隨著點(diǎn)火口令下達(dá)，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出震耳欲聾的巨響，隨后運(yùn)載火箭從煙霧中緩緩上升，逐漸加速并直插云霄，這就是運(yùn)載火箭起飛的畫面。但火箭在首飛前，需要?dú)v經(jīng)長(zhǎng)達(dá)數(shù)年的研制時(shí)間，而過程中出現(xiàn)的任何問題都有可能導(dǎo)致首飛時(shí)間一推再推。例如，眾多火箭曾言之鑿鑿于今年首飛，但2021已臨界末尾，一通盤點(diǎn)過后，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(lǐng)域的“鴿王爭(zhēng)霸”，第一名要數(shù)美國重型火箭領(lǐng)域的當(dāng)家花旦——太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）。這種集美國宇航局萬千寵愛于一身，由美國國會(huì)在經(jīng)費(fèi)和政策上“雙重”護(hù)航，基于航天飛機(jī)成熟技術(shù)“堆砌”而成的重型火箭，于2011年正式立項(xiàng)研制。

　　該火箭原定于2016年首飛，但隨后歷經(jīng)8次重大推遲，截至目前已研制長(zhǎng)達(dá)10年，累計(jì)花費(fèi)212億美元后仍在推遲。之前，SLS定于今年末首飛，但因近期芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制器失效更換等一系列問題，最新首飛時(shí)間已經(jīng)推至明年初。

　　縱觀人類航天史，重型火箭由于體量大、難度高，有所推遲是正?，F(xiàn)象，但SLS不同以往，其構(gòu)型并無創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)理念。恰恰相反，SLS的設(shè)計(jì)相對(duì)于可部分重復(fù)使用的航天飛機(jī)而言稱得上是倒退，它拋棄了重復(fù)使用設(shè)計(jì)，算是航天飛機(jī)技術(shù)遺產(chǎn)的重新組合。

　　火箭芯一級(jí)采用4臺(tái)航天飛機(jī)使用的RS-25主發(fā)動(dòng)機(jī)，并將航天飛機(jī)的四段式固體助推器延長(zhǎng)至五段，而芯二級(jí)派生自即將退役的德爾塔4系列火箭的芯二級(jí)，安裝有單臺(tái)RL-10發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　SLS火箭安裝的4臺(tái)RS-25主發(fā)動(dòng)機(jī)

　　縱觀全箭，各主要分系統(tǒng)都是成熟的技術(shù)和產(chǎn)品，尤其是RL-10作為美國第一種氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)，自1963首飛至今已可靠服役超過半個(gè)世紀(jì)。

　　得益于成熟技術(shù)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，以期替代復(fù)用成本高昂的航天飛機(jī)。然而，隨著SLS的不斷推遲和耗資暴漲，單次發(fā)射成本已高達(dá)20億美元。

　　由于SLS承擔(dān)著維持航天飛機(jī)時(shí)代供應(yīng)鏈體系的責(zé)任，供應(yīng)商體系依然龐雜、昂貴且低效。除供貨、協(xié)調(diào)等低效產(chǎn)生的延期外，部分試驗(yàn)環(huán)節(jié)的不順也加劇了項(xiàng)目節(jié)點(diǎn)后移。

　　“星艦”首飛遭多種因素?cái)r路

　　說到曾計(jì)劃今年首飛的重型火箭，不得不提進(jìn)度上正在奮起直追的“星艦”。相對(duì)于SLS的磨洋工，“星艦”研制可謂飛速，從2019年首臺(tái)原型機(jī)開始制造至今不過兩年。

　　今年初，馬斯克曾豪言要在年內(nèi)進(jìn)行首次軌道發(fā)射，跟SLS拼個(gè)高下，結(jié)果事與愿違，兩者均推遲到明年。

　　“星艦”推遲的原因首先是自身設(shè)計(jì)的不斷迭代，設(shè)計(jì)方案改了又改，導(dǎo)致SN-12、13、14、16等原型機(jī)制造一半或未經(jīng)試飛就被拆毀或報(bào)廢。

　　其次是“星艦”貯箱所用不銹鋼牌號(hào)不斷修改，厚度有所減薄，翼面尺寸及位置也幾經(jīng)調(diào)整，近期又在增加發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量，換用2.0版猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)，并進(jìn)一步拉長(zhǎng)火箭二子級(jí)，這都是“星艦”首次軌道試飛時(shí)間不斷推后的原因。

　　再次是“猛禽”的可靠性不足也拖累了“星艦”進(jìn)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(guān)。還有是嚴(yán)重低估了軌道級(jí)發(fā)射臺(tái)的工程量，推進(jìn)劑貯存設(shè)施、新設(shè)計(jì)的回收機(jī)構(gòu)至今仍在調(diào)試。

　　SN-10落地后側(cè)翻爆炸

　　最后是美國監(jiān)管當(dāng)局冗長(zhǎng)的環(huán)評(píng)及發(fā)射許可流程，迄今仍無結(jié)果，年內(nèi)進(jìn)行首次軌道發(fā)射徹底成為泡影。

