隨著(zhù)點(diǎn)火口令下達，火箭發(fā)動(dòng)機發(fā)出震耳欲聾的巨響，隨后運載火箭從煙霧中緩緩上升，逐漸加速并直插云霄，這就是運載火箭起飛的畫(huà)面。但火箭在首飛前，需要歷經(jīng)長(cháng)達數年的研制時(shí)間，而過(guò)程中出現的任何問(wèn)題都有可能導致首飛時(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(pán)點(diǎn)過(guò)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“鴿王爭霸”，第一名要數美國重型火箭領(lǐng)域的當家花旦——太空發(fā)射系統（SLS）。這種集美國宇航局萬(wàn)千寵愛(ài)于一身，由美國國會(huì )在經(jīng)費和政策上“雙重”護航，基于航天飛機成熟技術(shù)“堆砌”而成的重型火箭，于2011年正式立項研制。

　　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(cháng)達10年，累計花費212億美元后仍在推遲。之前，SLS定于今年末首飛，但因近期芯一級發(fā)動(dòng)機的控制器失效更換等一系列問(wèn)題，最新首飛時(shí)間已經(jīng)推至明年初。

　　縱觀(guān)人類(lèi)航天史，重型火箭由于體量大、難度高，有所推遲是正?，F象，但SLS不同以往，其構型并無(wú)創(chuàng )新性的設計理念。恰恰相反，SLS的設計相對于可部分重復使用的航天飛機而言稱(chēng)得上是倒退，它拋棄了重復使用設計，算是航天飛機技術(shù)遺產(chǎn)的重新組合。

　　火箭芯一級采用4臺航天飛機使用的RS-25主發(fā)動(dòng)機，并將航天飛機的四段式固體助推器延長(cháng)至五段，而芯二級派生自即將退役的德?tīng)査?系列火箭的芯二級，安裝有單臺RL-10發(fā)動(dòng)機。

　　SLS火箭安裝的4臺RS-25主發(fā)動(dòng)機

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

　　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，以期替代復用成本高昂的航天飛機。然而，隨著(zhù)SLS的不斷推遲和耗資暴漲，單次發(fā)射成本已高達20億美元。

　　由于SLS承擔著(zhù)維持航天飛機時(shí)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(xié)調等低效產(chǎn)生的延期外，部分試驗環(huán)節的不順也加劇了項目節點(diǎn)后移。

　　“星艦”首飛遭多種因素攔路

　　說(shuō)到曾計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”。相對于SLS的磨洋工，“星艦”研制可謂飛速，從2019年首臺原型機開(kāi)始制造至今不過(guò)兩年。

　　今年初，馬斯克曾豪言要在年內進(jìn)行首次軌道發(fā)射，跟SLS拼個(gè)高下，結果事與愿違，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(jīng)試飛就被拆毀或報廢。

　　其次是“星艦”貯箱所用不銹鋼牌號不斷修改，厚度有所減薄，翼面尺寸及位置也幾經(jīng)調整，近期又在增加發(fā)動(dòng)機數量，換用2.0版猛禽發(fā)動(dòng)機，并進(jìn)一步拉長(cháng)火箭二子級，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)。還有是嚴重低估了軌道級發(fā)射臺的工程量，推進(jìn)劑貯存設施、新設計的回收機構至今仍在調試。

　　SN-10落地后側翻爆炸

　　最后是美國監管當局冗長(cháng)的環(huán)評及發(fā)射許可流程，迄今仍無(wú)結果，年內進(jìn)行首次軌道發(fā)射徹底成為泡影。

　　ULA巧“箭”難為無(wú)“機”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周年的紀念日。該企業(yè)自成立以來(lái)，145次發(fā)射任務(wù)全部成功的業(yè)績(jì)十分耀眼。但實(shí)際上，ULA在今年是“啞巴吃黃連，有苦說(shuō)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(fā)動(dòng)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(huà)，ULA將出現“無(wú)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(fā)起的“改進(jìn)型一次性運載火箭”計劃說(shuō)起。當時(shí)美國空軍選定“德?tīng)査?”和“宇宙神5”分攤國防發(fā)射任務(wù)，但美國政界卻對“宇宙神5”芯一級使用的俄制RD-180發(fā)動(dòng)機耿耿于懷，擔心俄羅斯借“機”威脅美國的國家安全，于是策動(dòng)“國家安全發(fā)射”項目，重新選定兩種火箭，且要求必須采用美制發(fā)動(dòng)機以除后患。隨后，ULA的“火神”雀屏中選。

　　實(shí)際上，“火神”芯一級發(fā)動(dòng)機當時(shí)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(fā)動(dòng)機。ULA考慮到洛克達公司因近年來(lái)的研制能力下降，采購報價(jià)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(fā)動(dòng)機。

　　BE-4采用分級燃燒循環(huán)，設計推力240噸。選定后，BE-4的研制遭遇了嚴重技術(shù)問(wèn)題，于是2019年初將整個(gè)預燃室-渦輪泵系統推翻重來(lái)，之后經(jīng)兩年研制仍無(wú)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(jìn)度的拖累，ULA只能重排試驗進(jìn)度，單獨將芯一級貯箱拉到發(fā)射臺開(kāi)展測試，上演了一場(chǎng)巧“箭”難為無(wú)“機”之飛的尷尬戲碼。

　　一機“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)或為其額外頒發(fā)合同，并公開(kāi)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(mǎn)，在社交媒體上公開(kāi)稱(chēng)不同意公司的觀(guān)點(diǎn)。加之藍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(lái)航天領(lǐng)域新研制火箭進(jìn)度推遲，經(jīng)費上漲幾成常態(tài)。例如，歐洲的阿里安6火箭受新冠肺炎疫情、發(fā)射臺建設緩慢、資金不足等原因影響，發(fā)射推遲至2022年末。

　　阿里安6運載火箭發(fā)射想象圖

　　日本的H-3火箭芯一級采用了新型LE-9氫氧發(fā)動(dòng)機，膨脹循環(huán)的LE-9真空推力高達140噸，但今年LE-9的試車(chē)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 )航企的今年首飛計劃，也已被人遺忘在日歷和新聞中。

　　其實(shí)，運載火箭的進(jìn)度推遲有著(zhù)各種各樣的原因，最主要是技術(shù)問(wèn)題，例如，設計難以定型，方案朝令夕改；或對新技術(shù)風(fēng)險的認知和預研不足，導致關(guān)鍵技術(shù)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(xié)調的低效和帶來(lái)的成本增加，例如，SLS龐雜的供應商體系直接導致了“今年復明年，推遲何其多，經(jīng)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(lái)的影響。部分火箭型號因為定位模糊，加上拖期導致市場(chǎng)競爭力下滑，而資金不足又反過(guò)來(lái)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)型號的研制進(jìn)度，推動(dòng)其又好又快地進(jìn)行，無(wú)疑是全世界航天人都需要解決和面對的一個(gè)重要問(wèn)題。

　　文/田豐

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