给美国国家侦查局当了20年的“搬运工”，一个年代完毕

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美国东部时刻4月9日12时53分，美国联合发射联盟（United Launch Alliance, ULA）的德尔塔IV重型火箭（Delta IV Heavy）在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地的37号航天发射场（SLC-37）成功发射升空，完结美国国家侦查局（National Reconnaissance Office, NRO）的NROL-70秘要军用卫星发射使命。

这是德尔塔IV重型火箭的第16次发射，也是最终一次飞翔。此次发射距首枚德尔塔运载火箭发射已曩昔60多年。

德尔塔系列火箭在美国航天发射体系中一向扮演着重要人物，关于美国航天史有着深远影响。《太空》网站称，它“改变了美国将卫星、行星际探测器等航天器送入地球轨迹的方法”。美国CBS新闻网也称，这意味着美国火箭技能一个年代的完毕。

德尔塔IV重型火箭从何开展而来？美国为何挑选让其退役？联合发射联盟将何去何从？

文 | 田硕眺望智库

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一个大宗族

德尔塔系列火箭原本是道格拉斯公司的产品，后被波音公司收入囊中。自1960年首飞以来，该系列火箭合计发射389次（其间294次从卡纳维拉尔角发射升空），本次发射是德尔塔IV重型火箭的第16次发射。

美国东部时刻2018年8月11日，德尔塔IV型重型火箭在发射前倒计时中。（图片来历：美国国家航空航天局网站）

开端的德尔塔火箭运用了PGM-17雷神导弹的改善型作为火箭榜首级。雷神导弹是美国空军布置的榜首种弹道导弹，于1957年9月成功发射。雷神退役后，经过调配不同的上面级诞生了雷神系列运载火箭。后来雷神的第四种上面级组合被命名为“雷神-德尔塔”，最终被简化为“德尔塔”。

1959年4月美国国家航空航天局（NASA）与道格拉斯公司签约购买了12枚“雷神-德尔塔”火箭。从1960年5月13日到1962年9月18日，“雷神-德尔塔”共发射12次，只要榜初次发射失利。

尔后，“雷神-德尔塔”脱离出雷神火箭序列，独自开展成为“德尔塔”系列火箭，并在1969-1978年间，成为NASA运用最频频的火箭。十年间德尔塔系列一共发射84次，仅7次失利或部分失利，成功率高达91.6%。

1996年，麦道被波音公司兼并后，德尔塔系列火箭转由波音的归纳防务体系分部担任出产。1989年，德尔塔II火箭（Delta II）开端投入运用，2018年正式退役。它首要有两个类型——德尔塔6000和德尔塔7000，后者也有轻型和重型两个子类型。在执役生计内，德尔塔2发射过许多闻名的火星探测器（如火星探路者、火星全球勘探者、机会号、勇气号、凤凰号等），是NASA手里十分重要的一款火箭。

到了上世纪90年代，跟着卫星的尺度和分量持续上升，德尔塔II的运载才干明显无法支撑。波音以为需求更大运力，更具竞赛力的价格及更短整备时刻的一款新火箭才干保持现有商场。所以在德尔塔II的基础上，德尔塔III火箭应运而生。

德尔塔III火箭（Delta III）高35米，直径4米，本身有两级，还有9个固体燃料助推器，可以将约8.3吨的有用载荷运至近地轨迹，约3.8吨的有用载荷运至地球同步轨迹，约为德尔塔II有用载荷量的两倍。

德尔塔III在1998年8月进行了初次发射，2000年8月进行了最终一次发射，发射总数仅三次。前两次发射均告失利，第三次发射没有把卫星送至预订高度轨迹，部分失利。因为糟糕的成功率，大都客户已对其失去了决心，德尔塔III退出了发射舞台，被紧随这以后的德尔塔IV替代。

运力最强

1994年，美国空军发起了“改善型一次性运载火箭方案”(Evolved Expendable Launch Vehicle, EELV)，以拔擢具有商业竞赛力的新式火箭，保持必要的国防发射才干，下降发射本钱、进步运力，德尔塔IV运载火箭应运而生。

