美国航天动力格局变化剖析-从AR-1发动机落选“火神”一级主动力竞标引起的思考

Original 巴斯滕理念世界的影子 2021-06-23

公众号：理念世界的影子

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作为美国航天动力界曾经无人企及的绝对领先企业-航空喷气动力-洛克达因公司，正在面临私营商业航天公司的冲击，经历着市场份额逐渐萎缩、竞争能力持续下降的尴尬局面，美国航天的动力格局正在发生悄然的变化，本文尝试通过对洛克达因公司的兴衰历史进行梳理回顾，以期找到其中的个中原因。

本文作者：巴斯滕。

一、引子

2018年9月27日，美国联合发射联盟（ULA）官方宣布了业界期待已久的一项决定，表示已选定由蓝色起源公司（Blue Origin，后文简称蓝源）来为其下一代“火神”火箭（Vulcan）一子级提供主发动机。该公司称，预计在2020年年中首飞的“火神”火箭第一级上采用两台蓝源BE-4液氧甲烷发动机。公司总裁兼CEO布鲁诺在一项声明中说：“我们对与蓝源公司结成这项伙伴关系感到高兴，期待着我们下一代火箭的成功首飞。”[1]

缘于美俄在克里米亚半岛问题上的冲突，使得双方在前期良好的航天合作中出现裂痕。2014年初，ULA发布了关于替换宇宙神5火箭俄制RD-180发动机的征求意见书，目标是确保安全发射美国军用卫星和间谍卫星，并巩固ULA在该市场上的领袖地位。ULA与多家公司签署了替代RD-180的方案研究合同，论证开发新火箭发动机的可能性。其中，美国最大的液体发动机制造商航空喷气动力-洛克达因公司（Aerojet Rocketdyne）推出了液氧煤油发动机AR-1，推力为2220kN；蓝源公司推出了液氧/甲烷发动机BE-4，推力为2446kN。基于上述发动机，ULA开展了新型中大型运载火箭的构型论证工作，并在2015年4月13日的美国第31届航天年会上，由总裁布鲁诺正式宣布下一代火箭正式命名为“火神”。火箭通过捆绑不同数量的固体助推器，实现不同运载能力需求的覆盖。

图1 宇宙神5的发动机替代方案

虽然ULA此前一直然闭口不谈“火神”基础级的主动力具体将在何时选定，使得“火神”火箭虽然经过了一段时间的方案论证，但始终未最终确定其芯级的直径，由于液化甲烷与煤油的密度相差较大，在维持一个较为合理的火箭长细比要求下，如果采用液氧甲烷推进剂的BE-4发动机，则火神火箭芯一级直径将达到5.1m，若采用液氧煤油的AR-1发动机，则火神火箭可以沿用宇宙神5火箭一子级的3.8m箭体直径。[2]

考虑到ULA在四年前即已开始与蓝源公司开始合作研发BE-4发动机，并在多个场合表示BE-4的研制领先AR-1大约2年，因此业内普遍认为BE-4在“火神”主发动机选型方面处于领跑地位。蓝源去年10月对BE-4进行了首次热试车，随后逐步加快了试车步伐。公司CEO史密斯9月11日在巴黎世界卫星业务周的一场分组会上表示，已对该发动机进行了几百秒的点火试车，BE-4在试车中“表现得相当好”。

图2 BE-4发动机及前期试车情况

航空喷气动力-洛克达因公司官员近来一直在淡化AR-1在这场比拼中最终胜负的重要性，尤其是在其同美国空军就一项协议进行了重新谈判、从而将放慢AR-1研制工作之后。该公司现在称，AR-1可作为未来一些中型运载火箭的主发动机，尽管它尚未明确这是指哪些火箭。公司发言人沃伦9月24日称：“采用单台AR-1作动力的中型火箭非常适于成为我国一款新的主力火箭。”他说：“AR-1是许多潜在解决方案的理想发动机，可为多种火箭带来恰当的推力水平、尺寸和性能。”然而根据航空喷气动力-洛克达因公司2018年6月30日公布的财报显示，他们在2018年第一季度没有在AR-1发动机项目花过公司的一分钱，且在接下来公司也将停止为该项目做进一步的投入，毫无疑问，这基本已经暗示了AR-1目前尚无任何潜在客户的尴尬局面[3]。

