不久前，美國(guó)ABL航天系統(tǒng)公司的RS1小火箭從阿拉斯加太平洋航天港首飛。不幸的是，火箭升空不久即出現(xiàn)異常，第一級(jí)9臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)關(guān)機(jī)。失去動(dòng)力的火箭落回發(fā)射臺(tái)并發(fā)生爆炸，造成發(fā)射臺(tái)及附屬設(shè)施受損，好在并無(wú)人員傷亡。

RS1小火箭首飛失敗就在這次事故的前一天，維珍軌道公司的運(yùn)載器一號(hào)空射液體小火箭在英國(guó)境內(nèi)首次發(fā)射同樣遭遇失敗。小火箭連續(xù)失敗，原因何在？未來(lái)前途如何？商業(yè)航天以其為發(fā)展重點(diǎn)，是否妥當(dāng)？由于以上兩款小火箭均為液體動(dòng)力，再考慮到固體火箭的特殊身份，我們不妨以液體小火箭作為討論切入點(diǎn)。

(相關(guān)資料圖)

新技術(shù)帶來(lái)新風(fēng)險(xiǎn)

液體小火箭發(fā)射失敗并不罕見(jiàn)。2022年美國(guó)SpaceX公司以100%的成功率連射61發(fā)，成績(jī)驕人，但10多年前的SpaceX公司初創(chuàng)時(shí)期，全球首款由私人資金打造的入軌級(jí)火箭獵鷹1曾連續(xù)發(fā)射失敗。

獵鷹1火箭曾多次發(fā)射失敗一直以來(lái)，液體火箭被視為商業(yè)發(fā)射力量的“高端”裝備，也是初創(chuàng)航天企業(yè)技術(shù)實(shí)力的集中體現(xiàn)。縱觀近年來(lái)液體小火箭的發(fā)射記錄，故障原因集中在“一低一高”兩個(gè)階段：要么隱患出在小火箭首飛離架之后、達(dá)到最大動(dòng)壓點(diǎn)之前，要么問(wèn)題出在火箭入軌前或末級(jí)工作段。

火箭一旦起飛，遺憾就難以彌補(bǔ)，其第一級(jí)要經(jīng)歷火箭飛行過(guò)程中最復(fù)雜的考驗(yàn)。如果想提升發(fā)射成功率，就必須事先從產(chǎn)品可靠性和動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面下功夫，這其實(shí)對(duì)于小火箭更加不利——以獵鷹9火箭為代表的大中型火箭可以依靠多發(fā)并聯(lián)、冗余備份來(lái)確保整體任務(wù)成功，個(gè)別故障發(fā)動(dòng)機(jī)還能在回收后仔細(xì)排查，吸取教訓(xùn)；小火箭往往沒(méi)有足夠的空間和成本來(lái)滿足類似條件，可以認(rèn)為其容錯(cuò)率更低，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)絲毫不能放松。

不過(guò)，小火箭的“小”似乎給外界“簡(jiǎn)單”的錯(cuò)覺(jué)，因此商業(yè)航天往往從小火箭“入門”，可能在不經(jīng)意間暴露出某些固有缺陷。

首先，初創(chuàng)航天企業(yè)的技術(shù)積累比較薄弱，經(jīng)驗(yàn)不足，加之更強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)效益，難免壓縮研發(fā)周期，精簡(jiǎn)試驗(yàn)項(xiàng)目，引入大量較便宜的非航天級(jí)零部件，質(zhì)保體系未必完善，都有可能放大發(fā)射失敗的風(fēng)險(xiǎn)。即便某些小火箭使用了成熟航天供應(yīng)商的分系統(tǒng)，宣稱“繼承”可靠性，但初創(chuàng)企業(yè)未必具備出色的整合和質(zhì)控能力，無(wú)法全局性掌控火箭質(zhì)量。

其次，液體小火箭多采用兩級(jí)通用發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)，以便降低成本。相比可以充分試驗(yàn)的火箭第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)地面試車，如果想要完整地模擬第二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)在真空下的力、熱、振動(dòng)、輻射等工作環(huán)境，有必要配備裝有引射裝置的高空試車臺(tái)。然而初創(chuàng)企業(yè)面臨資金壓力，項(xiàng)目周期緊張，高空試車臺(tái)這種昂貴復(fù)雜的設(shè)施往往無(wú)緣使用。

