德国 - 艾赫巴里通讯社
欧洲在太空领域开辟新路径：RLV C5作为星舰的战略性欧洲竞争者崭露头角
2023年夏天标志着太空飞行史上的一个重要时刻。SpaceX的星舰（Starship），一个高耸入云的巨型不锈钢飞行器，从德克萨斯海岸点燃了其33台发动机，进行了首次集成飞行测试。尽管飞行过程并非完美无瑕，但这次发射仍然是一项了不起的成就，展示了发射能力的巨大飞跃。2024年10月13日，在第五次飞行测试（Flight Test 5）中，其超重型助推器（Super Heavy booster）被发射塔巨大的机械臂在空中成功捕获并回收，这一壮举明确地预示着太空探索范式的根本性转变。星舰的宏伟设计旨在以完全可重复使用的配置将超过100公吨的载荷送入近地轨道，如果这一目标得以实现，它将成为有史以来能力最强、成本效益最高的火箭。
这一开创性的发展为全球的航天机构和私营航空航天公司带来了新的现实。现在的问题不再是星舰是否代表着一场革命，而是全球航天界将如何应对和适应这个超级重型运载火箭的新时代。
另请阅读
在这一不断发展的格局中，德国航空航天中心（DLR）的研究人员发布了一份对星舰的严谨独立分析。DLR团队超越了SpaceX自身的声明，提取并仔细审查了星舰前四次集成飞行测试公开播出的遥测数据。通过细致地重建和验证详细的性能模型，他们提供了关于星舰能力的一个基于数据的、接地气的视角，揭示了一个可能比营销材料所暗示的更为令人印象深刻的图景。
DLR的分析证实，在其当前迭代版本中，完全可重复使用的星舰可以将大约59公吨的载荷送入近地轨道。这一载荷能力与SpaceX的猎鹰重型（Falcon Heavy）在不回收其助推器的情况下所能达到的能力相当。下一代星舰预计将配备更强大的Raptor 3发动机和更大的燃料箱，其可重复使用的载荷能力预计将达到约115吨，如果以一次性使用方式运行，则可能高达188吨——甚至超越了阿波罗时代传奇的土星五号（Saturn V）。
然而，DLR论文中最引人注目的贡献不仅仅是对星舰的分析，而是对欧洲替代方案——RLV C5——的详细设计。这一雄心勃勃的概念旨在将超过70吨的载荷送入轨道。它巧妙地将DLR长期运行的SpaceLiner项目开发的翼式可重复使用助推器阶段，与为最大化有效载荷而优化的不可重复使用上级阶段相结合。
关键的技术差异在于其推进系统。RLV C5使用液氢和液氧的组合，这比驱动星舰Raptor发动机的甲烷和氧气组合更为高效。此外，其回收系统与星舰的推进式着陆有显著不同。SpaceLiner助推器并非依靠可控的火箭喷气柱垂直下降，而是设计成像飞机一样利用其机翼在穿越大气层时滑翔返回。随后，它将由一架专门的亚音速飞机在空中捕获。虽然这种回收方法听起来近乎科幻，但DLR的研究人员认为它提供了明显的优势。最重要的是，助推器不需要为着陆燃烧预留额外的推进剂，这意味着其重量的更大比例可以用于到达轨道，从而提高了有效载荷效率。
质量对比十分明显：星舰在发射时的重量是RLV C5的三倍多。星舰重量的很大一部分专门用于实现完全可重复使用所需的一系列复杂系统，包括隔热瓦、着陆燃料储备、加固结构和气动表面。因此，星舰送入轨道的质量中，只有约40%是实际的有效载荷。相比之下，RLV C5凭借其更简洁、部分可重复使用的方案，实现了高达74%的有效载荷比例。虽然它可能缺乏星舰的巨大容量，但它通过卓越的效率进行了弥补。
DLR的研究人员谨慎地将RLV C5定位为一种战略选择，而非直接竞争对手，该选择旨在满足欧洲的需求。星舰的巨大容量和计划中的快速重复使用使其成为雄心勃勃的深空任务、月球基地、火星殖民计划以及部署大规模卫星星座的理想选择。而RLV C5则满足了另一个同样关键的需求：为欧洲提供超级重型运载火箭发射能力的主权独立通道，而无需承担从零开始开发完全可重复使用系统所需的天文数字般的投资。RLV C5可以利用现有或即将成熟的技术和正在研究中的组件，并可能在完全可重复使用的版本出现之前，作为更广泛的SpaceLiner计划中的一个中间步骤。
相关新闻
一个重要的警示，DLR团队坦诚地承认，笼罩在所有概念性发射系统之上：星舰已经投入飞行，尽管仍面临挑战。而RLV C5目前仅存在于纸面上。概念化与实际操作之间的差距是巨大的。星舰在穿越大气层时至关重要的热防护系统，在其第四次飞行测试中遭受了严重损坏，需要进行彻底的重新设计。完全且快速的可重复使用性——星舰经济可行性的基石——仍然是一个尚未最终解决的严峻工程挑战。
欧洲在这个领域起步明显较晚，但正如首席作者莫里茨·海伯霍尔德（Moritz Herberhold）和德国航空航天中心（DLR）的同事们所总结的那样，“RLV C5为欧洲独立开发部分可重复使用的超重型运载能力提供了一条有效的途径。” 在复杂且昂贵的太空探索领域，有时一条更明智、更可行的道路，比仅仅最快的道路具有更大的战略价值。