根据了解，起初2016年航空喷气动力-洛克达因公司获得了空军高达8.04亿美元的研发项目合同，其中美国空军分摊三分之二的费用，余下的大部分费用由公司自己承担，额外获得ULA的一点资助。但到了2018年6月，航空喷气动力-洛克达因公司与空军修改了项目合同，将合同金额缩水一半多至3.538亿美元。不难看出，不管是美国空军还是公司本身对于AR-1发动机的热情都在逐步降低。

作为美国航天动力界曾经无人企及的绝对领先企业-航空喷气动力-洛克达因公司，正在面临私营商业航天公司的冲击，经历着市场份额逐渐萎缩、竞争能力持续下降的尴尬局面，美国航天的动力格局正在发生悄然的变化，本文尝试通过对洛克达因公司的兴衰历史进行梳理回顾，以期找到其中的个中原因。

二、洛克达因的前世今生

1、代表作

无论是阿波罗登月计划中的重要运输工具-土星五号重型火箭的一级、二级和三级主动力系统还是美国主流火箭德尔塔系列、宇宙神系列采用的基础级主动力系统，抑或是美国80年代航天产业的最高光产品航天飞机的SSME可重复使用发动机，均出自洛克达因公司之手。毫不夸张的说，洛克达因公司研制的发动机几乎代表着过去美国航天大推力液体动力技术的顶尖水平，在介绍洛克达因公司历史之前，通过简单介绍该公司发动机家族中最为耀眼的明星，带出那段辉煌的历史。

1.1、F-1发动机

作为支撑阿波罗登月计划的基础级发动机，F-1发动机至今仍然是世界上推力最大的单燃烧室火箭发动机。其采用液氧-煤油推进剂，燃气发生器循环方式，海平面推达力到6770kN，其瞬时功率达到了惊人的六万马力，是当时胡佛水坝装机容量的17倍[4]！由于采用简单的燃气发生器循环方式，海平面比冲并不高，仅为263s，推重比约为94.1，喷管直径3.76米，5台F-1发动机安装于土星五号运载火箭的一子级，其于1959年1月开始研制，共被NASA采购了98台，然而F-1发动机的使命也随着阿波罗计划的中止而停止，虽然在后续的火箭构型设计中，曾有不断的呼声要求将F-1发动机进行改进完善重新使用，乃至在NASA最新的航天发射系统（Space Launch System，后续简称SLS）重型火箭的先进助推器项目中仍然为改进型F-1B发动机留有一席之地，但至今尚未有更新的样品用于地面试验或飞行试验中的报道。

图3 F-1发动机

1.2、J-2发动机

J-2发动机作为土星五号及土星IB火箭上面级的主发动机，其采用了液氢液氧推进剂，燃气发生器循环方式，真空推力达到1033.1kN，真空比冲为421s，在土星五号的二子级安装有5台J-2发动机，在其三子级和土星IB的二子级中安装有1台J-2发动机，且具备二次启动的能力。J-2发动机在美国航天飞机主动力系统SSME（Space Shuttle Main Engine，实际为3台RS-25发动机）研发出来之前，是美国推力最大的氢氧发动机，2007年NASA授予了洛克达因公司12亿美元，用于研发改进的J-2X发动机，其真空推力提升至1307kN,真空比冲达到448s，仍然采用燃气发生器循环，将用于当初星座计划的战神I和战神V火箭[5]，在星座计划下马以后，J-2X发动机未来还可能用于后续SLS火箭的更高版本。

