诺格为何要砍掉欧米茄火箭项目？详析欧米茄的视频原文案

　　来源 哔哩哔哩弹幕网
　　原创 ASPT-航天科普小组
　　本文案为最终定稿的文案，内容没有任何删减和添加，但是为了视频的可观性和时长，消减了一部分，在此放出，可供大家参考。
　　OmegA重型运载火箭
　　各位观众大家好，这里是ASPT，我是旋火。
　　2021年可谓是名副其实的航天大年，新一代运载火箭一一登场。但在这其中，有一个运载火箭可谓不声不响，为军方＂量身定制＂，那便是OmegA重型运载火箭（美国标准）。
　　1.1 OmegA介绍
　　OmegA是固推大厂诺斯洛普 · 格鲁曼（原轨道ATK，后属Northrop Grumman Space Systems）开发的一种重型运载火箭。2015年，OmegA提上日程，开始了漫长的研发道路。
　　2016年1月，空军授予轨道ATK 通用助推段（Common Booster Segment, CBS)和GEM-63XL的研发合同。一同得到研发合同的还有空叉的猛禽缩比引擎（后来被搁置），BE-3U/EN上面级引擎的可扩展式喷管。这笔研发合同后来还包括了BE-4引擎和AR-1引擎的研发。这些加起来一共2.89亿，4个公司。但这点钱根本不够，因为要包括三级、整流罩的设计、喷管的设计、还有地面设施VAB的设计，＂地球上最大的固推＂生产线的设立都是当时轨道ATK自掏腰包支撑的。OmegA也是轨道ATK公司历史上耗资最大的项目。
　　2016年5月，轨道ATK（Orbit ATK）公司宣布正在研发一种先进的全消耗运载火箭（Next Generation Launcher，NGL），用来给美国商业客户提供发射，并且考虑参加EELV计划，给美国政府提供先进的运载火箭，提供高质量、高精度、高可靠的发射服务，并配合其他新型火箭（虽然不能通吃，但理论上OmegA自己就能办到），完成美国空军的目标：使美国完全摆脱对俄罗斯RD-180火箭发动机的依赖。因为诺斯罗普 · 格鲁曼的人认为：OmegA的一级和二级相当于宇宙神5的一级，这也是为什么OmegA的三级和宇宙神、火神如此像的原因之所在。
　　2017年5月，轨道ATK披露了火箭的一些设计细节，2018年4月，项目对大众公开，并正式命名为＂OmegA＂。2018年10月，USAF（今拆分为USSF）赞助了OmegA共约7.92亿美元，用来研发、制造、测试OmegA，这笔费用还包括发射4发OmegA，2022前完成2发中型来认证进入运行，2024前完成2发重型来获得认证运行。这笔费用即使平摊下来，每发的费用也低至1.98亿，而这其中包含了大量的测试、研发费用。根据推测，如果去除研发和测试费用的话，每发OmegA基础版费用大概在1亿美元左右，甚至是1亿美元以下。
　　在正式公开后，OmegA的定位却发生了微妙的变化。2015年，SpaceX成功回收猎鹰九号的1级。此后，SpaceX一直在降低商业航天的发射成本；2018年，SpaceX成功完成了重型猎鹰的首飞；甚至在2019年末，把复用火箭基础发射报价（基础价格）压缩到了5000w，如果OmegA现在进军商业市场，那必定没有＂好果汁吃＂。但凡事都有个例外，由于商业航天服务能力大增，以后的商业卫星也会偏向快速反应发射，而OmegA就完全符合这个指标。
　　固推的安全性和快速就位性是OmegA最大的优势，美国在过去40年内，固推有99.7%的成功率。在过去18年内，美国没有任何一枚固推在飞行中发生事故。而且在所有燃料的推进器中，固推不容易造成延期。据统计，约22-24%的航天飞机/德尔塔家族发射延迟是由液推造成的。只有2%是由于固推的技术问题。
　　固推的第二个优势就是快速反应，CBS拼在一起就开车了，超级快。对商业市场来说，越早让卫星投入服役，就能够越快的抢占市场的先机。
