
军事可重复使用火箭技术
星舰级可复用火箭把洲际弹道投送成本压到100美元/公斤、日投5000吨,使常规瘫痪核武库首次可行,但固定基础设施脆弱且触发预警即发射核报复,已无回头路。
引言
这是系列文章中的第一篇,该系列将探讨武装力量如何利用可重复使用火箭和大型卫星星座,并逐步构建一套连贯的运用理论。我首先将聚焦于可重复使用火箭如何被用于在洲际距离上投送武器,而在下一篇文章中,我计划讨论未来的军用卫星星座与轨道战。
星舰中的火箭技术创新
成本节约
为了借助下一代星舰火箭将发射成本降至最低,SpaceX 既降低了制造成本,也朝着第一级和第二级完全可重复使用的方向迈进。
最重要的成本节约来自发动机:Raptor 3 以极低的价格产生推力,并且非常高效地燃烧液态甲烷和液氧(即所谓的“甲烷-液氧”混合物)。(Raptor 3 的推力成本比显然不到其他同类发动机的五分之一)
更低的单位推力成本影响重大,因为它从根本上改变了设计过程中所做的工程决策:当你可以通过简单地增加一台发动机并把整枚火箭做得更大,从而更容易达到同样的性能目标时,从火箭上削减质量就变得不那么重要了。
这有助于解释为什么星舰的燃料贮箱采用带内部加强结构的钢制材料,相比传统的机加工铝锂合金结构,这是一种更便宜(但更重)的解决方案。许多其他类似决策也有助于将生产成本保持在低位。
可重复使用性
星舰的许多设计都围绕完全可重复使用展开,确保每次飞行都无需制造新硬件,且第一级和第二级都能以尽可能少的工作再次飞行。复用流程始于回收两级:为节省着陆腿的重量,SpaceX 在星舰上决定为发射塔加装捕获臂,用于在火箭减速的最后阶段将其抓住。
SpaceX 在此取得的最重要创新,是让第一级(助推器)在每次发射后无需翻修即可快速再次飞行,这一过程被称为快速复用。
我不会花太多时间讨论第二级的复用,因为它仍在摸索之中,而且我怀疑其翻修过程至少需要数周,比我认为一场同级战争的决定性阶段持续时间还要长。
因此,我在这里主要聚焦于一种半可重复使用架构——只着陆并复用助推器,并充分利用星舰技术来构建。这可以简单地通过使用一次性版本的星舰第二级来实现,但为民用设计的架构存在局限,使得基于星舰技术、为军用而造的更小型火箭设计极具吸引力(我稍后会再谈这一点)。
这并不意味着完全可重复使用架构在战争中毫无用武之地;复用第二级在美国一直在打的非对称冲突中可能非常理想,有助于压低成本。它还有额外好处:可以保留为同级冲突而积累的一次性第二级库存。
星舰作为武器投送平台
任何航天运载器都能将有效载荷送上弹道轨迹,因为弹道轨迹所需的能量甚至低于近地轨道。因此,每千克航天发射能力可转化为1.5至2千克投送至洲际弹道轨迹的有效载荷,具体取决于目标位置和所采用的弹道弧线。
从历史上看,这种做法非常不切实际:发射成本过高,且入轨总发射能力有限,战时无法迅速扩充。
然而,这些限制并不适用于星舰及其他采用类似技术的火箭,因为它们发射成本极低、发射频率极高:2030年,SpaceX计划运营15个星舰发射台,每个发射台每天可发射一次。使用一次性第二级时,投送至洲际弹道轨迹的总有效载荷可达每天5000吨,成本为100美元/千克。
仅凭大量发射能力还不足以使星舰成为有用的军事系统:它还应具备向众多不同目标发射多枚有效载荷的能力,像一枚带有分导式多弹头(MIRV)的洲际弹道导弹那样运作,只不过规模大得多,且助推器返回发射台而非被消耗掉。
与更常见的固体燃料洲际弹道导弹相比,将星舰用作大型液体燃料弹道导弹的一个优势在于,其第二级能够精确而迅速地改变推力,从而将弹头快速部署到众多不同弹道上,即使目标之间相距数百公里。这意味着每次星舰发射都能以5-6公里/秒的速度向中国或伊朗精确倾泻一千枚300千克的弹头。(美国在“史诗之怒”行动首日打击了约[ ]个目标,15艘星舰本可以摧毁10倍于此的目标)