图4 J-2（左）与J-2X（右）发动机

1.3、RS-27发动机

RS-27发动机是洛克达因公司于1974年在土星IB火箭一子级主动力H-1发动机基础上改进研发而来，采用液氧-煤油推进剂和燃气发生器循环方式，用以替代德尔塔系列的MB-3发动机，海平面推力为971kN，海平面比冲为264s，RS-27发动机及其改进型RS-27A发动机广泛用于德尔塔2000、3000、5000和后续的德尔塔II火箭上（就是2018年9月15日刚刚举行最后一射而退役的德尔塔II火箭），服役时间超过了40年，堪称发动机家族中的常青树，但是随着德尔塔II火箭的退役，RS-27发动机只能成为同行茶余饭后的谈资，无法再为新型火箭提供他那澎湃的动力[6]。

图5 RS-27发动机

1.4、SSME

SSME是洛克达因公司为NASA的航天飞机计划研发的重复使用低温氢氧发动机，真空推力达到2090kN，由于采用分级燃烧的闭式循环方式，使得真空比冲达到了惊人的452.3s，具有67%~109%的推力调节能力。如果说F-1发动机是洛克达因公司在阿波罗登月计划中的代表之作的话，那么SSME则是洛克达因公司在航天飞机时代，为世界运载火箭研制领域贡献的发动机的巅峰之作。若追根溯源，其源于当初阿波罗计划后期用于替换二子级主动力J-2发动机的HG-3发动机，由于阿波罗计划的中止而搁浅，但由于航天飞机计划而得到重生。在航天飞机的轨道器上采用了3台RS-25发动机，从外挂贮箱中获取低温氢氧推进剂，每次飞行完成后，将其从轨道器上卸下并进行检查和重新试车和装配，实现重复使用。SSME以其高性能和重复使用的技术有力的支撑了航天飞机时代的轨道运输任务，但与此同时其高昂的使用维护价格也使得航天飞机寄希望于通过重复使用降低发射服务费用的梦想泡汤，还差点伴随航天飞机的退役后退出历史舞台，然而如此优良的发动机NASA也不能坐视其退役而不管不顾，在航天飞机退役之后的SLS重型运载火箭方案设计中，NASA为其寻求到一席之地，将其作为一子级的主动力，得以延续其辉煌的历史[7]。

图6 RS-25发动机和航天飞机

1.5、RS-68发动机

在吸取开发RS-25发动机取得的经验教训，洛克达因公司主要将开发下一代多功能发动机的精力集中在了如何降低成本上，于是基于RS-25发动机进行成本控制和构造简化改进的RS-68发动机应运而生，海平面推力达到了2918kN，海平面比冲为357.3s，相比于SSME，循环方式改为更为简单可靠的燃气发生器循环方式，采用烧蚀喷管，减少了80%的部件和92%的手工工作量，加之供货商集中在较小的范围内，因而获得了SSME1/14的重复性成本[8]。搭配麦道公司（后被波音公司收购，并最终与洛克希德马丁公司合并成立ULA）的德尔塔4系列火箭，使得成功获得美国空军的渐进一次性运载器计划（EELV）研发合同，成为日后美国国防及重要载荷发射任务的主力火箭。

2、公司发展简史

作为美国航天液体大推力发动机的主要承包商的洛克达因公司，经历了多次合并重组。

洛克达因公司目前隶属于航空喷气动力-洛克达因公司，为航空喷气动力-洛克达因控股公司（Aerojet Rocketdyne Holding Inc.）旗下的公司[9]。其母公司成立于1915年，曾用名为通用轮胎与橡胶公司（General Tire and Rubber Company），1984年更名为真康普公司（GenCorp）[10]。2015年在合并普惠-洛克达因公司（PWR）[11]两年以后，改名为航空喷气动力-洛克达因控股公司。应该说，目前公司主要由三个航天动力主承包商构成，分别为航空喷气动力公司（Aerojet）、普惠空间推进部门（Pratt & Whitney Space Propulsion）和洛克达因公司，追溯三家公司的历史发展脉络会发现，其基本代表了美国航天主流液体动力承包商的发展历史（具体可见图7 ）。当然，固体动力还包括轨道-阿连特公司（Orbital ATK Inc，2018年被诺格公司收购，更名为Northrop Grumman Innovation Systems）等。

