美星舰作战运用与威胁分析
2016年9月,SpaceX公司正式对外公布了星际运输系统(ITS),瞄准人类移民火星以及星际探索。随后持续进行快速迭代,每年都进行一定程度的方案调整,从初期的星际运输系统方案到2017年的猎鹰火箭(BFR)方案,最终逐渐演化成超重-星舰运输系统。
超重-星舰运输系统由星舰轨道飞行器级和超重火箭级构成,采用不锈钢箭体,并由自主研制的猛禽(Raptor)发动机提供动力,轨道飞行器级和火箭级都将返回地面,完全可重复使用。超重火箭级可在发射数分钟后回收,并具备在1小时内再次发射的条件。星舰轨道飞行器级可通过轨道加注(主要是加氧)实现到达火星的目标。再入大气层热防护用的隔热罩耐用且成本低,可重复使用。
随着研制过程的推进,星舰轨道飞行器级和超重火箭级的尺寸及性能参数一直在变化。星舰轨道飞行器级高度50米,直径9米,推进剂装载量1200吨,推力1500吨,有效载荷能力约为100~150吨,取决于轨道高度。星舰轨道飞行器级安装6台猛禽发动机,未来可能会增加至9台,其中3台设计用于地面反推着陆,6台用于真空。超重火箭级高度69米,直径9米,推进剂装载量3400吨,未来可能增加到3600~3800吨,推力7590吨。最初的超重火箭级有29台猛禽发动机,未来将配备33台。超重-星舰运输系统两级都由自主研发的猛禽发动机提供动力,该发动机采用全流量分级燃烧循环、液氧甲烷推进剂以及双泵双预燃室。富燃预燃室驱动燃料泵,富氧预燃室驱动液氧泵,并研发SX500系列合金以承受富氧预燃室的高温燃气。该发动机具有推力大、比冲高、寿命长、可复用性强等特点。外形材料采用了类似于304L的不锈钢,在低温下具有更强的延展性和韧性,在重返大气层时的高温状态下,具有表现更好的可用强度和质量比。该系统为完全可重复使用运载器,其中星舰飞船级采用了新的回收方案,以60°倾斜的姿态以及25倍声速的超高速度“躺着”进入大气层,最大限度地利用了空气制动。
2020年1月,马斯克在说起火星拓殖野望时,第一次提到千艘星舰这一想法,以达到每年亿吨级载荷入轨能力。
2021年8月6日,星舰首次实现了合体,2022年2月9日、3月18日、10月12日,星舰分别进行了三次合体,先是利勃海尔超级起重机吊着星舰进行堆叠,现在已经完全由“筷子”捕捉机械臂来担当大任了,在起起落落间,技术已经十分娴熟。2022年8月9日,星舰SN24完成首次静态点火测试,测试了2台猛禽发动机的静态点火。2022年9月8日,星舰SN24完成第2次静态点火测试,成功完成6台猛禽发动机的静态点火,点火时长8秒,最大推力达1380吨,具备进行飞行测试的基础。2022年10月12日,星舰SN24与助推器B7首次完成合体,完成首次组合体总装测试。2023年1月9日,星舰SN24与助推器B7再次完成合体,并进行了推进剂加注测试,着手进行发射前的最终检测。2023年4月20日,星舰SN24首次发射。火箭成功起飞,但3分钟后,当火箭上升到36千米高度时,发生失控爆炸,未能进入轨道。
抢占商业航天发射市场。美国SpaceX公司猎鹰9号火箭在投入运营后,其年发射次数逐步攀升,已经从2021年的31次升至2022年的61次,基本占据了商业航天发射市场。一旦星舰运载项目投入使用,其航天运载成本将继续降低,进一步强化其在世界商业航天发射市场主体地位。而主要依靠政府投资的国家若无法获得商业航天发射订单,则一方面会造成航天发射总数不足,不能实现规模化、批量化生产来达到降低成本的目的,另一方面会造成研发投入资金不能通过市场运营的回哺,使航天可持续发展的难度加大。
