在SLS火箭的發動機定型上，為什麼美國要放棄世界上推力最大的RS-68氫氧火箭發動機？為什麼不選擇RD-180這樣的煤油-液氧發動機呢？
出品：太空伊卡洛斯
在火箭發動機的研發上，美俄是兩個有著強大技術積累的國家，俄羅斯的RD-180大家都很熟悉，一度被傳聞要進入中國，最終沒有實現。RD-180單臺推力可達到300多噸，在這個級別中，美國的RS-68發動機也能夠實現，只不過兩種發動機的燃料不同。RD-180是煤油-液氧發動機，而RS-68屬於世界上最大的氫-氧火箭發動機。在SLS火箭的發動機定型上，為什麼美國要放棄世界上推力最大的RS-68氫氧火箭發動機？為什麼不選擇RD-180這樣的煤油-液氧發動機呢？
圖注：從俄羅斯RD-180火箭發動機，屬於煤油-液氧發動機
圖注：RS-68屬於世界上最大的氫-氧火箭發動機
煤油-液氧發動機不合適
煤油-液氧發動機技術狀態過時，且不是未來主流。SpaceX和藍色起源都是使用液態甲烷作為發動機推進器的燃料，RS-25使用的是液態氫，RD-180則使用一種名為RP-1的煤油混合物，這些材料相似的一點就是，它們都需要液態氧的存在才能燃燒。氫作為世界上已知的密度最小的氣體，是一種可清潔燃料，並且它在燃燒時釋放的能量是最多的，還可以被重複的使用。RP-1密度較高、釋放的能量較少，但正因為它的高密度，所以它所需要的容器更小，在海平面時，它產生的推力比預計的要高。它的優勢在於低成本，以及不需要像氫一樣的過冷處理方式。
氫和RP-1各有優缺點，所以無法進行比較。需求不同，採用的推進劑也不同：火箭在進入軌道時最好的選擇是氫，在爬升軌道時最好的選擇則是RP-1。對於SLS火箭來說，最佳選擇為液態氫，而阿特拉斯火箭、獵鷹9號和土星五號則更適合RP-1。
圖注：胎死腹中的戰神系列火箭就是使用RS-68火箭發動機
我們可以從比衝lps的秒數中計算出火箭發動機的效率。使用RP-1作為推進劑的RD-180在海平面上為311 lps，而使用液態氫作為推進劑的RS-25能夠達到366 lps，這可以說明RS-25發動機的效率更高。而在液態氫和RP-1中還有一個選項，那就是甲烷。據數據顯示，甲烷的比衝比RP-1多了大概十秒鐘。甲烷和RP-1一樣都不需要過冷處理方式，但是相比較RP-1，甲烷也是一種清潔燃料，這對於可重複使用的發動機來說是更好的選擇。在接下來，藍色起源公司的BE-4以及SpaceX的猛禽號都將採用甲烷作為推進劑的材料，同時都採用了像RS-25的閉環設計從而提高發動機的性能。
圖注：RD-180使用煤油-液氧噴射出的火焰
多發並聯可能爆炸
《2010年美國宇航局授權法案》中，該法案明確地表示SLS火箭的製造需要建立在航天飛機衍生技術的基礎上，以及在製造過程中，需要使用到航天飛機計劃下留存的勞動力和裝備。這項法案以304票的贊成碾壓118票的反對，國會成功通過這項法案，並在奧巴馬時期簽署下成為正式法案。這項法案的通過限制了發動機的選擇，所以在2011年，SLS火箭發動機的最好選擇就是來自洛克達因公司的RS-68發動機，RS-68發動機還差點在SLS火箭的上一代：戰神五號火箭中得到使用。如果選擇RS-68發動機，那麼安全性不佳，RS-68發動機的噴嘴不適合在多發環境中使用，會導致引擎效率降低，並且引發衍生事故，比如爆炸。
圖注：Delta IV 重型火箭上使用3臺RS-68發動機，注意這是3枚同樣的第一級，噴嘴之間隔開距離
如果NASA重新研發火箭發動機，那麼成本和時間則無法控制，且受到法案的限制，以及法案規定美國宇航局要在2016年底將SLS投入運營，所以美國宇航局只能選擇RS-25作為SLS火箭的發動機。考慮到發動機的安全性以及可靠性，美國宇航局和洛克達因公司都放棄了這個想法，從而去使用安全性和可靠性較高的RS-25發動機。
圖注：單發RS-68發動機外加兩個小助推器，安全性才比較高
成本上的考量
雖然SLS和獵鷹9號是完全不一樣的火箭，但巧合的是，美國宇航局為RS-25發動機翻新支付了6000萬美元，而這價格與SpaceX公司在獵鷹9號身上投入的資金差不了多少，所以現在並沒有任何證據可以表明SLS火箭是現有火箭中成本最高的。洛克達因公司表示在接下來製造Rs-25發動機的過程中，通過現代科學技術的進步以及40年來的經驗，他們能夠將RS-25的製造成本降低33%。他們還提到通過增材製造（3D打印）的技術也能夠達到節約成本的效果，目前該公司正在研究如何將增材製造技術應用於火箭發動機。事實上，降低33%的成本還是有可能做到的，因為在火箭發動機的升級更新中，需要充分的考慮到所有新部件的可靠性，而在部件可靠性有了保障之下，並不會經常的對火箭發動機進行升級更新。在這種情況下，NASA就可以達到節約成本的目的。
圖注：RS-25發動機綜合性能最高
綜上，RS-25發動機是現在已知的發動機中綜合性能最高的，並且它的推力和可靠性也都是一流的存在。RS-25發動機的儲量也夠，在航天飛機時代飛行次數也不多，這一切都可以證明美國宇航局做了一個正確的決定。在SLS火箭進入運營後的這五年時間，美國宇航局將會在兩種火箭系統中實現載人，分別為搭載SpaceX的載人版龍飛船與獵鷹9號火箭，以及搭載波音CST-100載人飛船的阿特拉斯火箭。
根據SpaceX的說法，載人版龍飛船不久之後將發射進入軌道，重型獵鷹在載荷達到54噸，可運送更重的貨物進入軌道。雖然NASA研發出了SLS火箭，使得RS-25成為同類發動機中的最佳選擇，但這只是一箇中庸的法案。今年還會有兩臺RS-25發動機在斯坦尼斯中心接受檢測，而在明年，SLS火箭核心級將開始全面接受試驗和檢測。RS-25發動機無疑是最佳的選項。
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