运载火箭，由芯一级、芯二级构成火箭主体，可选配2、4、6枚固体助推器。其芯一级直径5.4米，配备两台蓝色起源公司（Blue Origin）研制的BE-4液氧甲烷发动机，该发动机采用富氧循环，海平面推力249.5吨，海平面比冲（Isp）310秒。芯二级（“半人马座”上面级）直径5.4米，配备两台由洛克达因公司（Aerojet Rocketdyne）研制的RL10C(X)氢氧发动机，该发动机使用3D打印的主喷油器和主燃烧室，配备整体式轻质复合材料喷管，直径94英寸（约2.4米），采用膨胀循环，真空推力10吨级，真空比冲461秒，可重复启动7次。助推器为诺斯罗普·格鲁曼公司（Northrop Grumman）研制的GEM-63XL固体助推器，使用石墨环氧树脂复合材料箭体，直径63.7英寸（约1.62米），总长865.3英尺（21.98米），最大推力46,3249磅（210.13吨），比冲280.3秒。
“火神”火箭最大高度约67.4米，最大起飞质量约759吨，可选配直径5.4米、高度15.5米标准短版整流罩（S）和直径5.4米、高度21.3米长版整流罩（L），其近地轨道（LEO）最大运力25.6吨，地球同步转移轨道（GTO）最大运力14.4吨，地月转移轨道（TLI）最大运力11.3吨，地火转移轨道（TMI）最大运力7.6吨。
为了降低发射成本，“火神”火箭使用了敏感模块自主返回技术（SMART）。在一、二级分离后，火箭一级发动机将脱离，并在充气式热防护罩的保护下再入大气层，然后依靠降落伞减速，最后由直升机在空中回收。ULA 公司表示推进系统成本占整个一级成本的 65%，一级发动机的回收利用将会使一级推进系统成本降低 90%，而这种仅回收关键部件的方式将比SpaceX公司回收整个子级箭体的方式更加简单和易于实现。该技术来源于2007－2008年ULA公司开展的宇宙神5火箭动力舱段空中回收技术研究，曾利用直升机和翼伞进行过空中回收试验。ULA公司声称SMART回收项目只是该公司火箭回收计划的一个开始，未来还将回收其他火箭组件，以进一步降低发射成本。
其实“火神”火箭的研制过程并不顺利，首发计划在之前就已多次延后，在2023年3月29日该火箭的氢氧二级也就是“半人马座”在测试中发生故障，再次将首飞计划从2023年春天推迟到第四季度。另外在2023年6月30日，蓝色起源公司在西德克萨斯试验设施发生发动机点火事故，测试开始后约10秒，一台BE-4发动机发生了爆炸，也让使用BE-4的“火神”火箭首发蒙上了阴影。
据悉，此次“火神”的首发任务搭载了美国宇航机器人公司（Astrobotic）的“游隼”商业月球着陆器（Peregrine），以及美国太空葬礼公司塞勒斯提斯（Celestis）的载荷，后者装有人类骨灰。不幸的是，“游隼”因推进系统故障，已无法完成月球着陆任务。ULA公司执行总裁布鲁诺在接受CNBC采访时表示，希望2024年进行“几次”发射，提高任务频次以满足亚马逊等客户的需求，亚马逊柯伊伯宽带星座的部分卫星也将用“火神”发射。