增强美军全球投送能力。星舰项目虽然由美国SpaceX私营公司研制开发,但是该公司的项目一直受到美国军方关注。该公司研制的猎鹰9号火箭已经通过军方认证,打破了长期以来由“统一发射联盟”公司垄断军事航天发射的局面,使美军天基力量布设进入太空的成本减少一半。而此次星舰运载项目研制一旦取得成功,结合其可重复使用的特点,将形成低成本、大运力、高频次的运载能力,有望用作地球点对点运输工具,为美军提供一小时内经太空投送百吨级物资的后勤补给新手段。
削弱竞争对手航天领域影响力。美国自2001年哥伦比亚航天飞机失事后,载人航天事业发展陷入低谷。美国载人航天发展目标,随着政府两党政治的斗争,在“重返月球”和“登陆火星”之间摇摆不定。然而,美国家航空航天局(NASA)一直为星舰运载项目提供资金与技术的扶持,将其视为“阿尔忒弥斯”计划的运载工具。一旦美国率先实现重返月球,将使大国竞争对手实现载人登月的轰动效应显著减弱。增加对竞争对手太空安全的威胁。马斯克的星舰一旦成功,美国开发利用太空的时代就真的到来了。星舰一次性发射300颗星链卫星,也可以一次性发射300颗微型低轨军事侦察卫星、几十个中轨道/高轨道大型军事遥感卫星,特别是星舰的量产化趋势让这些卫星的发射和补充速度非常快,猎鹰9号在重复使用模式下,LEO载荷发射能力为18.5吨,而星舰则能达到100吨,可以实现一箭射300星的壮举,马斯克豪言的2027年即完成42000颗星链部署并非不可能。星链计划一旦成功,美军以后作战时,再也不用出动额外的通信支援飞机、中继飞机就可以实现全球联合一体化作战。位于美国本土的指挥部可以无缝指挥太平洋前沿的有人-无人三军作战力量联合作战,其战力提升可谓是革命性的。一旦美国将太空站军事基地化,变成太空作战卫星,那现有的所有防空反导系统都不可能对这么快的武器做出反应,其他国家现有防线将会难以抵御,美国对竞争对手国防将造成极为严重的威胁。太空军事化一旦成真,战略纵深将不再存在。
持续加强对美星舰跟踪监视。星舰项目的产生,是瞄准美国“重返月球”计划实施而推出的,由NASA的“商业现货采购”(COTs)计划予以扶持,并与NASA正在研发的重返月球运载工具——航天发射系统(SLS)形成竞争关系。如果研制成功,是否能被美国政府列入采购还有待继续关注。
深入分析星舰新技术新理念。美国SpaceX公司在航天领域不断推陈出新,主要是研发上采取了一系列新技术与新理念,如在运载火箭发射中引入可重复概念。此次星舰项目研发也采取了诸多新技术。例如,使用多台发动机并联,其优点在于利用批量化且单台故障不会造成整体失效,但也存在缺陷,致使控制系统设计复杂,结构刚性降低。又如采用不锈钢箭体机构,虽然和铝合金材料相比单位质量增加,但是由于防热性能更好,减少了防热材料质量,整体上看降低了成本。应借鉴其用于创新的发展理念,加紧星舰这种可重复使用火箭推进器的研发和建造力度,促进航天力量又好又快发展。
优化完善太空作战理论体系。推进技术战术结合,加快作战理论创新是反制作战、夺取制天优势的重要环节。应在研究技术运用的同时加强对战术运用的研究,在基于网络信息体系的一体化联合作战框架内,加强太空攻防战法研究,紧盯美星舰突出特征,探索出适合新型武器装备作战运用的战法理论,最大限度发挥武器装备的体系作战效能。加快推进载人登月实施进程。载人登月具有成为划时代工程的潜力。为此,应密切美国“重返月球”计划进展,合理评估其研制进度,科学制订载人登月计划,争取抢在美国之前成为新世纪首个实施载人登月的国家,使工程实现的影响与意义更为深远。
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