另外，商業(yè)航天新勢(shì)力的設(shè)計(jì)思路普遍激進(jìn)，小火箭大膽采用新技術(shù)：比如大比例引入增材制造，加工發(fā)動(dòng)機(jī)噴注器、燃燒室等核心零件，甚至包括貯箱；新型推進(jìn)劑組合受到青睞，例如近年來(lái)因追求火箭回收復(fù)用而“刮起液氧甲烷風(fēng)”；新的構(gòu)型和發(fā)射方式更是屢見(jiàn)不鮮，比如運(yùn)載器一號(hào)小火箭拋棄了“前輩”驗(yàn)證過(guò)的固體動(dòng)力空射路線，選擇液體動(dòng)力空射方案。

“運(yùn)載器一號(hào)”發(fā)射然而，新技術(shù)不可避免地帶來(lái)新風(fēng)險(xiǎn)?！斑\(yùn)載器一號(hào)”首飛就敗在液體推進(jìn)劑管路的可靠性上，電子號(hào)火箭采用的電泵循環(huán)同樣曾導(dǎo)致發(fā)射失敗。

值得鼓勵(lì) 前景待觀察

上述失敗無(wú)可避免地威脅到小火箭的前途命運(yùn)。尤其商業(yè)航天的行業(yè)現(xiàn)實(shí)被認(rèn)為是“大投入、長(zhǎng)周期、高風(fēng)險(xiǎn)、中回報(bào)”，航天投資的邏輯就是基于投資-風(fēng)險(xiǎn)-回報(bào)的模型，既然盈利風(fēng)險(xiǎn)無(wú)可避免，再加上航天固有的高技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)特性，使得資本對(duì)于發(fā)射失敗的容忍性大幅下降，某次或某幾次失敗迫使創(chuàng)企破產(chǎn)可謂司空見(jiàn)慣。

那么商業(yè)航天大力發(fā)展五花八門的小火箭，是不是“失誤”呢？當(dāng)然不是。利用風(fēng)險(xiǎn)資本加持開(kāi)展火箭研發(fā)固然有一定的弊端，但商業(yè)航天“天生”就自帶試錯(cuò)和創(chuàng)新的“基因”，風(fēng)險(xiǎn)資本的盈利壓力更促使大量原本被雪藏或轉(zhuǎn)為技術(shù)儲(chǔ)備的新技術(shù)加速“落地”，在總體上是值得鼓勵(lì)的。

因此，在足夠的載荷市場(chǎng)需求驅(qū)動(dòng)下，隨著風(fēng)險(xiǎn)資本和商業(yè)航天的認(rèn)知進(jìn)一步趨向理性，必須踏實(shí)分析故障原因，避免“按下葫蘆浮起瓢”式的歸零。在自身試錯(cuò)成本可接受的前提下，“邊飛邊改”和“快速迭代”是航天企業(yè)的必由之路。SpaceX公司從“獵鷹”1屢戰(zhàn)屢敗到“星艦”蓄勢(shì)待發(fā)，堪稱生動(dòng)寫(xiě)照。

正在進(jìn)行濕彩排的“星艦”小火箭的單位發(fā)射成本未必更低，其實(shí)不一定“便宜”，但快速響應(yīng)能力、軌道選擇“自由”等優(yōu)勢(shì)仍能確保其占有部分市場(chǎng)。只不過(guò)，這一方面要求企業(yè)避免急功近利，對(duì)于低級(jí)錯(cuò)誤暴露的體系性問(wèn)題更要進(jìn)行通盤梳理和回溯，爭(zhēng)取下一次發(fā)射成功。另一方面，小火箭表現(xiàn)出色的企業(yè)無(wú)不懷著發(fā)展大中型火箭的雄心壯志，將來(lái)小火箭運(yùn)營(yíng)者很可能“換一茬”，仍要“重復(fù)”類似經(jīng)歷和教訓(xùn)。（作者：田豐）

標(biāo)簽： 發(fā)射失敗 故障原因