　　OmegA这款火箭的主要客户有USSF、NRO、NASA和少量商业客户。由此可以确定，这是一款定位更偏向军用的运载火箭，类似于重型德尔塔4，但更优于德尔塔4。OmegA重型和德尔塔4重型相比，最大的优势就是可以＂快速更换载荷＂，意思就是说原来计划发射A载荷的火箭可能由于载荷的一些问题发射不了。让这枚造好的火箭换上B载荷发射，通常需要很长的时间准备。NSSL Phase 2的合同要求把这时间压缩在12个月内，ULA的宇宙神V可以做到6个月，这是现有的最快纪录。
　　但至此Up想说的是，OmegA的公开资料少之又少，所以以下内容中某些地方资料不全还请各位见谅。
　　1.2 OmegA的性能
　　如此强大的火箭运载能力自然不差，作为一款为高轨运载火箭，其在保证高轨运力极为强悍的情况下，不进行任何改装也可以发射大型LEO载荷。虽然官方没有明示加装上面级，但用来发射帕克号太阳探测器的重型德尔塔4就搭载了诺斯罗普 · 格鲁曼设计制造的Star 48 BV上面级，不出意外的话OmegA也可以适配这种上面级。
　　而且官方标明MEO数据则意味着OmegA把直送作为自己的其中一个广告牌了，也就是说设计里有足够的续航时间来支持直送（高点点火圆轨）。根本上来说还是加快了卫星投入运营的速度。
　　（下表为保守运力估计，建议视频制作人将MEO改为＂直送MEO＂）
　　基础版OmegA高59.84m，一级直径3.71m，上面级与整流罩直径5.25m，总共三级（不算助推）。高性能版OmegA高88m，各级宽度不变。两者的助推、一级和二级全部是固体推进器，拥有长时间置放，快速发射，搭配多样，比液体推进器更加可靠等优点。三级使用液氢液氧上面级，这也是OmegA拥有极强的高轨运载能力的主要原因之一。OmegA除三级为不锈钢外壳外，整流罩、一二级，助推器等最大限度上使用了碳纤维和环氧树脂作为外壳材料，以达到尽可能最轻的重量，最高的性能，最好的可靠性，这也与诺斯罗普 · 格鲁曼是世界上最大的纤维缠绕复合材料火箭引擎厂有关。
　　让我们来逐个了解一下OmegA运载火箭的主要部件。首先是助推器，OmegA使用了GEM-63系列固体助推器，它是现役最优秀的中型固体火箭助推器。GEM-63XLT固体助推器可选配0，2，4，6三种助推配置（T指拥有TVC能力，可以单摆；XL指GEM-63的加长版）。由于GEM-63XLT的采用了碳纤维和环氧树脂外壳，从而省去了类似于RSRM（航天飞机固体助推器）的O型环的设计。GEM-63XL是诺格和ULA之间的战略合作伙伴关系下的产物，极大的降低了固推的成本，比原来宇宙神V用的AJ-60A便宜了一半。甚至可以一根的价格买一对，费用不加的同时，使增长的运力＂超级加倍＂。
　　单根GEM-63TXL长21.95m，直径1.6m，全重53.4t，平均推力204t，海平面比冲约245s，真空比冲279.3s，燃料采用HTPB（端羟基聚丁二烯）加19%的铝粉以及其他物质组成的固状混合物。GEM-63TXL的喷管会向内偏3°左右，使助推的推力中心朝向起飞质量中心靠上的位置。这是因为在飞行过程中，芯一级在不断燃烧，质量会逐渐减小，整箭的质量中心也会渐渐上抬，所以才会设计成喷管朝向质量中心更靠上一些，使火箭飞行更加稳定。
　　基础版OmegA一级采用1根Castor 600固体推进器。Castor 600采用HTPB加19%的铝粉以及其他物质组成的混合固状物作为燃料。长22m，直径3.71m，全重340t，内部的固体燃料更是达到了295t。其喷管可双摆，从而控制火箭的俯仰与偏航。Castor 600的起飞推力达到了953t，在2019年5月的试车中达到了997吨的推力，持续122秒，比诺斯洛普 · 格鲁曼预期的要高。原因是此次试车为＂热试车＂，助推器被加热到了32摄氏度。而非正常工作温度4摄氏度，这也是今年2月Castor 300进行‘冷试车’的温度。
