美國新格倫火箭第二次發射：載荷成功入軌，一級實現着陸_風聞

​來源：中國航天

美國新格倫火箭第二次發射：載荷成功入軌，一級實現着陸

陳允宗、楊開、王林

北京航天長征科技信息研究所

美國東部時間2025年11月13日15時55分（北京時間14日04時55分），美國藍源公司的可重複使用運載火箭“新格倫”從卡納維拉爾角美國太空軍基地36號發射設施（LC-36）起飛。火箭一、二級順利分離，第一級按計劃降落在大西洋上的回收船平台上，第二級將NASA的ESCAPADE雙子火星軌道器送入預定軌道。此外，衞訊衞星公司（Viasat）利用火箭第二級上集成的終端成功為 NASA 通信服務項目完成首次發射遙測數據中繼服務技術飛行驗證。

圖1 “新格倫”火箭第二次任務起飛

一、有效載荷

“新格倫”火箭在第二次任務中為NASA發射火星大氣逃逸、離子加速、動態探測任務（ESCAPADE）雙子火星軌道器，同時為衞訊衞星通信公司進行技術演示驗證。

（一）ESCAPADE

ESCAPADE為NASA火星探測任務，屬於NASA小型創新行星探測任務（SIMPLEx），耗資1.074 億美元（包括運載火箭），由雙子火星軌道器“湛藍”和“金黃”組成。兩個火星軌道器結構相同，尺寸均為60cm × 70cm× 90cm，加註燃料後質量535kg，總質量略高於1t，約佔“新格倫”火箭運力的15%。

圖2 雙子火星軌道器“湛藍”和“金黃”示意圖ESCAPADE任務由加州大學伯克利分校空間科學實驗室牽頭，負責任務管理、系統工程、科學領導、導航、運行、電子與離子靜電分析儀，以及科學數據處理和歸檔。主要合作伙伴包括火箭實驗室（航天器）、NASA 戈達德航天飛行中心（磁力計）、埃默裏•裏德航空大學（朗繆爾探針）、先進航天公司（任務設計）和藍源公司（發射）。2023年2月，藍源公司贏得ESCAPADE發射合同。因“新格倫”火箭尚未獲得NASA或美國太空軍的高優先級政府發射認證，存在一定風險，所以NASA僅向藍源公司支付2000萬美元的發射費用。

ESCAPADE任務原計劃在2024年10月的火星任務發射窗口期發射。2024年8月，雙子火星軌道器抵達發射場。由於“新格倫”運載火箭技術問題導致進度推遲，錯過火星任務發射窗口。ESCAPADE任務最終推遲到2025年11月。按最新任務設計方案，新格倫火箭將雙子火星軌道器送入“接近地球逃逸速度”的大橢圓軌道，雙子火星探測器依靠自身推力進入圍繞地球-太陽拉格朗日點2（L2）運行的芸豆形“徘徊”軌道，開展大約1年的空間天氣研究；隨後，在2026年11月利用奧伯特效應奔向火星，經過霍曼II星際轉移軌道飛行及多次“軌道修正機動”（TCM）後，在2027年9月抵達火星。

圖3 ESCAPADE任務設計示意圖

（二）發射遙測數據中繼服務技術驗證任務

衞訊公司的發射遙測數據中繼服務技術驗證任務屬於NASA 通信服務項目（CSP），通過將衞訊公司用户終端和 InRange 解決方案集成到“新格倫”火箭第二級上，驗證InRange發射遙測數據中繼服務技術。

二、第二次發射任務情況

（一）首飛後的調查與整改

藍源公司在“新格倫”火箭1月首飛後，針對第一級着陸失敗開展調查，發現第一級3台BE-4發動機未按計劃重啓導致着陸回收失敗。藍源公司重點圍繞推進劑管理和發動機控制開展整改。

（二）相關試驗和準備工作

經過9個多月整改與準備，“新格倫”火箭於 10 月 28 日運抵 LC-36，於10月30日進行綜合熱試車（靜態點火試車），第一級的7台 BE-4 發動機以 100%推力點火工作 22s，然後降低推力進行着陸點火時序試驗，總熱試車持續 38s。

