一、美國空軍加大火箭貨運項目扶持力度
美國空軍在前不久公布的2022財年預(yù)算申請明確提出了“火箭貨運”項目，在2022財年預(yù)算需求中申請4790萬美元，相比2021財年的973萬美元大幅增加，明顯加大了技術(shù)研發(fā)的扶持力度。美國空軍計劃將所申請的經(jīng)費用于演示初始單程運輸能力，使用商業(yè)火箭向條件簡陋的地點進行運輸，以驗證這一概念的可行性，具體要求包括：運載能力達到100噸級，兼顧載貨和載人能力；在一小時內(nèi)抵達全球任何地點；火箭完全可重復(fù)使用；可在多種非常規(guī)條件下降落和作業(yè)；載貨艙能夠迅速裝卸；可再入大氣層后空投貨物?；鸺涍\有望開辟嶄新的軍事運輸方式，極大提升戰(zhàn)略運輸?shù)男剩瑥亩鵀槲磥碥娛聦箮硇碌娘@著變化。據(jù)悉，將有多家航空航天企業(yè)進入美國空軍的候選承擔(dān)名單，但是顯而易見的是，SpaceX一定在候選名單的前列，而且目前來看，星艦也是最有可能甚至唯一有可能實現(xiàn)這一宏大概念的項目。
美國空軍火箭貨運概念圖（從中可以看出與SpaceX星艦外形相似）
二、星艦計劃概述
星艦運輸系統(tǒng)最早由SpaceX在2016年9月正式提出，經(jīng)過多次方案迭代優(yōu)化，目前方案采用兩級構(gòu)型，由一級超重和二級星艦組成，全長約120米，箭體直徑約9米，起飛總重約5000噸，運載能力可達到100噸。一級超重安裝31臺猛禽液氧/甲烷發(fā)動機，采用與獵鷹-9火箭相似的垂直回收方式；二級星艦安裝6臺猛禽液氧/甲烷發(fā)動機，其中包括3臺海平面版和3臺真空版發(fā)動機，可在離軌后利用升力式氣動減速和發(fā)動機制動實現(xiàn)垂直軟著陸。因此，星艦運輸系統(tǒng)具有完全重復(fù)使用的能力。
SpaceX從2018年開始直至今日，先后研制14型試樣樣機并持續(xù)開展試飛工作，秉持著快速迭代、不斷試錯的原則，星艦的研制歷程可謂“屢戰(zhàn)屢敗、屢敗屢戰(zhàn)”，從最早的原型機MK1，到后來的SN-1~SN-4，再到SN-5和SN-6實現(xiàn)150米彈射測試成功，再到SN-8~SN-12持續(xù)遭遇落地時爆炸的難題，終于在今年5月，SN-15順利完成亞軌道試飛，并安全返回地面，標(biāo)志著星艦研制取得里程碑式進展，為星艦實現(xiàn)入軌飛行奠定了重要基礎(chǔ)。正是憑借著星艦的快速進展，在今年早些時候，SpaceX計劃擊敗強勁競爭對手，使得星艦成為NASA載人登月計劃載人登陸器的唯一中標(biāo)項目，中標(biāo)金額為29.8億美元，這標(biāo)志著星艦計劃正式獲得美國官方重大立項支持。
三、星艦計劃與火箭貨運
（一）發(fā)展歷程
其實這不是美軍第一次提出“火箭貨運”的概念，早在美蘇太空爭霸期間，美國的麥道飛機公司曾提出過Ithacus單級入軌火箭構(gòu)想，高約60米，載重約130噸貨物或1200名士兵，可在1小時內(nèi)將士兵、裝備和物資運抵全球任意地點，從而降低對海外基地的依賴。Ithacus的小型化版本可裝載33.5噸貨物或260名士兵，以兩架一組的的形式部署到企業(yè)號核動力航母上，一架用于運輸人員，一架用于運輸貨物。但是受限于當(dāng)時的技術(shù)能力與單次使用無法承受的高昂成本，過于超前的想法僅停留了在概念構(gòu)想階段。
Ithacus火箭貨運概念圖
隨著SpaceX的SN-15星艦成功實現(xiàn)垂直軟著陸，標(biāo)志著航天運輸系統(tǒng)重復(fù)使用技術(shù)取得重大突破，“火箭貨運”的概念終于有望在不久的將來變成現(xiàn)實。
（二）優(yōu)勢特點