　　ULA巧“箭”難為無“機(jī)”之飛

　　12月1日是美國聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司（ULA）創(chuàng)辦15周年的紀(jì)念日。該企業(yè)自成立以來，145次發(fā)射任務(wù)全部成功的業(yè)績(jī)十分耀眼。但實(shí)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(jí)由藍(lán)色起源公司研制的BE-4發(fā)動(dòng)機(jī)遲遲不能交付，被迫推遲到2022年，如果繼續(xù)推遲到宇宙神5火箭退役還不能接班的話，ULA將出現(xiàn)“無箭可用”的尷尬境地。

　　“宇宙神5”之所以要強(qiáng)制退役，要從1994年美國空軍發(fā)起的“改進(jìn)型一次性運(yùn)載火箭”計(jì)劃說起。當(dāng)時(shí)美國空軍選定“德爾塔4”和“宇宙神5”分?jǐn)倗腊l(fā)射任務(wù)，但美國政界卻對(duì)“宇宙神5”芯一級(jí)使用的俄制RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)耿耿于懷，擔(dān)心俄羅斯借“機(jī)”威脅美國的國家安全，于是策動(dòng)“國家安全發(fā)射”項(xiàng)目，重新選定兩種火箭，且要求必須采用美制發(fā)動(dòng)機(jī)以除后患。隨后，ULA的“火神”雀屏中選。

　　實(shí)際上，“火神”芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)時(shí)的可選項(xiàng)有兩家，除了藍(lán)色起源公司外，另一家是由洛克達(dá)因公司研制的AR-1發(fā)動(dòng)機(jī)。ULA考慮到洛克達(dá)公司因近年來的研制能力下降，采購報(bào)價(jià)也水漲船高，最終冒險(xiǎn)選擇了藍(lán)色起源公司的BE-4液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　BE-4采用分級(jí)燃燒循環(huán)，設(shè)計(jì)推力240噸。選定后，BE-4的研制遭遇了嚴(yán)重技術(shù)問題，于是2019年初將整個(gè)預(yù)燃室-渦輪泵系統(tǒng)推翻重來，之后經(jīng)兩年研制仍無法穩(wěn)定工作在額定推力上，遲遲未能交付。

　　為盡可能減少對(duì)進(jìn)度的拖累，ULA只能重排試驗(yàn)進(jìn)度，單獨(dú)將芯一級(jí)貯箱拉到發(fā)射臺(tái)開展測(cè)試，上演了一場(chǎng)巧“箭”難為無“機(jī)”之飛的尷尬戲碼。

　　一機(jī)“坑”兩箭，推遲本常態(tài)

　　BE-4的研制窘境不僅拖累ULA，也影響了藍(lán)色起源公司自家的新格倫火箭的研制進(jìn)度?！靶赂駛悺痹ń衲昴┑氖罪w日期早已不提。常言道，“屋漏偏逢連夜雨”，今年藍(lán)色起源公司在登月艙合同中落敗SpaceX公司后，創(chuàng)始人杰夫·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(fā)或?yàn)槠漕~外頒發(fā)合同，并公開抨擊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(diǎn)。加之藍(lán)色起源公司自身管理的積弊已久，于今年秋天爆發(fā)了一場(chǎng)核心員工離職潮，一系列動(dòng)蕩使“新格倫”的研制進(jìn)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(lǐng)域新研制火箭進(jìn)度推遲，經(jīng)費(fèi)上漲幾成常態(tài)。例如，歐洲的阿里安6火箭受新冠肺炎疫情、發(fā)射臺(tái)建設(shè)緩慢、資金不足等原因影響，發(fā)射推遲至2022年末。

　　阿里安6運(yùn)載火箭發(fā)射想象圖

　　日本的H-3火箭芯一級(jí)采用了新型LE-9氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)，膨脹循環(huán)的LE-9真空推力高達(dá)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(jīng)推遲至明年。還有一些初創(chuàng)航企的今年首飛計(jì)劃，也已被人遺忘在日歷和新聞中。

　　其實(shí)，運(yùn)載火箭的進(jìn)度推遲有著各種各樣的原因，最主要是技術(shù)問題，例如，設(shè)計(jì)難以定型，方案朝令夕改；或?qū)π录夹g(shù)風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)知和預(yù)研不足，導(dǎo)致關(guān)鍵技術(shù)難以攻克；也可能是試驗(yàn)條件限制或不夠充分。另外是管理協(xié)調(diào)的低效和帶來的成本增加，例如，SLS龐雜的供應(yīng)商體系直接導(dǎo)致了“今年復(fù)明年，推遲何其多，經(jīng)費(fèi)漲漲漲，最終成鴿王”的窘境。

　　還有就是資金、定位和監(jiān)管帶來的影響。部分火箭型號(hào)因?yàn)槎ㄎ荒：?，加上拖期?dǎo)致市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(huán)。而如何能夠合理安排一個(gè)型號(hào)的研制進(jìn)度，推動(dòng)其又好又快地進(jìn)行，無疑是全世界航天人都需要解決和面對(duì)的一個(gè)重要問題。

　　文/田豐

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