这种高速(马赫15-20)既是问题,也是机遇。有效载荷需要通过再入飞行器(RV)来保护,以抵御再入过程中产生的热量,同时还要保持一定的机动能力——这虽非易事,却并不需要昂贵复杂的高超音速技术。(在军事领域,高超音速指的是旨在实现马赫5以上极高机动性、以增加拦截难度的技术。)
使用机动再入飞行器(MaRV)要便宜得多——这种相当简单的锥形再入飞行器涂覆酚醛树脂,通过烧蚀来保护弹头,并具备一定的有限机动能力以确保高精度。(关于武器制导的更多内容,我将在下一篇文章描述导航卫星星座时再谈。)
这种方式利用大量廉价弹头(我估计每枚武器的总成本约为五十万美元)来迅速压垮敌方防空系统:在这里,高速——高再入速度——是一个巨大优势,它压缩了可用于拦截的时间,并使诱饵和干扰更加有效。
高速对于摧毁加固结构也极为有用:例如,美国目前可用于摧毁深层掩体的最佳武器是MOP(巨型钻地弹),这是一种14吨重的重力炸弹,需要使用大型轰炸机投放。而星舰可以发射更快、更重的侵彻弹,能够摧毁为抵御美国现有武器而建造的更深层掩体。
伊朗战争凸显了星舰相对于美国现有武器的另一优势:美军花了数周时间才将航母打击群及其他资产调往该地区,使其易受伊朗报复。星舰本可以在抗议活动仍在进行时就发动打击,以数千枚武器的齐射打得伊朗人完全措手不及。
星舰作为武器系统的弱点
星舰作为进攻性系统潜力巨大,但它是一门玻璃大炮,极易受到针对其运行所需固定基础设施的攻击。燃料加注基础设施是迄今为止最大的软肋,因为它往往由多个发射台共用,而且充满易燃的甲烷,哪怕小型无人机也能将其点燃。捕获臂也可能被小而精准的爆炸所瘫痪。
最后,星舰庞大的体积使其在初始飞行阶段格外脆弱,无论是面对轨道拦截器,还是敌方火箭发射、由过顶卫星制导的破片弹头,都难以招架。
军用可重复使用助推器
为解决这些问题,需要设计并批量生产一种军用可重复使用火箭。
为解决与固定发射基础设施相关的问题,这种新火箭应使用着陆支腿,从而能够从由专用混凝土铺设而成的简易发射坪上起降。
这类简易发射坪已在星舰研发早期得到验证:单纯的混凝土发射坪只是在全尺寸星舰火箭首次发射时,才在33台猛禽发动机的联合推力下失效。
一种假想的可重复使用火箭,若采用缩小版星舰一级、仅使用7台发动机,在由移动式低温加注车加注燃料后,或许能够从数百个不同的发射坪同时发射。
这也会显著提升该系统的进攻能力,使突袭更加致命。
为防御同类武器系统的攻击,伪装、诱饵和干扰至关重要。所有固定基础设施,如燃料库,都应隐藏在位置和布局保密的深层掩体中,并修建虚假和冗余的入口。
对核战争的影响
我所描述的那种大规模洲际弹道攻击,会使洲际弹道导弹和远程轰炸机面临常规攻击的严重威胁:历史上第一次,可能在不使用核武器的情况下瘫痪敌方很大一部分核武库。
然而,在当前的预警即发射核理论下,任何大规模弹道打击,无论是否携带核弹头,都会导致立即的核报复,而此时弹头仍在飞行途中。
我一直认为,预警即发射是冷战最愚蠢的遗产:为了保护越来越容易受到日益增多的武器攻击的陆基核武器,数百万人时刻处于一触即发的威胁之下。
然而,还存在其他核理论:直到不久以前,中国的核理论是只在其领土遭到核打击后才进行报复。这是一个安全得多的选项,而相互确保摧毁仍然由弹道导弹核潜艇来保证——这是核三位一体中生存能力最强的一环。
结论
可重复使用火箭有潜力成为发动远程打击的最有效方式,从而减少对昂贵且脆弱的航母和海外基地的依赖。
其采用可能面临的唯一真正问题(除了腐败的采购官员之外)是对核战争的影响。然而,正如我详细解释的那样,一旦星舰投入运营,美国武装部队就可以立即利用它发动打击,现在已经没有回头路了。
我还认为,可重复使用火箭是对中国投资于旨在摧毁美国基地的弹道导弹的一种很好的对称回应:毕竟,为什么美国不应该被允许用弹道武器反过来打击中国基地呢?