10 月 31 日，ESCAPADE雙子火星探測器被封裝在有效載荷整流罩中，隨後被運至LC-36的藍源總裝廠房。11月5日，傑克琳號回收船從卡納維拉爾角出發。據藍源公司透露，傑克琳號到達目標着陸區需4天左右。7日，整流罩連同有效載荷被集成到火箭上。在完成最後階段的收尾工作和檢查後，火箭被運至發射工位。“新格倫”火箭原定於11月9日發射，但因天氣問題推遲；後在12日因太陽耀斑引發的太空天氣問題再次推遲發射。

（三）射前操作及飛行時序

“新格倫”火箭在13日的發射窗口為美國東部時間14時57分至16時25分，實際起飛時間為15時55分。火箭起飛將近10min，第一級在回收船上着陸。藍源公司在發射前對外發布了倒計時操作及飛行事件時序，具體如下：

火箭第二級應在發射前4h30min開始加註液氫；第一級和第二級在發射前4h開始加註液氧；第一級在發射前3h30min開始加註甲烷。推進劑加註持續數小時。在發射前20min時，進行天氣檢查以確認天氣條件是否適合發射。然後，在發射前10min時，進行最終“是否發射”投票。如無問題，發射總監將批准發射，火箭在發射前4min進入最終倒計時。

貯箱在發射前2min30s增壓至飛行壓力，而火箭在發射前1min30s切換至內部電源。在發射前20s，LC-36 的噴淋系統開始向發射台噴水，火箭自動駕駛系統啓用。在發射前5s，第一級的7台 BE-4 發動機交錯啓動，3台先啓動，其餘4台在1s後啓動。隨後，火箭起飛，射向朝東。

在第一級爬升過程中，火箭在發射後1min35s經歷最大氣動壓力（Q Max）。發射後3min5s左右，主發動機關機（MECO）；發射後3min9s，第一級/第二級分離；發射後3min17s，第二級2台BE-3U 發動機點火；發射後3min50s，整流罩拋離。

在第二級攜帶ESCAPADE前往預定軌道的同時，第一級準備着陸。發射後6min48s，第一級執行再入點火；發射後8min27s，第一級開始執行着陸點火；發射後9min9s，第一級在傑克琳號的甲板上着陸，6個液壓驅動的着陸腿在着陸時支撐並固定火箭。

圖4 第一級在海上平台着陸

發射後12min53s，第二級發動機第一次關機（SECO-1）；發射後25min分，第二級發動機第二次點火；發射後26min44s，第二級發動機第二次關機（SECO-2）。

第二級在“接近地球逃逸速度”的大橢圓軌道部署ESCAPADE雙子火星探測器：發射後33min18s，部署“湛藍”火星探測器；30s後，即發射後33min48s，部署“金黃”探測器。衞訊公司的演示驗證在 發射後38min48s開始，持續到發射後1h41min54s，任務正式結束，上面級進入日心處置軌道。

圖5 “新格倫”第二次任務示意圖

表1 “新格倫”火箭第二次任務倒計時操作及飛行事件“預定”時序

三、火箭基本情況

藍源公司從2012年開始研製“新格倫”火箭，2015 年對外公開研製項目，2016 年 9 月對外發布火箭的初期設計並公佈名稱，研製成本約25億美元，發射成本約6800萬–1.1億美元/次。“新格倫”火箭原計劃 2020 年首飛，因發動機和火箭研製發生重大延誤，在2025 年 1 月 16 日實現首飛，成功將有效載荷送入預定軌道，第一級未實現海上平台着陸。

“新格倫”火箭採用串聯式佈局，全箭高98m，直徑7m，由第一級、第二級和有效載荷整流罩三部分組成。該火箭設計可從卡納維拉爾角和范登堡太空軍基地發射，近地軌道（LEO）運載能力為45t，地球靜止轉移軌道（GTO）運載能力為13.6t，地月轉移軌道（TLI）運載能力達7t。

