突入重圍 - 美軍開發軍事貨運新概念_風聞

今年6月4日，美國空軍部正式啓動了“火箭貨運”項目，將其列編為先鋒計劃下的第4個子項目，在2022財年預算需求中申請4790萬美元，比2021財年的973萬美元翻了近五翻，表明這一新概念已經成為美國空軍科技研發的最優先級任務之一。

先鋒計劃（Vanguards）是美國空軍《 2030 年科技戰略》中確定的科技轉型規劃之一，類似一個孵化器，由美國空軍研究實驗室和業界共同開發，通過快速原型設計與創新演示試驗發展新型武器系統和作戰概念，以獲取未來戰場上的優勢作戰能力。在此之前已經公佈的三項先鋒計劃，分別是：

1. 金帳汗國計劃（Golden Horde） - 2019年設立，開發網絡集羣化彈藥系統，通過先進數據鏈將採用不同技術的庫存彈藥聯結為一個集成系統。它採用一種被稱為“play calling - 呼叫啓動”的半自主方式，當滿足某些預設條件時將觸發武器集羣的協作行為，從預設項中選擇交戰規則。

目前正在開發的驗證性武器包括CSDB-1協作式小直徑炸彈和CMALD協作式微型空射誘餌，可以實時監測敵方防空動態並協同作出反應，遭到攔截毀傷後自動重組網、自主確定目標優先級並分配目標，在敵方採取行動之前發動有效攻擊。而空軍現有的彈藥系統都只能執行預設的任務，如果敵情發生變化，預編程彈藥將失效，必須投入其它具備相對應功能的武器。

2. 導航技術衞星3計劃（NTS-3）- 將於2022年發射升空的NTS-3是美國新一代試驗性導航衞星，採用突破性的定位、導航和授時技術，包括電子相控陣天線、可在軌重編程的抗干擾數字信號發射器、能自動感知電磁環境變化關閉系統避免太陽風暴襲擊的地面站等等。試驗衞星將在地球同步軌道上運行一年以測試新型GPS系統的軟硬件，為更靈活、更穩定和更具任務彈性的未來衞星導航技術架構鋪平道路。

3. 天空博格計劃（Skyborg）- 於2019年加入先鋒計劃，開發用於高烈度戰場的低成本、集羣化、自主作戰無人機（例如今年3月5日首飛的XQ-58），配合F-35和F-15EX等有人駕駛戰機作戰。

無人機依靠內嵌的人工智能系統和先進傳感器，根據飛行員的設定自主檢測空中和地面潛在威脅、對目標進行排序，選擇打擊或躲避敵機的合適交戰程序。天空博格不會取代飛行員，而是向他們提供關鍵數據以支持快速、準確的決策，共同建立更強大的態勢感知和生存能力。它將成為美國空軍的力量倍增器，以低成本的開放性、模塊化、可擴展性技術創造全新的空中作戰方式。

上面三個計劃雖然概念先進但仍然在大眾認知範圍內，而這最新的老四可就有點腦洞大開了。火箭貨運計劃（Rocket Cargo）將採用垂直起降火箭開發一種全新的軍事後勤運輸方式，按歐美最喜歡説的一句話，這又是一個遊戲規則改變者（game changer）。該項目由美國空軍部牽頭，空軍研究實驗室負責實施，目前能夠確認的潛在用户是空軍運輸司令部和特戰司令部，尋求以更低的成本滿足一小時全球快速反應的要求，不過今後的服務對象將是整個國防部下屬的後勤體系。

時過境遷，如今囊中羞澀的美國空軍再也沒有冷戰時期不惜代價地大手筆開發超級武器的實力和魄力了（參見：西雅圖飛行博物館巡禮（1）：細品黑鳥（上）），因此它並不打算自己造火箭，而將通過“服務租賃”的方式採用商業火箭運營，空軍部目前拒絕透露潛在合作方的名稱。

雖説火箭是租來的，但並不是現成的貨架產品，而是貨真價實的特種軍用設計，必須滿足遠比商業火箭苛刻得多的條件，包括：運載能力達到100噸級（超過C-17的77.5噸），不僅能裝貨，還要考慮運人的潛力；在60分鐘內抵達全球任何地點；火箭整體可重複使用；能在類型多樣的非常規材料/表面上降落、在密集人羣和建築附近降落，在缺乏地面支持的偏遠地區作業；火箭載貨艙能夠迅速裝卸；具備再入大氣層後空投貨物的能力（如果落區無法支持火箭安全着陸）。

2020年10月，美國運輸司令部司令斯蒂芬·萊昂斯上將就曾宣佈將和太空探索技術公司（SpaceX）及探索之弧公司（XArc - 太空工程諮詢公司）合作開發“一小時內將相當於C-17的載荷運送到全球任意地點”的新概念。

SpaceX公司今年5月6日試飛的“星艦”SN15號已經成功演示了這種能力的可行性。依託投資額上百億美元的現有商業火箭基礎技術，美國空軍不必重複投資，可以將有限資金投在軍用貨運火箭所需的獨特技術上，拓展商業火箭的任務能力以滿足國防部的後勤運輸要求，最終的成品由商業航天公司代工，以儘量減少設計、製造、運營成本，降低技術風險。空軍公佈的“火箭貨運”效果圖也顯示出火箭構型和SpaceX的“星艦”非常相似。

