2021年12月28日 10:00 新浪科技綜合 隨著點火口令下達,火箭發動機發出震耳欲聾的巨響,隨後運載火箭從煙霧中緩緩上升,逐漸加速並直插雲霄,這就是運載火箭起飛的畫面。 但火箭在首飛前,需要曆經長達數年的研制時間,而過程中出現的任何問題都有可能導致首飛時間一推再推。 例如,眾多火箭曾言之鑿鑿於今年首飛,但2021已臨界末尾,一通盤點過後,依然還有不少火箭的首飛打了水漂,放了「鴿子」。 又慢又貴的「鴿王」重型火箭 要論近幾年火箭領域的「鴿王爭霸」,第一名要數美國重型火箭領域的當家花旦——太空發射系統(SLS)。 這種集美國宇航局萬千寵愛於一身,由美國國會在經費和政策上「雙重」護航,基於航天飛機成熟技術「堆砌」而成的重型火箭,於2011年正式立項研制。 該火箭原定於2016年首飛,但隨後曆經8次重大推遲,截至目前已研制長達10年,累計花費212億美元後仍在推遲。 之前,SLS定於今年末首飛,但因近期芯一級發動機的控制器失效更換等一系列問題,最新首飛時間已經推至明年初。 縱觀人類航天史,重型火箭由於體量大、難度高,有所推遲是正常現象,但SLS不同以往,其構型並無創新性的設計理念。 恰恰相反,SLS的設計相對於可部分重複使用的航天飛機而言稱得上是倒退,它拋棄了重複使用設計,算是航天飛機技術遺產的重新組合。 火箭芯一級采用4台航天飛機使用的RS-25主發動機,並將航天飛機的四段式固體助推器延長至五段,而芯二級派生自即將退役的德爾塔4系列火箭的芯二級,安裝有單台RL-10發動機。 SLS火箭安裝的4台RS-25主發動機 縱觀全箭,各主要分系統都是成熟的技術和產品,尤其是RL-10作為美國第一種氫氧發動機,自1963首飛至今已可靠服役超過半個世紀。 得益於成熟技術的堆砌,SLS在誕生之初,美國宇航局就將它定位為一種可快速研制成型的低成本、一次性火箭,以期替代複用成本高昂的航天飛機。 然而,隨著SLS的不斷推遲和耗資暴漲,單次發射成本已高達20億美元。 由於SLS承擔著維持航天飛機時代供應鏈體系的責任,供應商體系依然龐雜、昂貴且低效。 除供貨、協調等低效產生的延期外,部分試驗環節的不順也加劇了項目節點後移。 「星艦」首飛遭多種因素攔路 說到曾計劃今年首飛的重型火箭,不得不提進度上正在奮起直追的「星艦」。 相對於SLS的磨洋工,「星艦」研制可謂飛速,從2019年首台原型機開始制造至今不過兩年。 今年初,馬斯克曾豪言要在年內進行首次軌道發射,跟SLS拼個高下,結果事與願違,兩者均推遲到明年。 「星艦」推遲的原因首先是自身設計的不斷迭代,設計方案改了又改,導致SN-12,13,14,16等原型機制造一半或未經試飛就被拆毀或報廢。 其次是「星艦」貯箱所用不鏽鋼牌號不斷修改,厚度有所減薄,翼面尺寸及位置也幾經調整,近期又在增加發動機數量,換用2.0版猛禽發動機,並進一步拉長火箭二子級,這都是「星艦」首次軌道試飛時間不斷推後的原因。 再次是「猛禽」的可靠性不足也拖累了「星艦」進度。 SN-8~11四艘「星艦」的10公里亞軌道試飛失敗均與「猛禽」有關。 還有是嚴重低估了軌道級發射台的工程量,推進劑貯存設施、新設計的回收機構至今仍在調試。 SN-10落地後側翻爆炸 最後是美國監管當局冗長的環評及發射許可流程,迄今仍無結果,年內進行首次軌道發射徹底成為泡影。 ULA巧「箭」難為無「機」之飛 12月1日是美國聯合發射聯盟公司(ULA)創辦15周年的紀念日。 該企業自成立以來,145次發射任務全部成功的業績十分耀眼。 但實際上,ULA在今年是「啞巴吃黃連,有苦說不出」,原定今年首飛的火神新一代火箭因芯一級由藍色起源公司研制的BE-4發動機遲遲不能交付,被迫推遲到2022年,如果繼續推遲到宇宙神5火箭退役還不能接班的話,ULA將出現「無箭可用」的尷尬境地。 