　　这里有个小插曲：OmegA在2015年研发工作的伊始，OmegA的日程表中首次一级试车的日期就被定为2019年5月。而实际试车的发生在什么时候呢？没错，就是2019年5月！4年时间从一无所有到成功试车，从空旷的工厂到建成OmegA的生产线，6年时间首飞。业内守时楷模，军方客户最爱。
　　高性能版OmegA一级采用1根Castor 1200固体推进器。Castor 1200直径、基础配置、燃料、制造等与Castor 600相同，同样采用CBS设计（Common Booster Stage，模块化设计），Castor 600可以看作两段式助推，而Castor 1200则是它的＂加倍＂，也便是4段式助推。长度增加了15.5m，达到37.5m，全重达到545t，推力更是达到1406t，提高初始温度则推力会更强。
　　其实固体火箭助推器段数越多，加长的并不是燃烧时间，而是推力。简单来讲，你可以把每段助推器看作一台发动机，理想状态下，装得段数越多，其推力也就越大，但燃烧时间却没有明显的变化。
　　Castor 1200改进版也在SLS Block.2助推器的选择范围（BOLE，助推器淘汰和延寿计划），并且胜选几率最高。诺斯罗普 · 格鲁曼打算和NASA通用设施和人员，比如他们打算用同一辆火车运送助推段。在VAB组装OmegA的人员也会和组装SLS助推器的是同一批，节省训练和人力开销。你没有听错，SLS Block.2的助推器目前仍未敲定，而Castor 1200升级版拥有更高的性能，更低的造价，更高的可靠性，是所有助推方案中最好的选择。
　　OmegA基础版和高性能版的二级均采用Castor 300固体推进器，可以看作是Castor 600的＂一半＂，也就是一段式Castor 600。Castor 300全长12.7m，全重136t，喷管同样可以双摆。Castor 300的平均推力达到364t，燃烧时间约为140秒，比Castor 600多20秒，原因是固推不是从上往下燃烧，而是从中间往四周燃烧的，在制造时药柱的形状控制燃烧的表面积，从而调节推力的变化。Castor 300比Castor 600的装药更粗、＂空芯＂更细、表面积更小，所以燃烧时间更长。Castor 600长度更长，所以燃烧表面积更大，推力也就更大。
　　这里有一个非常大的误解，这个误解的起源正源自KSP。在游戏中，固推的推力不会有显著的变化，而随着质量的减少，其推重比不断增加，导致很多KSP玩家以为固推既不可以调整推力方向，也不可以在飞行过程中调节推力大小。但在现实中，固推既可以调节推力方向，也可以预先设定飞行时的推力变化。
　　以最熟悉的正圆固推举例，上端的点火器点火后，中间＂空芯＂表面积越大，其在燃烧时产生的推力也就越大。所以一般的正圆固推下端＂空芯＂表面积更大，上端＂空芯＂表面积更小，从而防止KSP中超高过载的情况产生。
　　而大部分的固推都装备了矢量喷管（Vectorable Nozzle），通过控制液压/电动作动器/喷管喷注等方式来控制喷管的偏转，从而控制推力方向。一般来讲，推力越大的固推，矢量越难做，密封压力也越巨大。
　　再比如OmegA，其一级和助推在MAX-Q（ Max Dynamic Pressure，最大空气动压）时会减小推力，使火箭更安全的度过这个＂最危险＂的飞行阶段，在度过这个阶段后，固推的推力重新增加，提供更大的推力，其所有的固推也都装备了矢量喷嘴，控制火箭的身姿。
　　话归正题，让我们来了解一下OmegA的三级。OmegA的三级名叫iLUS（i Liquid Upper Stage，i的含义类似iPhone）选用了两台RL-10C-5-1发动机，储箱直径5.25m。基础版三级高度约为7.2m，高性能版三级高度约为13m，为不锈钢壳体，但CPS并没有采用最近大火的共底储箱，而是使用了悬挂储箱。由于以液氢液氧作为燃料，为了最大限度利用被迫蒸发掉的液氢和液氧，iLUS在尾部引出了对称布置的泄压阀，从而使蒸发掉的氢/氧排出后给iLUS微乎其微的推力(首先利用催化剂利用氢/氧进行发电保温，然后热气再排出)，但这细微的推力便省去了额外的燃料沉底的操作。也就是说，iLUS正常工作时，几乎稍微隔一段时间就会进行自动燃料沉底，且对轨道的影响很小。
