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。1OmegA介绍
　　OmegA是固推大厂诺斯洛普格鲁曼（原轨道ATK，后属NorthropGrummanSpaceSystems）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（CommonBoosterSegment，CBS）和GEM63XL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），BE3UEN上面级引擎的可扩展式喷管。这笔研发合同后来还包括了BE4引擎和AR1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（OrbitATK）公司宣布正在研发一种先进的全消耗运载火箭（NextGenerationLauncher，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RD180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2224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。NSSLPhase2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。2OmegA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Star48BV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GEM63系列固体助推器，它是现役最优秀的中型固体火箭助推器。GEM63XLT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GEM63的加长版）。由于GEM63XLT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。GEM63XL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AJ60A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GEM63TXL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。GEM63TXL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Castor600固体推进器。Castor600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。Castor600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Castor300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Castor1200固体推进器。Castor1200直径、基础配置、燃料、制造等与Castor600相同，同样采用CBS设计（CommonBoosterStage，模块化设计），Castor600可以看作两段式助推，而Castor1200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。
　　Castor1200改进版也在SLSBlock。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，SLSBlock。2的助推器目前仍未敲定，而Castor1200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Castor300固体推进器，可以看作是Castor600的一半，也就是一段式Castor600。Castor300全长12。7m，全重136t，喷管同样可以双摆。Castor300的平均推力达到364t，燃烧时间约为140秒，比Castor600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。Castor300比Castor600的装药更粗、空芯更细、表面积更小，所以燃烧时间更长。Castor600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（VectorableNozzle），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MAXQ（MaxDynamicPressure，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（iLiquidUpperStage，i的含义类似iPhone）选用了两台RL10C51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RL10家族的最新成员。RL10C11是Vulcan半人马座5（CentaurV）上面级的引擎，而RL10C51用作OmegA的三级，这两款发动机除编号外并无过大差别。但RL10CX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RL10C51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RL10C51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RL10C3将用于SLSBlock。1b、SLSBlock。2的EUS上面级。
　　RL10C3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230m，加长整流罩长20m，可用容积增长至315m。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。3OmegA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LC39B发射工位。
　　而第二个便是范德堡空军基地的SLC6。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。SLC6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SLC37B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SLC6转交给诺斯罗普格鲁曼进行改造，SLC6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。4OmegA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HighBay2（HB2），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MLP2，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NorthropGrumman砍掉。虽然OmegA再也不会飞行，但是NorthropGrumman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Castor1200升级后完全可以用作SLS后续的助推器升级计划。