洛克达因公司的发展可以看作美国航天动力格局变化的一个缩影：二战结束以后，北美航空（North American Aviation）就成立了洛克达因公司来研究V2导弹，并试图改造发动机。自1955年由北美航空从公司中独立出来以后，洛克达因公司研制的MA-2系列发动机即开始用于宇宙神系列火箭的前期构型，服务于水星计划，实施了美国的首次载人飞行任务和后续多次任务；到了上世纪60年代，洛克达因公司的F-1和J-2发动机作为土星五号火箭的主动力，有力支撑了阿波罗计划的实施，使美国在航天竞赛中战胜了前期领先的苏联，使得洛克达因公司的动力技术走上了世界顶峰；随后的航天飞机计划，又让洛克达因公司具备可重复使用、性能和可靠性逆天的SSME发动机再次赚足所有航天爱好者的眼球，洛克达因公司的发动机俨然成为了航天动力顶级技术的代名词[12]。

图7 美国航空喷气动力-洛克达因公司演变图

然而，随着时间的推移，美国在航天飞机时代后期逐步意识到这种重复使用模式并不能有效的节省发射费用，如果全部仰仗航天飞机完成所有载荷的发射任务，则发射费用及进入空间的多样性均陷入困境。

时间来到1994年，洛克希德马丁公司在接收通用动力（General Dynamics）公司的宇宙神系列火箭以后，为了获得美国空军EELV计划的竞标合同，在基础级动力方案中放弃了之前一直合作的洛克达因公司的MA-5系列液氧煤油发动机，而是转而与俄罗斯合作开发性价比更高的RD-180发动机，这是一代神机RD-170发动机的后续改进型号[13]，此时参与合作的美方发动机承制方是后来收购洛克达因公司的普惠公司）。由于德尔塔系列火箭主承包商-麦道公司被波音公司收购，自然作为波音公司子公司的洛克达因公司通过研制比航天飞机SSME更具性价比的RS-68氢氧发动机，成为了德尔塔4系列火箭基础级发动机的承包商。此时的美国主力火箭的基础级动力被两家瓜分，宇宙神3、宇宙神5系列火箭基础级采用俄制RD-180发动机，德尔塔2、德尔塔4系列火箭基础级采用洛克达因公司的RS-27和RS-68发动机[14]。随着2006年波音公司与洛克希德马丁公司将火箭发射服务部门合并成立联合发射联盟以后，宇宙神5系列火箭凭借更加出色的性价比，使得ULA在接受空军发射合同时，往往优先选择采用宇宙神5系列火箭，德尔塔2和德尔塔4系列火箭的年发射次数逐年减小，洛克达因公司的发动机供货量也是逐年萎缩。

