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一级回收之后:蓝色起源年产150枚上面级背后的航天产能算盘

机制

一枚火箭的一级助推器,既然能重复飞 25 次以上。 为什么还要花 3.3 亿美元建一座新工厂,一年造 150 枚火箭?

这听起来相当反常识。 可重复使用火箭搞了这么多年,大家下意识的反应都是火箭不用造那么多了,打完拉回来接着飞。 贝佐斯的蓝色起源(Blue Origin),刚在佛罗里达卡纳维拉尔角砸下 3.3 亿美元,扩建他们的火箭公园(Rocket Park)园区。 目标是在 2027 年夏天,建好一条全新的巨型生产线。 唯一的任务,是每年制造最多 150 枚新格伦(New Glenn)火箭的二级上面级。 既然一级都能回收,为什么二级还要一年造 150 枚? 因为这枚重型火箭从设计之初,就只回收一半。

新格伦火箭是个两级构型。 底下的一级助推器,装了 9 台 BE-4 甲烷发动机。 它点火起飞,把整枚火箭推到几十公里高空。 工作三分钟左右,一级完成任务,在高超音速下分离,掉头飞回海上的着陆驳船。 设计寿命里,这一根大柱子要反反复复用 25 次。 但上面那一截二级上面级,去的地方完全不同。 它要冲出大气层,一路把载荷加速到第一宇宙速度,每秒 7.8 公里。 那是二十几倍音速。

想把二级也完好无损地接回来? 物理定律在这里算了一笔极狠的账。 从每秒 7.8 公里高速再入大气层,气动加热会产生几千度的高温。 要想接住它,二级得包上一整层耐高温隔热瓦,装上姿态控制舵面,还得留出大把燃料做反推点火。 在火箭结构里,上面级每增加一公斤死重,就会一比一吃掉一公斤运载能力。 沉重的回收设备装上去,原本能打 70 吨载荷的火箭,运力可能直接缩水一大半。 不管是 SpaceX 的猎鹰 9 号,还是蓝色起源的新格伦,算到最后都选了同一个工程妥协: 一级回收,二级一次性。 打一次,扔一枚。 完成入轨任务之后,二级直接坠入大气层烧毁,或者推入轨道公墓。

这一妥协,航天的产能逻辑就全变了。 一级只要回收跑顺了,发射频率的瓶颈就不在它身上了。 假设一年要打 100 次,地上只要备 4 到 6 枚一级助推器,轮流上天、轮流检修,完全够用。 但二级没有回头路。 打 100 次,生产线上就必须实打实造出 100 枚全新的二级。 打 150 次,就得造 150 枚。 火箭发射能推到多密,根本不看一级回收动作有多帅。 卡在咽喉上的,是厂房里造一次性二级的速度。

而且新格伦的二级是个庞然大物。 在最新的 9x4 构型里,一级有 9 台发动机,二级配了 4 台 BE-3U 液氢液氧发动机。 箭体直径整整 7 米,上面顶着 8.7 米宽的整流罩。 液氢是极高效的火箭燃料,但密度极低,每立方米只有大约 70 公斤,还不到水的十四分之一。 这意味着它的液氢储箱巨大无比,立起来就像一栋多层住宅楼。 要把这种几层楼高的铝锂合金储箱,一年加工、焊接、质检出 150 个,平均每 2.4 天就得推出来一个。 过去造大火箭,靠航天工程师手工小批量敲打调试。 蓝色起源这 3.3 亿美元,是要把重型火箭上面级干成汽车装配线。

为什么非要把产能拉到这种地步? 因为背后的发射订单全是天文数字。 亚马逊自家的柯伊伯计划(Project Kuiper),为了布设卫星互联网,光在近地轨道就得部署 3236 颗卫星。 还有美国宇航局(NASA)阿尔忒弥斯(Artemis)登月计划的月球着陆器,以及美国太空军的国家安全合同。 蓝色起源规划在 2030 年前后做到每周发射多次,没有这个二级产能,整个发射场就得天天等米下锅。

大家看火箭发射,最震撼的画面总是一级助推器稳稳落回海上平台。 但让商业航天真正跑起来的齿轮,全在厂房里搅拌摩擦焊飞溅的火花里。 飞得回来的负责省钱,造得出来的才撑得起规模。

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