（一）第一級

第一級長57.5 m，貯箱直徑7 m，由後部、中部和前部組成，設計可重複使用25次。後部包括7台推力為2450kN的BE-4液氧甲烷發動機。發動機裙段直徑為8.5m，可在再入過程中保護髮動機。第一級銅製尾段安裝6個液壓驅動着陸腿，可在最終接近着陸回收船時展開。中部為甲烷和液氧貯箱。貯箱由正交網格鋁合金製成，設計可承受再入載荷。貯箱後端的大型空氣動力學板條在下降和再入過程中為返回的第一級提供了增強的橫向保護。前部安裝有4個氣動控制襟翼，用於下降過程中的姿態控制。與地面連接的臍帶接頭位於前部。前部還裝有制導、導航和控制設備，具有自主飛行安全系統。級間分離系統位於前部，在第二級點火前實施主動分離。第一級貯箱由正交網格鋁合金製成，可承受再入載荷。貯箱後端的大型氣動減速翼在下降和再入過程中為返回的第一級提供了增強的橫向保護。第一級前部4個氣動控制襟翼用於下降過程中的姿態控制。

圖6  “新格倫”火箭結構示意圖

（二）第二級

第二級為一次性使用氫氧上面級，長23.4m，採用2台BE-3U發動機。BE-3U發動機真空推力778 kN的發動機，可調節推力至623kN。該級的貯箱直徑為7m，加工工裝與第一級相同，可降低續生成本。貯箱長為16.1m，包括2台採用大膨脹比噴管的BE-3U在內，第二級總長達到23.4m。與第一級類似，第二級具有後部、中部和前部。後部主要由2台BE-3U發動機、承重橫杆推力結構和可長時間在軌工作的貯箱/設備組成。反作用控制系統（RCS）/推進劑沉底系統採用4個沿着推力結構部署的三軸推力器。第二級後部與第一級前部集成，設置了1個第二級臍帶接口。中部為推進劑貯箱，氫箱在上，氧箱在下，採用共底結構。貯箱筒板為正交網格鋁合金結構，箱底由鋁板焊接製成。前部由氫箱前裙段和集成在貯箱前底上的環向電氣設備架組成。前裙段為有效載荷空間的主要機械接口，包括複合材料固定適配器和有效載荷整流罩之間的連接。

2021年7月，藍源公司啓動“賈維斯”重複使用上面級項目。“賈維斯”項目的重點是研發不鏽鋼推進劑貯箱和主結構。2021年8月，藍源研製出首個不鏽鋼試驗貯箱，並運至LC-36發射綜合設施，進行低温推進劑加註壓力試驗。藍源還探索了三種方案：一是增加機翼，再入時可以像航天飛機一樣利用氣動力滑行返回；二是採用塞式火箭發動機（Aerospike Engine），再入時可以兼作隔熱罩；三是採用類似於超重-星艦第二級的方案，使用高阻力襟翼結合反推減速。據媒體報道，“賈維斯”項目在2025年處於擱置狀態。

（三）整流罩

“新格倫”火箭的標準有效載荷整流罩為兩瓣式複合材料夾層板結構，直徑7m，高21.9m。整流罩的兩瓣結構通過推力導軌組件連接，後端採用周向易碎接頭，以確保整流罩、適配器和第二級實現快速、無污染分離。整流罩在第二級發動機第二次點火啓動後不久分離，採用推離設計，確保分離時與第二級和有效載荷保持安全間隙。7m直徑整流罩的內部可用容積為450立方米，可執行多星發射任務。

四、第一級回收操作

“新格倫”火箭的第一級採用垂直起降重複使用方案，在海上回收船着陸，每次任務之間不需要拆卸或更換分系統，轉場時間以天和小時來計算，而非以月為單位。第一級發動機採用甲烷作為燃料，具有清潔經濟的特點。火箭採用水平總裝可在幾個小時內運往發射台併發射。藍源公司希望以這種商業方法提高任務頻率、降低運營成本。