「宇宙神5」之所以要強制退役,要從1994年美國空軍發起的「改進型一次性運載火箭」計劃說起。 當時美國空軍選定「德爾塔4」和「宇宙神5」分攤國防發射任務,但美國政界卻對「宇宙神5」芯一級使用的俄制RD-180發動機耿耿於懷,擔心俄羅斯借「機」威脅美國的國家安全,於是策動「國家安全發射」項目,重新選定兩種火箭,且要求必須采用美制發動機以除後患。 隨後,ULA的「火神」雀屏中選。 實際上,「火神」芯一級發動機當時的可選項有兩家,除了藍色起源公司外,另一家是由洛克達因公司研制的AR-1發動機。 ULA考慮到洛克達公司因近年來的研制能力下降,采購報價也水漲船高,最終冒險選擇了藍色起源公司的BE-4液氧甲烷發動機。 BE-4采用分級燃燒循環,設計推力240噸。 選定後,BE-4的研制遭遇了嚴重技術問題,於是2019年初將整個預燃室-渦輪泵系統推翻重來,之後經兩年研制仍無法穩定工作在額定推力上,遲遲未能交付。 為盡可能減少對進度的拖累,ULA只能重排試驗進度,單獨將芯一級貯箱拉到發射台開展測試,上演了一場巧「箭」難為無「機」之飛的尷尬戲碼。 一機「坑」兩箭,推遲本常態 BE-4的研制窘境不僅拖累ULA,也影響了藍色起源公司自家的新格倫火箭的研制進度。 「新格倫」原定今年末的首飛日期早已不提。 常言道,「屋漏偏逢連夜雨」,今年藍色起源公司在登月艙合同中落敗SpaceX公司後,創始人傑夫·貝索斯不依不饒,不斷抗議、投訴乃至起訴美國宇航局,要求重發或為其額外頒發合同,並公開抨擊SpaceX公司的登月艙方案。 這一系列行為引起了公司部分員工的不滿,在社交媒體上公開稱不同意公司的觀點。 加之藍色起源公司自身管理的積弊已久,於今年秋天爆發了一場核心員工離職潮,一系列動蕩使「新格倫」的研制進度雪上加霜。 上文這些「放鴿子」的火箭只是冰山一角,近年來航天領域新研制火箭進度推遲,經費上漲幾成常態。 例如,歐洲的阿裏安6火箭受新冠肺炎疫情、發射台建設緩慢、資金不足等原因影響,發射推遲至2022年末。 阿裏安6運載火箭發射想象圖 日本的H-3火箭芯一級采用了新型LE-9氫氧發動機,膨脹循環的LE-9真空推力高達140噸,但今年LE-9的試車屢出狀況。 受此影響,H-3首飛從最早的2020年推遲至2022年。 另外,還有俄羅斯的安加拉A5火箭的首次帶載荷試飛,已經推遲至明年。 還有一些初創航企的今年首飛計劃,也已被人遺忘在日曆和新聞中。 其實,運載火箭的進度推遲有著各種各樣的原因,最主要是技術問題,例如,設計難以定型,方案朝令夕改;或對新技術風險的認知和預研不足,導致關鍵技術難以攻克;也可能是試驗條件限制或不夠充分。 另外是管理協調的低效和帶來的成本增加,例如,SLS龐雜的供應商體系直接導致了「今年複明年,推遲何其多,經費漲漲漲,最終成鴿王」的窘境。 還有就是資金、定位和監管帶來的影響。 部分火箭型號因為定位模糊,加上拖期導致市場競爭力下滑,而資金不足又反過來拖累其研制,最終造成惡性循環。 而如何能夠合理安排一個型號的研制進度,推動其又好又快地進行,無疑是全世界航天人都需要解決和面對的一個重要問題。 文/田豐 來源:中國航天報 《2021年,這些火箭首飛緣何「打水漂」?》完,請繼續朗讀精采文章。 喜歡 科學報 cn-n.net,請記得按讚、收藏及分享。
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2021年,這些火箭首飛緣何「打水漂」?
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