德尔塔IV火箭（Delta IV）有五种衍生型，其间德尔塔IV重型火箭是德尔塔宗族中尺度最大运力最强的。在构型上，德尔塔IV重型归于典型的通用芯级火箭。其外观最大的杰出点是火箭榜首级由三个公共中心助推器(Common Core Booster)组成，三芯并联呈一字形直线摆放。它高72米，最大直径5米，运用RS-68发动机，最大起飞分量733吨，近地轨迹（LEO）运载才干达28.37吨，同步搬运轨迹（GTO）运载才干为14.21吨，地球同步轨迹（GEO）运力为6.58吨。从2004年首飞到2018年SpaceX的“猎鹰重型”（Falcon Heavy）成功发射之前，德尔塔IV重型一向是现役运载才干最强的火箭。

它是稀有的的全氢氧燃料火箭。发射时，火箭“烈火焚身”，先是一团烈焰从发射台底部腾空而起，瞬间围住整个箭体，随后火箭带着被烧黑的尾部慢慢升空。这是预冷发动机的液氢，在倒计时最终几秒，流过发动机并逸散到箭体周围，之后敏捷变成氢气，向上活动的氢气跟着火箭焚烧产生爆燃，火箭看上去就像在起飞前先把自己点着了。

在2024年4月退役之前，德尔塔IV系列火箭合计发射45次。德尔塔IV重型合计发射16次，仅在首发时载荷入轨高度低于预期而部分失利。

波音开端方案让德尔塔IV开展商业发射服务。可是，那时的全球商场容量已远高于需求。作为一种未经实证的规划，它很难找到商场，而且其发射价格也高于一起期其他已运用多年的火箭。因而，2003年波音公司以需求低、本钱高为由，将德尔塔IV从商业商场撤出，转型为单次发射价格较高且需求量较低的非商业运载火箭。

除了榜初次发射使命是将欧洲通信卫星公司的W5商业通信卫星送上天外，德尔塔IV重型其他一切发射服务的都是美国政府机构，如美国国防部、美国国家侦查局、美国大气与海洋办理局等。值得一提的是，德尔塔IV重型执役20年间，近9成使命是将贵重且奥秘的美国国家侦查局的载荷直接送入地球同步轨迹。当然，该火箭的使命也并非都“见不得光”。2014年，它履行了猎户座飞船首飞测验使命，2018年发射帕克号太阳探测器。

风景不再

2006年，洛克希德·马丁和波音合资建立联合发射联盟公司，德尔塔IV火箭成为联合发射联盟的产品。在SpaceX进入商场之前，联合发射联盟是美国军方贵重且仅有的军事卫星发射商。2006-2020年间，联合发射联盟每年不只从美国军方取得很多发射合同，还有年均10亿美元的“发射才干保持补助”，被外界戏称为“火箭躺着就能挣钱”。

联合发射联盟选用传统的规划-收买-总装形式，导致德尔塔IV重型火箭单枚发射报价到达3至4亿美元，2019年退役的德尔塔IV中型火箭的发射报价也到达了1.64亿美元。与之对应的是，SpaceX可收回重复运用的猎鹰9号的发射报价仅为每次6700万美元，近地轨迹运载才干也到达了22.8吨。好在德尔塔IV重型凭仗强壮运力，短期内不受要挟。不过，2018年猎鹰重型火箭首飞，其一次发射报价是1.5亿美元，重复运用的版别报价约9700万美元，近地轨迹运载才干到达了63.8吨。自此德尔塔IV重型火箭风景不再。

还不只是德尔塔IV重型，联合发射联盟的别的一款火箭——世界神5火箭（Atlas V）也方案在2029年退役。无独有偶，考虑到发射本钱、运力等原因，2023年欧洲的阿丽亚娜5火箭（Ariane V）在执役27年后谢幕。

【注：世界神5原是洛克希德·马丁旗下产品，也是在美国空军1994年提出的“改善型一次性运用运载火箭”方案下研发，期望凭借模块化和标准化规划，下降发射本钱，进步可靠性。运载才干弱于德尔塔IV重型。】

作为美国航天界的佼佼者，德尔塔IV重型具有长达20年的光辉前史。强壮的推力和安稳的功能，使其在航天发射商场上占有了重要位置。可是，联合发射联盟长时刻以来商业竞赛力缺乏，其传统的规划-收买-总装形式难以下降本钱，前期无法与俄罗斯火箭在世界商场上竞赛，后期更难与SpaceX争锋。

此外，世界神5运用的RD-180发动机进口自俄罗斯。跟着世界形势改变，2019年美国军方出台“国家安全发射”方案，要求各公司有必要运用“国产”火箭参加竞标。如此一来，联合发射联盟的两款火箭全都被逼入绝地。