相比于傳統(tǒng)航空運輸，星艦用于火箭貨運具有四個顯著的獨特優(yōu)勢：一是運輸速度快，憑借著軌道或亞軌道飛行，星艦只需要不到1小時即可到達全球任意地點，相比之下，C-17跨越太平洋需要13個小時，星艦的運輸速度有本質(zhì)上的提升，可滿足特殊情況下的應(yīng)急所需；二是載荷能力強，星艦設(shè)計運載能力達到100噸，可一次運送兩輛M1坦克，具備快速戰(zhàn)略運輸?shù)哪芰?，超過C-17的77噸，達到與C-5相當(dāng)?shù)倪\載能力；三是對降落要求不高，星艦采用垂直降落回收，相比C-5和C-17，省去了跑道，美國空軍也要求具備在非常規(guī)地面降落的能力；四是使用靈活方便，由于80km~100km以上屬于各國公共的太空空間，針對響應(yīng)速度要求高的任務(wù)，規(guī)避非法侵入他國領(lǐng)空的麻煩。
（三）軍事應(yīng)用
憑借著獨特的特點及優(yōu)勢，星艦用于火箭貨運在快速響應(yīng)運輸、應(yīng)對突發(fā)事件、長期在軌駐留等方面具有廣闊的軍事應(yīng)用前景。
快速響應(yīng)運輸：若環(huán)太平洋等地區(qū)爆發(fā)高對抗戰(zhàn)爭，由于受到強大對手區(qū)域拒止力量的持續(xù)封鎖，傳統(tǒng)的C-17、C-5等空基運輸力量等因運輸時效和生存力問題難以抵近，美軍在前線基地有可能暫時失去常規(guī)海、陸、空運后勤補給能力，這時星艦裝載重達100噸前線急需的裝備和武器，在一小時內(nèi)快速抵達、垂直著陸在美軍前沿基地，在無法安全著陸時也可直接空投貨物，從而起到高對抗條件下快速彌補作戰(zhàn)急需的關(guān)鍵作用。
突發(fā)事件應(yīng)對：若全球某熱點地區(qū)發(fā)生政局動蕩或人道主義災(zāi)難時，本國公民的生命安全受到嚴重威脅，亟需與時間賽跑緊急開展救援行動，而傳統(tǒng)的空基、海軍應(yīng)急手段因局勢不明或距離較遠無法迅速投入力量，星艦可快速抵達，在大使館附近著陸，運載人員或關(guān)鍵貨物迅速升空返回本土，也可在無法安全著陸時空投裝備和武器，為受困人員提供第一時間的救助，為后續(xù)營救行動贏得寶貴時間。
長期在軌駐留：憑借未來太空加油技術(shù)發(fā)展，通過多次在軌加注燃料，星艦長期駐留太空成為可能，再加上強大的載荷能力，類似加強版的X-37B，星艦可提前預(yù)置各種對地、對空、對天等傳感器、武器載荷，甚至成為“軌道轟炸機”，在需要時可實施全球范圍內(nèi)的部署，以快速應(yīng)對急劇變化的局勢。
星艦計劃示意圖
（四）風(fēng)險與挑戰(zhàn)
不可忽視的是，目前火箭貨運技術(shù)尚處于探索階段，離真正應(yīng)用還有很長一段距離，主要在安全、成本、應(yīng)用等方面還存在著風(fēng)險和挑戰(zhàn)。首先，最關(guān)鍵的是面向未來戰(zhàn)場環(huán)境，大型火箭在前線地區(qū)的生存力是存在的疑問的，尤其是再入大氣層和降落階段，滿載燃料的火箭就是敵方導(dǎo)彈和戰(zhàn)斗機的理想攻擊目標(biāo)，如何提高貨運火箭的生存能力、實現(xiàn)火箭的低可探測性是必須攻關(guān)的問題。再次，相比航空運輸而言，即便有重復(fù)使用技術(shù)的加持，火箭貨運的成本仍然是個潛在的隱患，雖然與之前的獵鷹-9和重型獵鷹火箭不同，星艦計劃計劃一級和二級都是可重復(fù)使用的，可進一步降低火箭使用成本，SpaceX計劃未來星艦的一次發(fā)射成本可降至200萬美元，即便如此，也遠高于C-17運送70噸貨物的成本54萬美元，更適用于要求快速響應(yīng)的應(yīng)急任務(wù)。另外，在體系化作戰(zhàn)中，如何使得貨運火箭融合當(dāng)前美國空軍的作戰(zhàn)保障體系，包括快速響應(yīng)任務(wù)規(guī)劃、貨物快速裝卸、發(fā)射/著陸場運用等，都需要不斷探索攻關(guān)。
四、未來展望
今年8月SpaceX即將進行星艦首次軌道飛行驗證，明年美國空軍也將正式授出火箭貨運的開發(fā)合同。以SpaceX的研發(fā)速度，也許在未來的幾年之內(nèi)，我們就會看到從美國空軍租用的SpaceX星艦，從美國本土起飛，在一小時之內(nèi)抵達美駐日軍事基地，而從星艦上卸下的貨物是2輛M1主戰(zhàn)坦克，或者200名全副武裝的士兵。（作者：張洪禮）
（來源：環(huán)球網(wǎng)）