时间进入2010年，在NASA的大力扶持下，SpaceX公司的猎鹰9火箭首飞成功，加入到世界航天发射家庭中，SpaceX公司通过扁平化的研制模式和大量创新技术的应用，大幅降低发射服务费用，不仅搅得世界商业航天发射市场昏天黑地，更是进入了ULA曾经认为是自家后花园的美国空军及政府重要载荷发射市场，使得ULA不得不重新审视自身运载火箭的研制模式和供应商体系[15][16]。在提出“火神”火箭全面替代前期EELV计划下的德尔塔4和宇宙神5系列火箭的时候，更加强调“垂直整合”理念[2]，对以往的分包商进行了再次清理，此时作为已经合并形成美国传统航天动力巨无霸的航空喷气动力-洛克达因公司成为了眼中钉，肉中刺，先是将前期德尔塔4系列火箭固体助推动力良好的合作关系中止，将“火神”火箭固体助推器统一更换成了与宇宙神5系列火箭合作的固体助推器承包商-轨道ATK公司，再将基础级主动力大单给了私营航天企业蓝源公司的BE-4，航空喷气动力-洛克达因公司在“火神”火箭中仅剩下二级主动力RL-10系列（此发动机为该公司旗下的普惠空间动力部门研制，前面已有描述，跟洛克达因公司没有半毛钱关系）。我们吃惊的发现，洛克达因公司可能在不久的未来，在运载火箭主动力供应上，仅剩下NASA的“亲儿子”-SLS的基础级主动力及未来可能的后续构型二子级主动力供应，而SLS年发射量最多估计也就2发，年供应量不足10台（前期的16台基础级发动机为航天飞机时代SSME的改装产品，据说是将重复使用的RS-25改造成一次性使用的RS-25，简化设计，缩短制造时间和降低成本，引入简化设计、3D打印技术、现代流线型制造，狠敲了NASA一笔-11.6亿美元[17]），洛克达因公司的日子可谓举步维艰。

图8 SLS首飞任务确定的RS-25发动机情况

与此同时，在商业航天发射市场，除了蓝源公司BE-4发动机和俄制的RD-180、RD-191等诸多对手以外，SpaceX公司正在研制的猛禽发动机（Raptor），采用全流量分级补燃循环模式和液氧甲烷推进剂，海平面推力1993kN，不仅将成为未来星际探测重型火箭BFR的主动力，也将是未来中型运载火箭基础级动力的有力竞争者，使得洛克达因公司未来的前景更加雪上加霜。美国航天动力，准确说美国航天的基础级动力的格局已然被打破，昔日王者洛克达因已被拉下马来，更有可能跌入深渊，让人唏嘘不已。让我们分析一下是什么原因将昔日的动力霸主拉下神坛。

三、一点思考

1、大而全还是小而专是个问题

洛克达因公司可以说就是美国运载火箭大推力液体动力的集大成者，发动机推进剂种类涉及液氧煤油（F1、RS-27、MA-5系列、MB-3系列）和液氢液氧（J-2、RS-25、RS-68）的主流动力选择，基本包办了美国上世纪60年代以来的中大型运载火箭的基础级发动机，包括宇宙神系列的MA-3/5系列，德尔塔的MB-3、RS-27系列发动机，土星五号的F-1发动机，同时还承担了土星IB和土星五号的上面级J-2发动机。在上世纪60年代的巅峰时期，洛克达因公司的职员达到了65000人，几乎对美国主流发射市场的动力供给形成了垄断。然而，垄断的市场容易滋生不思进取，发动机的摊子铺得太大，带来的便是无法形成合力，造成自身产品线过长，企业人员臃肿，难免会患上“大企业病”，“等、靠、要”的思想慢慢开始蔓延，使得公司一门心思将产品研发思路紧跟自己的客户-美国空军和NASA的重大工程计划，心想只要抱住这两颗摇钱树，自然少不了自己吃的。发动机研制和产品费用居高不小，研制进度开始出现不断延迟。最终使得他的客户们开始对其产生不满，并借机通过引入各种竞争，尝试更多元化的发展，洛克达因昔日的明星发动机产品们大部分由于其不高的性价比，逐渐失去了原有的市场，并一步一步走向衰落。

相比之下，目前同属航空喷气动力-洛克达因公司旗下的普惠空间动力部门的发展思路则不同，从诞生之日起，作为航空发动机研发巨头普惠公司的一个子公司，其拳头产品只有一个，即著名的RL-10系列氢氧发动机。普惠公司在上世纪50年代成功设计制造了首台液氢驱动的涡喷发动机304，同时解决了液氢制造、贮存和运输等配套问题，基于上述成就，NASA将半人马上面级发动机的研制合同交给了普惠公司。NASA在最初即对此种高性能上面级寄予厚望，打算用其执行广泛的地球高轨、月球勘察和行星研究等任务（下图为半人马座长达半个世纪的演变历程）。