德尔塔IV重型火箭的离场，标志着旧的航天年代正在闭幕。在新的商业航天年代，面对大规模星座组网发射，火箭不只需求在本钱、可靠性、发射频次上得到统筹平衡，还需求具有更高的运载才干和更灵敏的发射方法。选用液氧火油和液氧甲烷推动剂的可收回重复运用火箭已成为新趋势。

回顾前史，德尔塔IV重型来源于上一个航天热潮年代，这以后的发射需求远低于预期，导致研发者未能有用止损。所以，传统航天巨子组成“价格联盟”，独占发射，期望经过非技能手法躺着挣钱。可是，在新的航天热潮年代，新一代火箭无情地筛选了一些经典的传统火箭。德尔塔IV重型火箭的退役，是火箭新旧交替、更新换代的一个缩影。

包围有望？

本年1月，美国媒体曾发文，称2006-2015是联合发射联盟独占美国官方发射事务，收取NASA和军方昂扬费用，躺着挣钱的“黄金10年”，接下来的第二个十年独占会被分裂。跟着SpaceX等新商业航天企业兴起，联合发射联盟的好日子到头了。2023年，SpaceX发射了98次火箭（包括2次星舟发射），而后者仅发射了3次，从美国航天发射巨子沦为副角。

面对猎鹰、星舟的步步紧逼，在以SpaceX为代表的“新航天”竞赛压力之下，联合发射联盟迫切需求一款在技能和本钱上有适当竞赛力的新一代火箭顶替德尔塔IV重型与世界神5。2015年3月初，联合发射联盟宣告研发“新一代运载体系”，4月正式命名为“火神半人马座”（Vulcan Centaur），简称“火神”。

这款火箭规划为两级构型，高61.6米，直径5.4米。为了进步效益节省本钱，“火神”选用模块化规划，经过装备0枚、2枚、4枚、6枚诺斯罗普·格鲁曼公司研发的GEM-63XL固体助推器，构成4种构型，以便习惯不同运力需求的发射使命。联合发射联盟打出标语“一个体系适用于一切使命”，其发射报价也降至1亿-2亿美元。

“火神”火箭芯一级选用两台蓝色来源公司的BE-4液氧甲烷发动机，二级选用改善后的半人马座5上面级，安装两台RL-10C液氢液氧发动机。其最大近地轨迹运载才干为27.2吨，最大同步搬运轨迹运载才干15.3吨，最大地球同步轨迹运载才干7吨。

2024年1月8日，这款承载着联合发射联盟未来期望，一起也是其“独苗”的火箭在经历过发动机选型风云、商场态势剧变和五年发射推延后，总算从卡纳维拉尔角首飞成功，将游隼号月球着陆器送入轨迹。

不同于履行多样化使命的猎鹰9号，“火神”仍将和德尔塔IV重型相同以军事发射为中心使命。“这类特别使命需求这种高能火箭，十分特别的轨迹。咱们专门为此规划了火神。”联合发射联盟总裁兼CEO托利·布鲁诺（Tory Bruno）说，“火神能将本钱下降70%左右，使使命愈加务实并进步发射频次。”火箭新旧替换关于他和公司来说是悲喜参半的。“我等待火神的未来开展，但（德尔塔退役）无疑意味着一个年代的完毕。我个人很伤心。”

远景难料

除了模块化规划等惯例操作外，为了进一步进步使命习惯性，“火神”火箭原方案要点运用两大立异技能。

一是面向可重复运用要求，选用“智能收回技能”。简略地说，在火箭一二级别离后，火箭一级发动机将脱离，并在充气式热防护罩的维护下再入大气层，然后依托下降伞减速，最终由直升机在空中收回，因而又得名空中收回技能。

联合发射联盟表明推动体系本钱占整个一级本钱的65%，一级发动机的收回运用将会使一级推动体系本钱下降90%。它声称这种仅收回要害部件的方法将比SpaceX收回整个子级箭体的方法愈加简略和易于完结。但首飞的“火神”还没运用这种技能，该技能的研发开展也比较缓慢，技能老练需要时日。跟着猎鹰9号火箭芯一级全体笔直下降收回技能敏捷老练，经济效益日益闪现，联合发射联盟近年来已很少提及该技能。

