世界速读：小火箭发射接连失败，前途有待观察

2023-01-31 13:17:12 来源：科普中国

不久前，美国ABL航天系统公司的RS1小火箭从阿拉斯加太平洋航天港首飞。不幸的是，火箭升空不久即出现异常，第一级9台发动机同时关机。失去动力的火箭落回发射台并发生爆炸，造成发射台及附属设施受损，好在并无人员伤亡。

RS1小火箭首飞失败就在这次事故的前一天，维珍轨道公司的运载器一号空射液体小火箭在英国境内首次发射同样遭遇失败。小火箭连续失败，原因何在？未来前途如何？商业航天以其为发展重点，是否妥当？由于以上两款小火箭均为液体动力，再考虑到固体火箭的特殊身份，我们不妨以液体小火箭作为讨论切入点。

(资料图)

新技术带来新风险

液体小火箭发射失败并不罕见。2022年美国SpaceX公司以100%的成功率连射61发，成绩骄人，但10多年前的SpaceX公司初创时期，全球首款由私人资金打造的入轨级火箭猎鹰1曾连续发射失败。

猎鹰1火箭曾多次发射失败一直以来，液体火箭被视为商业发射力量的“高端”装备，也是初创航天企业技术实力的集中体现。纵观近年来液体小火箭的发射记录，故障原因集中在“一低一高”两个阶段：要么隐患出在小火箭首飞离架之后、达到最大动压点之前，要么问题出在火箭入轨前或末级工作段。

火箭一旦起飞，遗憾就难以弥补，其第一级要经历火箭飞行过程中最复杂的考验。如果想提升发射成功率，就必须事先从产品可靠性和动力系统设计等方面下功夫，这其实对于小火箭更加不利——以猎鹰9火箭为代表的大中型火箭可以依靠多发并联、冗余备份来确保整体任务成功，个别故障发动机还能在回收后仔细排查，吸取教训；小火箭往往没有足够的空间和成本来满足类似条件，可以认为其容错率更低，技术标准丝毫不能放松。

不过，小火箭的“小”似乎给外界“简单”的错觉，因此商业航天往往从小火箭“入门”，可能在不经意间暴露出某些固有缺陷。

首先，初创航天企业的技术积累比较薄弱，经验不足，加之更强调经济效益，难免压缩研发周期，精简试验项目，引入大量较便宜的非航天级零部件，质保体系未必完善，都有可能放大发射失败的风险。即便某些小火箭使用了成熟航天供应商的分系统，宣称“继承”可靠性，但初创企业未必具备出色的整合和质控能力，无法全局性掌控火箭质量。

其次，液体小火箭多采用两级通用发动机设计，以便降低成本。相比可以充分试验的火箭第一级发动机地面试车，如果想要完整地模拟第二级发动机在真空下的力、热、振动、辐射等工作环境，有必要配备装有引射装置的高空试车台。然而初创企业面临资金压力，项目周期紧张，高空试车台这种昂贵复杂的设施往往无缘使用。

另外，商业航天新势力的设计思路普遍激进，小火箭大胆采用新技术：比如大比例引入增材制造，加工发动机喷注器、燃烧室等核心零件，甚至包括贮箱；新型推进剂组合受到青睐，例如近年来因追求火箭回收复用而“刮起液氧甲烷风”；新的构型和发射方式更是屡见不鲜，比如运载器一号小火箭抛弃了“前辈”验证过的固体动力空射路线，选择液体动力空射方案。

“运载器一号”发射然而，新技术不可避免地带来新风险。“运载器一号”首飞就败在液体推进剂管路的可靠性上，电子号火箭采用的电泵循环同样曾导致发射失败。

值得鼓励前景待观察

上述失败无可避免地威胁到小火箭的前途命运。尤其商业航天的行业现实被认为是“大投入、长周期、高风险、中回报”，航天投资的逻辑就是基于投资-风险-回报的模型，既然盈利风险无可避免，再加上航天固有的高技术风险特性，使得资本对于发射失败的容忍性大幅下降，某次或某几次失败迫使创企破产可谓司空见惯。

那么商业航天大力发展五花八门的小火箭，是不是“失误”呢？当然不是。利用风险资本加持开展火箭研发固然有一定的弊端，但商业航天“天生”就自带试错和创新的“基因”，风险资本的盈利压力更促使大量原本被雪藏或转为技术储备的新技术加速“落地”，在总体上是值得鼓励的。

因此，在足够的载荷市场需求驱动下，随着风险资本和商业航天的认知进一步趋向理性，必须踏实分析故障原因，避免“按下葫芦浮起瓢”式的归零。在自身试错成本可接受的前提下，“边飞边改”和“快速迭代”是航天企业的必由之路。SpaceX公司从“猎鹰”1屡战屡败到“星舰”蓄势待发，堪称生动写照。

正在进行湿彩排的“星舰”小火箭的单位发射成本未必更低，其实不一定“便宜”，但快速响应能力、轨道选择“自由”等优势仍能确保其占有部分市场。只不过，这一方面要求企业避免急功近利，对于低级错误暴露的体系性问题更要进行通盘梳理和回溯，争取下一次发射成功。另一方面，小火箭表现出色的企业无不怀着发展大中型火箭的雄心壮志，将来小火箭运营者很可能“换一茬”，仍要“重复”类似经历和教训。（作者：田丰）

关键词：发射失败故障原因