> 左為“星艦”SN15號，右為“火箭貨運”設想圖

2021財年，空軍研究實驗室通過模型、仿真和分析驗證了“火箭貨運”的概念、算法、設計、用途、性能和運作成本，並通過現有商業火箭發射活動收集操作數據。2022財年將完成評估空投能力和高速分離特性的風洞試驗，確定新型集裝箱設計和裝載/卸載方案，測試搭載貨物與火箭發射/太空環境的兼容性，展開早期的端到端測試。

空軍希望採用“星艦”一類的可複用火箭，通過太空或者亞軌道飛行迅速達到降落地點，卸載並重新裝載後返回發射地點；或者在指定地點空投載荷。空軍內部甚至還討論了在太空中預置貨物以便在危機或者其它突發事件中快速部署的可行性。從高烈度衝突到人道主義救援，這種全球快速部署人員、武器和物資以應對時局急劇變化的能力都具備極高的價值。

> 1963年提出的陸戰隊T-100貨物與人員運輸火箭效果圖，採用航母發射模式，從圖上看顯然是經過改裝的“企業”號

火箭運貨並不是一個新概念，從上世紀50年代太空競賽開始就已經多次提出，最近一次是2002年由美國空軍和海軍陸戰隊聯合提出的“小規模太空運輸與注入”計劃（SUSTAIN），國防高級研究計劃局和空軍研究實驗室為此專門展開了“熱鷹”項目，探索研製一款小型亞軌道飛行器的可行性，以在兩小時內向全球任何地形範圍投送一個加強班的兵力。該項目結束時的結論是具備技術上的可行性，可在5-10年的時間框架內實現。

> SUSTAIN概念方案之一

過去火箭的高成本和低載荷使它不具備實戰可操作性，發展到今天雖然“星艦”火箭的近地軌道運載能力已經超過100噸而且成功實現垂直着陸，但軍用可複用運載火箭仍然存在很多懸而未決的技術性難題。

> 從左到右分別是“星艦”SN8、SN9和SN10的試飛姿態與軌跡，垂直起飛至最高點後進行調姿腹部向下飄落，接近地面時發動機點火翻轉為直立反推軟着陸

其中最大的疑問就是如何保障火箭在前線地區的生存力，火箭在起降時將產生難以隱蔽的巨大噪音和尾焰，滿載燃料的火箭就是敵方絕佳的靶子。美國空軍明確表示，火箭貨運計劃的目標就是探索前線快速發射能力、如何迅速構建着陸場、火箭的可探測性等基礎性課題。

> “星艦”SN15號着陸過程，當天飛行高度達到1萬米

如何將這種創新運輸能力整合到現有的國防後勤供應鏈中也是一大挑戰，包括快速反應任務規劃、地面貨物快速運輸、發射/着陸場運作、和商業航天體系的協調等。

另一大障礙就是價格。SpaceX目前可複用“獵鷹9”火箭發射的商業報價為6200萬美元一次，“重型獵鷹”則為9000萬美元，當然這是將載荷發射入軌的價格，而不是亞軌道投送物資。去年SpaceX公佈“獵鷹9”單次發射的成本約為2800萬美元，馬斯克甚至希望今後“星艦”的發射成本能降低至200萬美元。即便是200萬美元也遠高於使用一架C-17向全球範圍運送70噸貨物的成本（約為54萬美元）。造成巨大成本差異的首要原因當然是速度，C-17飛越半個地球至少需要18小時，火箭貨運計劃的1小時幾乎可以説是瞬息而至了。

美國空軍並沒有把全部期望都寄託在SpaceX一家身上，將向多家商業公司授出開發合同。金帳汗國計劃將在2022財年完成孵化，啓動技術轉化程序而被移出先鋒計劃，火箭貨運計劃將替補它留下的空缺以獲得充足的經費支持。

目前火箭貨運計劃僅僅處於概念性探索階段，技術、成本、安全等很多方面還充滿不確定性。但它顯示出的前景確實非常誘人，設想一下火箭貨運的典型使用場景：今後5-10年如果在印太地區爆發高烈度戰爭，美軍在沖繩或者朝鮮半島因為受到對手強大區域拒止力量的封鎖而暫時失去常規海、陸、空運後勤補給能力，戰損的關鍵雷達或導彈系統急需備件以恢復戰鬥力，這時貨運火箭突破重圍從天而降，可以起到力挽狂瀾的關鍵作用。

另一種美國政府考慮的場景則是在某一偏遠小國忽然爆發內亂，美國大使館遭到猛烈圍攻（類似當年的利比亞），而附近並沒有可以迅速投入的美軍部隊及相關運力。危及關頭貨運火箭將成為挽救美國外交人員及大國政治顏面的救命井繩，在大使館院內着陸，裝載人員及關鍵文件、設備後迅速升空返回本土。

> 2018年2月6日，2枚“重型獵鷹”的助推火箭在首次發射試驗中同時成功着陸

最後順便説一句我對於SpaceX和Tesla的看法，這兩家科技公司確實是傳統航天、汽車工業中的一股清流，以種種打破常規的開發思維和運營方式帶來突破性的發展，將過去高高在上略顯神秘的航天和電動車技術白菜化。但是理性看待這兩家公司，馬斯克的光環背後是NASA和華爾街的巨大技術、資金投入，甚至有美國軍方或明或暗的支持。白手起家也好、代理人也罷，對SpaceX和Tesla不必過分神話也不必刻意貶低，更激烈的競爭還在後面。

> 貝索斯的“藍色起源”公司在今年4月15日完成“新謝潑德”號火箭的第15次發射試驗，飛行高度達到105公里，併成功降落在距離發射台3公里的着陸台上

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