二是面向未来多样化轨迹运送及在轨服务需求，选用具有长时刻在轨才干的先进低温上面级。这种设备是根据半人马座低温上面级开展而来的，最杰出的特点是运用了“集成流体技能”。

低温推动剂缓慢蒸腾的进程中会开释氧气和氢气。集成流体技能运用内燃机搜集这些气体，用于贮箱增压、姿控推力、推动剂办理和供电等，然后回避了有毒的肼推动剂、氦气量、电池电源等要素对在轨时刻的束缚，有望使上面级在轨工作时刻延伸至数周，大幅添加火箭履行长周期使命的习惯性。

按规划，先进低温上面级的功能将比半人马座低温上面级进步75%，成为当之无愧的“太空拖船”，将多个有用载荷送入不同倾角、高度的轨迹，还有望履行在轨拼装、在轨加注、空间碎片铲除等使命。

惋惜的是，在归纳权衡技能老练度、本钱、可靠性等要素后，联合发射联盟在2020年宣告暂缓研发先进低温上面级，不扫除撤销的或许，“火神”改为仍运用半人马座低温上面级。

此外，从火箭规划方案看，“火神”的芯一二级和助推器别离来自3家承包商，选用不同动力结构。多家出产商之间的进展和谐、BE-4发动机研发的高度不确定性，是导致“火神”火箭首飞推延5年的首要原因。这与首要部件均运用自主研发产品的猎鹰9号存在距离。值得注意的是“火神”选用的BE-4发动机由蓝色来源公司出产，并与该公司的新格伦火箭(New Glenn)构成竞赛联系。未来，跟着新格伦走向商场，“火神”能否顺畅从蓝色来源持续取得发动机尚未可知。

看到SpaceX可以用相同的钱办更多的事，美国军方也乐见SpaceX和联合发射联盟打开竞赛。2020年8月，国家安全发射（NSSL）项目第二阶段投标成果揭晓，联合发射联盟和SpaceX别离以60%和40%的份额瓜分了2022-2026年间估计30-34次高价值国防发射使命合同，总额高达50亿美元。这被外界称为新阶段美国军用航天发射的“划地之战”。尽管拿下了大部分合同，但联合发射联盟无法像曾经那样靠独占超量赚取赢利，而且还将面对美国军方更多审视和后续检测。

除了美国官方的发射使命需求，需求旺盛的商业航天发射服务或许会让“火神”分得一杯羹。2022年4月5日，亚马逊宣告挑选阿丽亚娜太空公司、蓝色来源和联合发射联盟为其柯伊伯（Kuiper）低轨互联网星座发射3236颗卫星，赢得亚马逊的合同将使“火神”的年发射次数添加一倍多，到达每年25次。

尽管与SpaceX年均过百的发射次数存在较大距离，但这是“火神”进入商场的标志。在航天发射商场上，只要到达必定的使命量，才干完结火箭本钱操控。据预算，联合发射联盟的年发射次数只要到达10至20次后，单发“火神”的发射价格才干降至1.1亿美元，具有与猎鹰重型竞赛的资历。

即便“火神”得到了亚马逊低轨互联网星座的很多卫星发射订单，因为项目归纳本钱日积月累，其报价和可靠性都很难与猎鹰9号竞赛。联合发射联盟近年来财报欠安，赢利逐年下滑，而其背面的波音相同深陷泥潭，最近美媒报导称，联合发射联盟方案对外出售，最首要的意向卖家竟是“火神”的发动机供货商蓝色来源。尽管波音和洛克希德·马丁都“不予置评”，但并没有揭露否定，耐人寻味。

一旦联合发射联盟被收买，“火神”则远景难料。事实上，这些不确定要素，将使得“火神”成功首飞的含义进一步凸显。不过，即便完结了主力火箭更新换代，联合发射联盟恐怕也很难再现旧日光辉。至于成果，时刻会给出答案。

参考资料

航天界，《全球第三大运载最终一飞，一代名箭德尔塔谢幕》

太空那些事儿，《德尔塔4火箭完结谢幕发射，传统火箭进入换代期》

金台资讯，《美“火神”火箭远景怎么》

环球网，《德尔塔-4闭幕，美国航天一个年代完毕？》

汹涌新闻，《美国新一代大火箭“火神”首飞成功，能让ULA重振雄风吗？》

中国航天报，《辞旧迎新，联合发射联盟抓住推动火箭换代》

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