核心提示：

　　随着乌克兰局势持续紧张，美国不断升级制裁措施。俄罗斯也不示弱，一度借威胁禁止俄制RD-180发动机用于美国航天发射任务来回击美国制裁。鉴于宇宙神-5火箭在美国有效载荷发射任务中的重要地位，以及新型液体火箭发动机研制一般需要数年时间，寻找RD-180替代方案成为美国当前的一个紧迫事项。

　　日前，美国空军发布信息征询，邀请美国相关航天企业共同思考，如何确保美国的卫星以及其他重要有效载荷的顺利发射。对此，美国主要的航天企业积极回应，并提出了发展新型火箭发动机技术、研制新型火箭等多种解决方案。

　　采用RD-180作为主发动机的宇宙神-5运载火箭

　　曾经的国际合作典范

　　俄制RD-180火箭发动机由俄罗斯动力机械科研生产联合体研制，推进剂为液氧/煤油，采用分级燃烧循环，推力3827千牛、比冲3052米/秒。该发动机由美国联合发射联盟公司引进，用作宇宙神-5运载火箭的芯一级发动机，单价1100～1500万美元。宇宙神-5火箭是美国当前主力运载火箭，与德尔它4火箭同属美国空军的改进型一次性运载火箭。二者均由联合发射联盟公司提供，共同承担着美国政府的重要卫星发射任务。

　　美国联合发射联盟公司曾宣称，美国进口俄制RD-180发动机已有15年的历史，期间从没有发生过供应链中断问题，在世界航天领域被视为国际合作典范。

　　虽然该发动机性能可靠、价格便宜、供货稳定，但是事关美国国家安全的发射任务却依赖俄罗斯的发动机，一直都是美国政府的隐忧。对此，美国正在制定多种替代性解决方案。

　　方案一：BE-4液氧/甲烷发动机

　　第一个解决方案是，联合发射联盟公司与蓝源公司合作研制BE-4液氧/甲烷发动机。

　　今年9月17日，美国联合发射联盟公司宣布，将为蓝源公司的BE-4发动机研制项目投资（未说明具体金额），以替代俄制RD-180。据悉，蓝源公司近3 年来一直在研制BE-4发动机，相比其他公司可谓先行一步。

　　BE-4发动机推力约2446千牛，采用甲烷作为燃料，成本较低。芯一级采用2台BE-4发动机的新型宇宙神-5火箭有望在2019年首飞。

　　蓝源公司表示，选择甲烷而非煤油作为发动机的推进剂，是出于成本和可重复使用性的双重考虑。液化天然气，也就是甲烷，比航天专用煤油便宜，燃烧残余物更少，这使得发动机更易于翻新和重复使用。

　　蓝源公司创始人贝索斯透露，BE-4发动机将完全由美国设计和制造，利用计算机仿真和增材制造等最新技术。如果研制成功，BE-4不仅可用于宇宙神-5火箭，还可用于蓝源公司的未来可重复使用轨道运载器，在摆脱对RD-180依赖的同时，还能实现美国运载火箭主发动机的国产化。可谓一举两得。

　　然而，目前两家公司合作研制甲烷发动机将面对大量的技术问题。同时，为适应甲烷推进剂，宇宙神-5火箭也需要一些适应性改进。

　　方案二：AR-1液氧/煤油火箭发动机

　　第二个解决方案是，航空喷气·洛克达因公司希望美国空军尽快启动AR-1液氧/煤油火箭发动机的研制，以替代俄制RD-180发动机。

　　目前，该公司正在推进AR-1发动机的初步研究。其母公司金库普公司的总裁兼首席执行官塞缪尔透露，AR-1发动机设计推力约为2224千牛，研制费用预计达8～10亿美元，需4年时间。如果一切进展顺利，AR-1 发动机的研制工作将于2019年前后完成。

　　同时，航空喷气·洛克达因公司为AR-1发动机开发了一种名为Mondaloy的合金材料。这种合金强度高并且耐高温，特别适合用于采用富氧分级燃烧循环的液体火箭发动机。与俄制RD-180发动机的内部涂层材料相比，该合金更为经济可靠。

　　此外，航空喷气·洛克达因公司为降低风险，与Dynetics公司合作研究喷注器及发动机其他组件的增材制造技术。两家公司已经利用增材技术制造了133千牛推力的火箭发动机喷注器，并准备对其进行试车。

　　方案三：固体火箭发动机

　　第三个解决方案是，ATK公司向美国空军建议用固体火箭发动机代替RD-180。

　　曾经，ATK公司在短时间内研制了6款新型固体火箭发动机，其中最短的研制时间不到2年。

　　“我们拥有丰富的经验，曾为商业用户提供低成本的解决方案，并在数月内就从设计阶段推进到飞行验证阶段。”ATK航空航天公司总裁布莱克·拉尔森表示，“同样，ATK公司也可以迅速地为美国空军提供RD-180发动机的替代型，而且价格也将极具竞争力。”

　　ATK公司认为，固体火箭发动机最大的优势在于可以为有效载荷提供平稳的推力，这对敏感的国家安全卫星发射任务非常有益。此外，固体火箭发动机所需的地面发射设施更为简化。

　　除上述发动机研制方案，美国SpaceX公司表示将在2015年推出新型大型运载火箭，用于补充甚至替代宇宙神-5火箭。

　　虽然上述美国航天企业如期向美国空军给出了各自的方案，但都存在着一定的技术挑战。

　　无论是BE-4还是AR-1，其单机推力都小于RD-180，这需要把宇宙神-5火箭一子级原有的单发动机结构改为双发动机结构，控制系统也需同步更新。BE-4发动机采用了液氧/甲烷推进剂，这需要重新设计一子级原有结构。而ATK公司提出的固体发动机方案，其全箭环境适应性对一些用户的卫星也将是一种挑战。

　　最终美国如何在这些方案中做出选择，方案确定后又将如何应对技术挑战，这些问题都值得关注。（云棕）