又一款重型火箭首飞，太空商业化时代到来了吗？

在 2025 年 3 月 7 日的星舰发射任务中，星舰飞船（上面级）在大西洋上空经历了“快速且非计划”解体，高度大约为 150 公里，最终坠入巴哈马群岛附近海域，星舰的助推器则返回发射场。

现在，又一匹黑马出现了，也借鉴了助推器回收的思路，有着相似的技术路线，这就是蓝色起源公司研发的“新格伦”重型火箭。在 1 月份的发射中，“新格伦”火箭完成首飞，航天界认为，这次发射被认为是蓝色起源与马斯克的 SpaceX 展开全面竞争的关键一步，也标志着太空商业化时代的竞争趋势已非常显著。

“新格伦”火箭特殊的发射架十分抢眼。图片来源：Blue Origin

蓝色起源旗下的另一款火箭“新谢泼德”已经开始商业运营。图片来源：Blue Origin

值得注意的是，蓝色起源公司的创始人是杰夫·贝佐斯，他也是互联网巨头亚马逊公司的创始人，从互联网转战商业火箭领域，可见商业火箭的市场前景是非常诱人的，也是马斯克的竞争对手之一。近两年，贝佐斯在商业太空领域竞争中获利：蓝色起源公司旗下的“新谢泼德”（New Shepard）商业火箭已经开始收取门票，每个座位售价 125 万美元，乘客可体验短时间的失重和在约 100 公里的高度俯视地球，迄今获利上千万美元。

“新格伦”火箭的特点

名不见经传的“新格伦”火箭在设计上也是一款以“可重复使用”为目标的运载火箭，其助推器的回收方式与 SpaceX 的猎鹰火箭相似，具体过程是：“新格伦”火箭的助推器在与第二级分离后，以软着陆的方式降落在大西洋的一艘驳船上。但是在这次发射中，“新格伦”火箭的助推器却丢失信号，原计划的软着陆以失败告终。

“新格伦”火箭设计了尺寸较大的“边条”和“小翼”。图片来源：Blue Origin）

在火箭家族中，“新格伦”火箭的定位与猎鹰火箭的升级版“猎鹰重型”相当，可以认为两者是竞争对手的关系，且都使用了第一级软着陆回收设计，也同样使用着陆腿支撑的方式降落在海上驳船上，具有可比性。为了便于在下降过程中调整姿态，“新格伦”火箭还增加了尺寸较大的“边条”和“小翼”，用于控制降落时的姿态。猎鹰火箭的助推器则使用气动格栅技术，以控制降落时的姿态。

“新格伦”火箭的着陆支架。图片来源：etsy.com

猎鹰火箭的着陆支架。图片来源：SpaceX

从尺寸上看，猎鹰重型火箭的高度为 70 米，低地球轨道运载能力为 60 吨左右（助推器回收与不回收的运载能力有差异）；“新格伦”火箭高度为 98 米，低地球轨道运载能力为 45 吨。为什么“新格伦”火箭个头更高，但是运载能力会相对低一些呢？

主要是因为猎鹰重型火箭的“底盘”比较有力，由三个助推器并联，一共 27 台梅林 1D（Merlin 1D）火箭发动机，每台海平面推力约为 845 千牛。而“新格伦”火箭的第一级是由 7 台 BE-4 发动机并联，每台发动机海平面推力为 2400 千牛。

由此看出，BE-4 发动机虽然单台推力表现比梅林 1D 更强大，但是猎鹰重型火箭却有 27 台之多，“新格伦”火箭 7 米的超大直径也只能容纳下 7 台发动机。猎鹰重型火箭的单个助推器则安装了 9 台体积偏小一些的梅林 1D 发动机，通过并联助推器来实现推力增加。

从两者的设计路线可以看出，猎鹰重型火箭通过并联助推器，安装更多体积相对偏小的发动机来提升运载能力，而“新格伦”火箭则是通过提高单台发动机的尺寸，实现增大推力。设计上的差异性会导致“新格伦”火箭第一级发动机数量只有 7 台，猎鹰重型算上左右两个助推器后却有 27 台之多，这也引来了当初外界对猎鹰重型提出的质疑：如何确保 27 台发动机都处于良好的工作状态？

