大型火箭的前世、今生與未來

王善欽

2018年美國東部時間2月6日，美國太空探索技術公司開發的獵鷹重型火箭首飛成功，此后成功回收兩枚助推火箭，并飛向“地球——火星”軌道。獵鷹重型火箭可以將63.8噸物資送到近地軌道。它的成功首飛，使其成為當今世界最強大的火箭。一個私營公司開發的火箭能夠獲得如此重大的成就，自然引起了世界媒體的轟動。

但是，獵鷹重型并不是史上最強火箭，美國開發的土星五號火箭才是。土星五號火箭可以將140噸物資送入近地軌道。史上第二強火箭則是蘇聯的能源號火箭，可以將88噸物資送入近地軌道。

二戰之后，美、蘇進入全面對抗時期。其中，航天實力的競爭又是最核心的。在整個20世紀50年代，美國的航天都落后于蘇聯。蘇聯不僅首先將衛星發射上天，還首先將宇航員送入太空。這兩次落后深深刺激了美國政府和航天部門。1961年，美國政府宣布將進行“阿波羅計劃”，該計劃要在10年內將宇航員送上月球。為實現這個目標，美國將二戰期間為德國設計V2火箭的馮·布勞恩任命為火箭項目總負責人。馮·布勞恩先是完成了“木星”火箭，然后造出了“土星”系列火箭，其中以土星五號最為強大。

土星五號火箭在1973年執行完最后一次任務后，停止生產，生產線被拆除，從此成為神話一般的存在。

在美國宣布要執行登月計劃后，蘇聯也開始啟動登月計劃，為此開發了N1火箭，這款火箭如果發射成功，可以將94噸物資送入近地軌道。但是，因為資金短缺、技術不足，N1火箭連續四次發射都失敗了。因為從未成功發射，在盤點史上最強火箭的時候，N1火箭是不被考慮在內的。

排在土星五號之后的是蘇聯能源號火箭，它是被設計來發射航天飛機、空間站與重型衛星的，可將88噸物資送入近地軌道。1987年，能源號火箭進行第一次發射測試，沒有完全成功。1988年，它第二次發射，獲得成功，將暴風雪號航天飛機送入軌道。這也是它的最后一次發射，然后它就退役了。

在土星五號火箭和能源號火箭先后退役之后，一直到獵鷹重型火箭發射之前，排名第三、第四的分別是美國的德爾塔四號火箭和中國的長征五號火箭，它們可以分別將28噸與25噸物資送入近地軌道。63.8噸的近地軌道運力已經達到了此前史上第三、第四的兩倍以上，獵鷹重型火箭從而登上史上第三、現役第一的寶座。

土星五號退役之后，美國開發航天飛機，其主動力來自航天飛機自身的發動機，整個航天飛機捆綁著巨大的油箱而非火箭，再綁著兩個小的助推火箭。在美國的航天飛機全部退役之后，美國開始重新考慮用大型火箭發射飛船的方案。當前美國正在進行的是“空間發射系統”，這是航天飛機發動機的改進版。“空間發射系統”的直徑是84米，預計高度是98米（載人）與120米（不載人），可以將70噸（載人）或者130噸（不載人）的物資送入近地軌道。

除了美國之外，于2016年11月3日首次成功發射長征五號火箭的中國，作為大型火箭領域的新秀，也正在計劃制造更強大的火箭。相信未來幾十年，重型火箭與超重型火箭將陸續創造新紀錄。

這次獵鷹重型火箭的成功發射刺激了大型、重型火箭的研發。它被安排在肯尼迪航天中心的39號發射臺發射，而這正是當年土星五號火箭鑄造輝煌的發射位。