　　RL10C是RL-10家族的最新成员。RL10C-1-1是Vulcan＂半人马座-5＂（Centaur V）上面级的引擎，而RL10C-5-1用作OmegA的三级，这两款发动机除编号外并无过大差别。但RL-10C-X家族大量应用3D打印技术，降低成本的同时也保证质量没有增加。
　　单台RL10C-5-1高2.46m，直径1.57m，最大真空推力10.8t，真空比冲453.8s，单台重量仅188kg，同时具备深度节流能力，保证载荷免受高G力影响，提供更＂舒适＂的载荷环境。由于RL10C-5-1使用了3D打印，生产成本也比RL10B系列下降许多。 而性能更强的RL10C-3将用于SLS Block.1b、SLS Block.2的EUS上面级。
　　RL-10C-3数据
　　最大真空推力：11t
　　直径：1.85m
　　单台质量：230kg
　　真空比冲：460.1s
　　高度：3.15m
　　整流罩方面，OmegA采用了目前非常流行的5m直径整流罩。长15.5m，直径5.25m，可用容积230m³，加长整流罩长20m，可用容积增长至315m³。容积虽然赶不上新格伦的7m整流罩，但是对于军方来说已经十分富裕。OmegA目前使用的是三瓣式整流罩，后续部分任务会更换成2瓣式整流罩。
　　1.3 OmegA发射场
　　由于OmegA运载火箭不会回收，其一级落区距离与新格伦的落区距离相当，所以只有一个东海岸发射台无法兼顾高倾角轨道（详见BV1Gz411q7FM中介绍的发射角度限制）。因此，OmegA安排了两个发射场。由于建造发射场和维护发射场费用过高，而且SLS发射频率较低，所以OmegA在卡纳维拉尔角与SLS共用LC-39B发射工位。
　　而第二个便是范德堡空军基地的SLC-6。虽然官方还没有公布的协议，空军也没有明文规定一定要在范登堡空军基地发射。但是如果有的话有，肯定是加分项，且大概率有这个可能。SLC-6是目前重型德尔塔4所使用的发射场，但由于重型德尔塔4将会于2022年在范登堡空军基地发射最后一发，而且2023年重型德尔塔4将会在卡纳维拉尔角SLC-37B发射全系列最后一发，这也将是德尔塔4家族的绝唱。所以如果官方确认将SLC-6转交给诺斯罗普 · 格鲁曼进行改造，SLC-6也将会在2022年被ULA弃用，改造后以支持OmegA的西海岸SSO、高倾角HEO（高椭圆轨道）的发射。
　　1.4 OmegA发射流程
　　由于助推和一级使用的是固体燃料，所以不需要像液体发动机一样有＂较长＂的形成推力的过程。而且OmegA除三级外其他级都为固推，固推在运抵垂直总装大楼前燃料早已加装完毕，到组装大楼直接组装（批注，视频制作可添加：在卡角的设施一个叫High Bay-2(HB-2)，NASA用来组装阿波罗10号，13号，天空实验室，和航天飞机的大楼。另一个叫MLP-2，航天飞机的移动发射塔。都在接受改装中），所以只需要加注三级的液氢液氧即可，简化了加注流程，减少了加注时的危险系数。
　　0s时，固推点火，OmegA飞离发射台。发射约84s，助推器分离；约114s，芯一级分离（＂高性能版＂约为133s），与此同时二级点火；约230s，二级分离（＂高性能版＂约为250s），三级约5s后启动；约685s，三级第一次熄火（＂高性能版＂约为704s），择机二次点火或释放载荷。
　　1.5新星或已沉底
　　根据知情人士报道，OmegA计划已经被Northrop Grumman砍掉。虽然OmegA再也不会飞行，但是Northrop Grumman并没有＂全盘皆输＂，这些技术可以储备起来用作下一次NSSL的招标，而OmegA的Castor 1200升级后完全可以用作SLS后续的助推器升级计划。