“新格伦”火箭则避免了面对这个质疑，将第一级发动机数量减少到7台，相比于控制 27 台发动机，显然确保 7 台都处于良好的工作状态的概率会更大一些，或者说会相对更有把握一些。

“新格伦”火箭第一级安装 7 台 BE-4 发动机。图片来源：spaceflight

猎鹰重型第一级由 27 台发动机组成。图片来源：SpaceX

从商业运力角度看，SpaceX 有猎鹰火箭和猎鹰重型两款产品，低地球轨道运载能力分别约为 22 吨和 60 吨，“新格伦”火箭低地球轨道运载能力为 45 吨，刚好避开了这两个数值，取中间值。这说明“新格伦”火箭的出现，对 SpaceX 的产品会形成一定程度的冲击，不仅能锁住需要 22 吨至 45 吨运力区间的客户，还能向下兼容，对猎鹰 9 号固有的市场形成冲击。从侧面也可以看出，商业航天市场的竞争是非常激烈的，火箭运力出现了进一步细分，以抢占市场。

液氧甲烷发动机是核心

研发火箭与航空器有着相似的路线——发动机先行，有了动力系统做支撑，后续研发相应的型号才有保障。

蓝色起源公司研发“新格伦”火箭已经有近十年的时间，但起步要晚于猎鹰火箭。“新格伦”火箭所使用的 BE-4 发动机研发可追溯到 2011 年左右，这款发动机在 2014 年还被赋予了另一个目的，即取代从俄罗斯进口的 RD-180 火箭发动机，当时“联合发射联盟”（ULA）介入并选择 BE-4 发动机作为“火神半人马座”火箭的动力系统。BE-4 发动机的特点是使用液氧甲烷作为燃料，是目前世界上比较流行的绿色推进剂，甲烷燃烧效率高、成本可控，有较大的应用范围。

“新格伦”火箭所使用的 BE-4 发动机。图片来源：Blue Origin

相比于煤油等碳氢化合物燃料，后者会形成大量的副产物，多次重复使用可能会导致发动机内部的管路堵塞，液化的甲烷则没有这方面的问题。同时，液化甲烷所需的燃料箱尺寸更小，比煤油燃料更有优势。此外，液化甲烷不易蒸发，安全性更高，适合长期在太空环境中储存，当然也适合长时间深空飞行使用。

液化甲烷还有一个特点，储存温度与液氧比较接近，某些相似的物理性质意味着推进剂阀门、罐体等设备和制造可以实现标准化，从而降低生产成本。可重复使用火箭之所以成为当前航天界的热门，一方面是进入轨道需要降低成本，重复使用的发射单价会显著降低；另一方面则是长时间深空飞行也需要可重复使用的甲烷发动机。

“新格伦”火箭正式研发时间在 2016 年对外宣布，确定了第一级携带 7 台 BE-4 发动机软着陆回收的方案。当时，SpaceX 的猎鹰火箭已经完成了第一次回收，从技术角度讲，猎鹰火箭已验证了该方案的可行性。从长远看，软着陆回收设计还有一个目的：这种方法适合在地外天体上登陆，比如登陆月球或者火星，只需要寻找一块相对平整的地方，就可以实施软着陆，该方法甚至可能推广到登陆其他岩质天体。

软着陆回收方法远期看也适合在地外天体上登陆。图片来源：Astronomy magazine

从运载能力方面看，“新格伦”火箭的数据要强于当时的猎鹰火箭。到了 2018 年，商业火箭竞争开始更加激烈，SpaceX 推出了三个助推器并联的猎鹰重型，大幅度提升了运载能力。即便如此，“新格伦”火箭所定位的低地球轨道 45 吨运载能力，仍然很有吸引力，错开了猎鹰火箭和猎鹰重型火箭的运力区间。

“新格伦”火箭第二级回收难度较大

“新格伦”火箭定位为可重复使用火箭，设计人员便打算将成本降低到极致：第一级和第二级计划全部回收使用。目前“新格伦”火箭只能回收第一级，即 7 台 BE-4 发动机，着陆方案与猎鹰火箭相似，都是利用发动机反推的方式降落在驳船上。这艘驳船的名称叫 LPV-1 或者是杰奎琳（Jacklyn）号，杰奎琳是贝佐斯母亲的名字。这一点与猎鹰火箭所使用的着陆驳船命名有些不同，马斯克以科幻小说中出现的名称为回收助推器的驳船命名。