第一級與第二級分離後重新定向再入大氣。利用空氣動力學和發動機推力，第一級在大西洋上部署的着陸平台上執行精確着陸。第一級先下降到靠近回收船的位置，然後直接轉移到回收船的正上方才着陸。公司創始人傑夫•貝索斯在社交媒體上表示，這種設計可保護回收船並“避免第一級發動機未啓動或啓動緩慢時發生嚴重撞擊。”偏移量最初約為100m，後續會逐步減小。

圖7  第一級回收操作示意圖

第一級着陸後，遙控車小車（ROV）將對第一級進行安全操作，為第一級提供動力並將高壓氮氣泵入第一級。然後六個固定支座把第一級固定在甲板上。在六個固定支座固定和火箭完成清理後，操作人員到船上進行操作。按照設計，整個過程大約需要10小時，所有操作都有備份和故障保護。第一級固定後，船員返回支援船，開始為期四天的返航。

圖8  遙控車小車（ROV）

藍源公司最初計劃改裝貨船作為着陸平台，2018年購買“斯特納”滾裝貨船，並將該船更名為“傑克琳”。2022年8月，藍源公司放棄改裝貨船用作着陸平台的計劃，將貨船拖到布朗斯維爾港報廢。隨後，藍源公司決定建造專門回收船LPV1。LPV1於2023年2月21日在羅馬尼亞造船廠開建；2024年1月31日下水；4月被拖到法國佈雷斯特的達門造船廠進行收尾工作和調試；8月8日竣工，隨後離開佈雷斯特；9月2日再次被命名為“傑克琳”；9月4日抵達佛羅里達州卡納維拉爾港。LPV1回收船型長115.9 m，型寬45.72 m，型深6.706 m，總噸位13 818t，海事組織編號9998676。

圖9  “1號着陸平台船”（LPV1）——“傑克琳”號

五、小結

（一）完成預定目標，進入新發展階段

“新格倫”火箭第二次任務完成三項預定目標：成功發射ESCAPADE 火星探測任務，實現第一級回收，完成衞訊公司發射遙測數據中繼服務技術飛行驗證。此次任務的成功是藍源公司從亞軌道飛行（“新謝帕德”）邁向大型軌道發射和深空探測的關鍵一步，標誌着藍源公司進入全新的發展階段。“新格倫”火箭第一級的着陸回收使藍源公司成為繼 SpaceX 公司之後，第二家實現軌道級液體火箭第一級海上回收的美國商業航天公司。接下來，藍源公司還需證明其能夠翻新複用火箭第一級。

（二）漸進式發展，逐步實現第一級着陸回收

藍源公司在“新格倫”火箭的設計、試驗和製造過程中採取漸進式發展路線，通過新謝帕德可重複使用亞軌道飛行器的研製和飛行試驗驗證垂直起降、深度節流低温發動機、快速檢查和複用操作等關鍵技術，為“新格倫”火箭的第一級重複使用奠定基礎。“新謝帕德”可重複使用亞軌道飛行器已完成 36次任務，為“新格倫”火箭複用積累寶貴經驗。SpaceX公司在2016年4月9日首次海上成功回收試驗前，也採用漸進式發展路線，先後開展８次單發動機一子級回收試驗、５次３台發動機一子級回收試驗、４次“獵鷹”9一子級海上濺落試驗、１次陸地回收試驗和８次海上平台回收試驗。

（三）推進NSSL 認證進程，爭取美國重要國防任務發射資格

美國國家安全航天發射計劃（NSSL）負責將關鍵的軍事和情報衞星送入軌道，對火箭性能和可靠性要求極高。美國太空系統司令部在 4 月份授予藍源公司 24 億美元第三階段 NSSL 合同；不過，該合同的具體環節取決於“新格倫”火箭認證情況。“新格倫”火箭第二次發射任務的成功將進一步推動 NSSL 發射認證進程，助力藍源公司爭取美國重要國防任務發射資格。

參考文獻