图9 半人马座的衍化路线

普惠公司自然也明白这型发动机未来可预期的长久生命力，在公司规模有限的前提下，持续不断地投入人力物力对此型发动机进行改进，以适应不同任务的需求，其性能和可靠性也在持续提升，从1962年首飞以来，通过不断改进，衍生出RL-10A、RL-10B和RL-10C三个系列多达15余种发动机[18]，其采用膨胀循环，真空比冲从422s提升至465.5s（延伸喷管状态），服务的火箭则比洛克达因的基础级主动力还要广，涵盖了昔日美国主流发射市场的宇宙神、大力神和德尔塔三个系列，以及土星1、航天飞机等多个NASA重大工程项目。

图10 RL-10A/B/C系列发动机

时至今日，RL-10发动机凭借其优异的性能和多年的研发经验，使得其在SLS的先进上面级、火神的ACES上面级的主动力竞标中仍将大概率胜出，能够继续改进并持续服役下去。要知道，一台RL-10发动机大约需要3600万美元，此配套费用并不比多台基础级发动机便宜，然而作为上面级发动机，其性能的高低对火箭整体性能有着至关重要的作用，使得其一直以来都是主力火箭研制商的宠儿，以最小的规模支撑着一项拳头产品的持续发展，保持了旺盛的生命力，需要为普惠公司的战略眼光点个赞！

2、一次基础级主动力的错误押宝

火箭发动机的研发需要攻克多项关键技术，需要进行大量地面试验验证技术方案可行性，长时间的地面试车暴露薄弱环节进行改进，确保其高可靠性。因此发动机的研制是一个长期而持续的工作。因此，发动机的主要发展路线的选择尤其关键，不容得反复，而一旦出现路线的错误，其可能就意味着大量研制经费和周期的浪费，从而使整个团队陷入被动。因此，发动机主要路线的选择变成了一个颇具战略眼光的决策，需要慎重对待。

洛克达因公司在上世纪60年代达到巅峰时，拥有了多种推进剂和多个类型的发动机研发经验，但其主营方向仍为基础级大推力发动机，此种动力的选择包括了固体装药、常规推进剂、液氧烃类和氢氧发动机。在阿波罗计划结束后，面对主流火箭的基础级主动力发展选择的十字路口，洛克达因公司选择了跟随NASA的步伐，由于其母公司北美航空成为了航天飞机的主承包商，洛克达因将公司大部分人力均投入了研发高性能、可重复使用的RS-25氢氧发动机上，与此同时只保留了一小部分人员持续改进MA-5和MB-3系列液氧-煤油发动机，更是基本中止了F-1发动机的改进，此次路线选择对公司造成的被动局面直到多年以后才得以显现。

我们需要借助人类航天之父-乔尔科夫斯基提出的理想火箭方程[19]：

式中V是速度增量，Isp是发动机比冲，M0是运载火箭初始质量，M1是消耗推进剂后运载火箭剩余的质量，也称为停火点质量。运载火箭本质是将有效载荷加速到所需的速度，采用氢氧推进剂发动机比冲大于液氧-烃类发动机，而液氧-烃类发动机比冲大于常规推进剂发动机和固体发动机。

从公式中显然看出，速度增量不只与发动机比冲有关，还与飞行前后的质量比有关。推进剂密度越低，火箭装载相同质量推进剂的结构质量也将越大，使得飞行后的停火质量越大，造成M0/M1的比值变小，从而影响最终的速度增量。因此速度增量内隐含了推进剂密度，单纯采用推进剂比冲作为火箭性能指标标志并不完全。

我们可采用综合密度比冲这一概念对发动机性能进行比较，可以得到以下结论：考虑比冲和结构效率综合因素，在平均设计水平下，可以达到的速度增量为氢氧>液氧煤油>常规>固体。即使液体贮箱结构实现水平不高，能达到的速度增量均大于固体推进剂。因此，如果为了达到高的末速度，在不考虑经济性等因素，采用氢氧作为推进剂是最好的选择[20]。