蓝色起源公司对于发射成本控制表现出更高的要求，仅仅回收第一级的 7 台发动机显然不够，从 2021 年开始，该公司宣布着手对火箭的第二级收回方案进行研究。第二级安装了两台昂贵的 BE-3U 发动机，如果能回收，那么发射成本还能进一步降低，目前猎鹰系列火箭还无法实现第二级的回收。

用于回收“新格伦”火箭第一级的杰奎琳号驳船。图片来源：Blue Origin

用于回收猎鹰火箭第一级的驳船。图片来源：SpaceX

第二级回收有多个难点，为此，蓝色起源启动了“贾维斯计划”，目的是开发出完全可重复使用的第二级，但这个计划面临巨大的挑战。SpaceX 的策略是转入星舰火箭的研发，让星舰返回地面，助推器则用筷子回收装置夹住。

对蓝色起源的“新格伦”火箭而言，第二级推进器回收的难度主要体现在：

第一，着陆方案无法确定。火箭第二级工作高度超出地球大气层，这意味着回收需要重新再入大气层。目前提出过的着陆方案包括安装类似航天飞机的机翼，通过滑翔的方式返回，还包括垂直着陆、降落伞等方案，由于不同方案所面对的问题不同，到目前为止都还未确定。

第二，着陆发动机可能需要更换。火箭第二级发动机主要工作环境是真空，如果返回地面，可能需要增加一种能够在稠密大气环境中工作的发动机，动力系统新增发动机又会导致运载能力下降。同时，这也意味着需要搭载不同的燃料，这显然不是个好消息。

第三，再入大气层需要安装隔热装置，也会导致发射质量增加，运载能力降低。

第四，燃料箱需要特别定制。“新格伦”火箭第二级如果要实现多次重复使用，燃料箱就要承受多次发射和再入大气层的工作环境。星舰之所以选择不锈钢作为材料，一方面是因为不锈钢可耐高温，另一方面是因为不锈钢的价格更便宜，但缺点是不锈钢重量是复合材料的数倍以上。

“新格伦”火箭第二级发动机。图片来源：Blue Origin

对太空商业化的影响

蓝色起源的“新格伦”火箭这次完成首次发射，无疑加剧了商业太空发射领域的竞争。蓝色起源公司的策略是“两手抓”：一只手抓亚轨道商业太空旅游，另一只手抓商业火箭发射，开始与 SpaceX 展开全面竞争。

在亚轨道商业太空旅游方面，由于 SpaceX 没有相关的竞品，蓝色起源公司基本处于垄断的局面，可以认为在这个方面贝佐斯是全面超越了马斯克，这也是太空商业化的一个重要细分领域。蓝色起源研发了“新谢泼德”号火箭，这是一种完全可重复使用的“小”火箭，携带一个载人舱，可容纳 4 至 6 名乘客。火箭将载人舱送到 100 公里左右的高度，让乘客体验一段时间的失重后落回地面，火箭本身则通过软着陆的方式返回。蓝色起源以每个座位 125 万美元出售，从 2021 年首次载人飞行至今，已经完成了近 10 次载人飞行，还有多次 NASA 的无人微重力研究任务，获得了上亿美元的收入。

“新格伦”火箭则是蓝色起源公司的另一只手，低地球轨道运载能力达到 45 吨，可以胜任许多发射任务，与 SpaceX 的猎鹰系列火箭形成竞争关系。

蓝色起源旗下的“新谢泼德”火箭已经开始商业运营。图片来源：Blue Origin

接下来，亚马逊将使用“新格伦”火箭发射互联网卫星星座，以及建立商业空间站，参与 NASA 的空间发射任务，甚至还有可能加入阿尔忒弥斯计划。根据蓝色起源的运营策略，该公司不仅打造适合普通人的太空失重体验项目，还开发发射航天器的重型火箭，同时在这两个方向布局说明太空商业化时代正在悄然到来。

大规模开发太空，就需要比以往更严格地降低入轨成本。目前，全球范围内，有多款可重复使用火箭正处于研发之中，竞争也会趋于激烈，尤其是在亚轨道失重体验方面，门票单价相对较低，有较大的获利空间，是太空商业化竞争的又一个重要领域。

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出品丨科普中国

作者丨川陀太空 科普创作者

监制丨中国科普博览

责编丨一诺

审校丨徐来、林林