洛克达因公司似乎是选对了方向，应该是蓬勃发展才对，怎么会落得如此下场呢？大家应该发现，前面特意提到了是在不考虑经济因素后得到的结论，这也是当初NASA在发展航天飞机时可能向洛克达因传达的精神，高性能、可重复使用的运载器将是未来人类进入太空的主要途径，通过重复使用，降低进入太空的成本和门槛，带来人类航天的更大繁荣，激发更多的市场活力，实现航天的飞跃式发展！然而，NASA描绘的蓝图并没有实现，航天飞机过于高昂的维修费用（由于闭式循环氢氧发动机的复杂性，1台RS-25发动机的维修检测费用高达1400万美元）持续推高单次发射费用，从单次理想的5400万美元增加至4亿5千万美元，违背了当年的初衷，而挑战者号和哥伦比亚号两次任务的失利对公众造成的影响，掩盖了其本身的高可靠特性。2011年，当亚特兰蒂斯号完成第135次飞行任务之后，长达30年的航天飞机时代从此告别，取而代之的则是商业航天市场的不断蓬勃发展。作为美国航天的领导者，NASA在上世纪末已经察觉到航天发展的方向需要改变，不能只通过国家的持续投入来支撑，这样只会圈养一群“等、靠、要”的垄断企业（诸如ULA，洛克达因之类）。需要通过更大量的商业航天来刺激整个航天发射领域，在此背景下，经济性就变得尤为重要了[21]。

众所周知，常规肼类推进剂由于其剧毒性，已经被液氧烃类和氢氧发动机逐步替代。而氢氧发动机与液氧烃类发动机相比，虽然比冲略高，但对于基础级动力来说，速度增量不再是，而是，其中m为上面级结构质量。由于，所以此系数降低了基础级发动机比冲的贡献。也就是说，基础级比冲的增加，对总体性能（速度增量能达到的绝对值）的影响不如上面级。

此外，基础级动力随着火箭起飞规模的增加，必须增大推力以克服地球重力的影响。由于液氢密度过低且温度极低，因此在发动机保证一定尺寸和规模的约束下，其推力很难做到很大，诸如航天飞机的主动力SSME的单台RS-25发动机海平面推力达到1690kN已经属于较大，而采用分级燃烧闭式循环模式使得其成本居高不下，重复使用时的地面维修和检测也需要耗费大量的人力物力。此时的洛克达因也看到了RS-25发动机的劣势，在德尔塔4基础级主动力选择时，主动提出将RS-25替换为开式循环的RS-68发动机，进行成本控制和构造简化改进，推力也得到了提升。然而与采用俄制发动机RD-180的宇宙神5相比，发射费用仍然较高，虽同属于EELV阵营，但德尔塔4系列火箭的发射频率远不如宇宙神5系列火箭来得频繁，而在SpaceX等私营商业航天公司闯进发射市场搅局之后，一切变得似乎不可逆转了。

SpaceX公司的猎鹰9系列火箭的Merlin系列发动机，通过采用燃气发生器循环模式、针栓式喷注器等措施进一步简化发动机系统复杂性，持续提升发动机的推力和推质比，再利用较高的总体和结构研制能力不断提升箭体的结构效率，弥补了开式液氧-煤油发动机比冲较低的弱势，并利用发动机具备的多次启动及大范围节流能力，实现了9台小推力发动机并联使用和一级箭体垂直起降和重复使用，使得猎鹰9系列火箭成为了美国主流发射市场的香馍馍，打得ULA喘不过气来。

图11 Merlin发动机与猎鹰9火箭

与此同时，多家私营商业航天公司均将重复使用性能优异、射前使用维护简便、比冲比液氧煤油略高、在火星探测等中可以利用原位制取的液氧-甲烷发动机作为后续主力动力的发展思路，例如SpaceX的猛禽发动机、蓝色起源公司的BE-4发动机，推力均在200吨级，并采用分级燃烧的闭式循环模式，与开式循环氢氧发动机相比更具性价比，使得洛克达因的老主顾-ULA在后续构型的主动力选择中均将票投给了前者，而洛克达因此时才如梦方醒，慌忙之中拿出来的AR-1液氧煤油发动机方案，对标俄制RD-180发动机，虽说性价比很高，但由于其并不掌握液氧煤油闭式循环发动机研发经历，再加上少之又少的研发费用，因此其开发进度始终不能获得美国空军以及ULA的认可，最终导致了其落选主动力竞标。其实，原本可以在当初基础级主动力发展路线选择中，考虑将F-1发动机和MA-5或MB-3系列液氧煤油发动机进行持续改进，或将后续研发的RS-27发动机主动推入商业航天市场，利用其低廉的价格和较高的可靠性，助力其他私营航天公司对抗SpaceX，也能搅动发射市场，为自己博得一席之地。

此种路线选择对于航空航天这种高科技领域显得尤为重要，诸如美国航天战斗机在上世纪60年代至90年代的转变也是如此，洛克希德马丁公司前期致力于梯形翼的战斗机外形，在“轻型战斗机”计划（LWF）中落败于通用动力和麦道公司利用气动研究优势提出的翼身融合体、低翼载等飞机方案，能量机动成为了当时的主导设计思想，从而失去了研发F-16、F-18战斗机的机会，并在此后30年的时间里基本与美国战斗机研发无缘，然而历史的车轮总在发展，时间来到上世纪90年代，洛克希德马丁公司利用“臭鼬工厂”[22]积累的隐身和高超能力再次成为战斗机研发的趋势，并在“先进战术战斗机”（ATF）计划和“联合打击战斗机”（JSF）计划中利用YF-22和X-35战斗机方案先后击败诺斯罗普的YF-23和波音公司的X-32战斗机方案，再次成为未来美国战斗机世界的霸主。

回到发动机发展路线的选择上，洛克达因公司真可谓“一步错，步步错”，公司的战略规划部门真的应该好好检讨一下了。

时代在发展，没有哪一种科技路线会成为永远的霸主，作为战略规划部门，敏锐的感知未来本领域技术发展趋势成为了理所当然的重要职责，但对于一个综合实力超强的超级大国而言，也许不同的科技发展路线，通过不同路径的试错和创新可能才是这个国家愿意看到的局面，这也是洛克达因如此落寞情况下，NASA仍然不放弃他，将其纳入SLS研发计划的原因吧。

3、频繁更迭的带头大哥丧失了决定自己命运的能力

从发展历史可以看出，洛克达因公司的发展史就是一个频繁更换母公司的血泪史，最初在北美航空中独立出来，在阿波罗时期达到发展的巅峰，而后重新被北美航空纳入旗下，并归入罗克韦尔公司，于1996年再次被转卖给波音公司，于2005年则被波音公司卖给了普惠，并最终于2013年，被普惠公司卖给了真康普，最终形成如今的航空喷气动力-洛克达因公司。如果说前期还是属于公司的优质资产在进行合并重组，而后则随着母公司事业发展重心的变化被不断抛售，最终也因为不同母公司的发展理念不同，错失了多个重要的发展机会，从而失去了自身的主动权。与之相反，不管是目前的航空喷气动力公司还是前期的普惠空间动力部门，其母公司都从成立之初保持了长时间的稳定，使得其能够协同母公司制定长远的战略目标，并能跟随航天发展趋势和方向的变化，及时调整战略，确保了自身产品始终具备良好的市场竞争力。

四、结束语

洛克达因的崛起与衰落让人唏嘘不已，美国航天动力格局已然改变。古语道：“予其惩而毖后患”，面对未来航天动力的发展选择，我们是不是也该好好思考一下呢？

参考文献

[1]. 航小宇.“火神”火箭主发动机确定，蓝源BE-4胜出.航小宇公众号.

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