科学探索|2021年,这些火箭首飞缘何“打水漂”?
随着点火口令下达,火箭发动机发出震耳欲聋的巨响,随后运载火箭从烟雾中缓缓上升,逐渐加速并直插云霄,这就是运载火箭起飞的画面 。但火箭在首飞前,需要历经长达数年的研制时间,而过程中出现的任何问题都有可能导致首飞时间一推再推 。
马斯克:星舰耗费巨大精力,不确定能否成功
例如,众多火箭曾言之凿凿于今年首飞,但2021已临界末尾,一通盘点过后,依然还有不少火箭的首飞打了水漂,放了“鸽子” 。
又慢又贵的“鸽王”重型火箭
要论近几年火箭领域的“鸽王争霸”,第一名要数美国重型火箭领域的当家花旦——太空发射系统(SLS) 。这种集美国宇航局万千宠爱于一身,由美国国会在经费和政策上“双重”护航,基于航天飞机成熟技术“堆砌”而成的重型火箭,于2011年正式立项研制 。
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该火箭原定于2016年首飞,但随后历经8次重大推迟,截至目前已研制长达10年,累计花费212亿美元后仍在推迟 。之前,SLS定于今年末首飞,但因近期芯一级发动机的控制器失效更换等一系列问题,最新首飞时间已经推至明年初 。
纵观人类航天史,重型火箭由于体量大、难度高,有所推迟是正常现象,但SLS不同以往,其构型并无创新性的设计理念 。恰恰相反,SLS的设计相对于可部分重复使用的航天飞机而言称得上是倒退,它抛弃了重复使用设计,算是航天飞机技术遗产的重新组合 。
火箭芯一级采用4台航天飞机使用的RS-25主发动机,并将航天飞机的四段式固体助推器延长至五段,而芯二级派生自即将退役的德尔塔4系列火箭的芯二级,安装有单台RL-10发动机 。
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SLS火箭安装的4台RS-25主发动机
纵观全箭,各主要分系统都是成熟的技术和产品,尤其是RL-10作为美国第一种氢氧发动机,自1963首飞至今已可靠服役超过半个世纪 。
得益于成熟技术的堆砌,SLS在诞生之初,美国宇航局就将它定位为一种可快速研制成型的低成本、一次性火箭,以期替代复用成本高昂的航天飞机 。然而,随着SLS的不断推迟和耗资暴涨,单次发射成本已高达20亿美元 。
由于SLS承担着维持航天飞机时代供应链体系的责任,供应商体系依然庞杂、昂贵且低效 。除供货、协调等低效产生的延期外,部分试验环节的不顺也加剧了项目节点后移 。
“星舰”首飞遭多种因素拦路
说到曾计划今年首飞的重型火箭,不得不提进度上正在奋起直追的“星舰” 。相对于SLS的磨洋工,“星舰”研制可谓飞速,从2019年首台原型机开始制造至今不过两年 。
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今年初,马斯克曾豪言要在年内进行首次轨道发射,跟SLS拼个高下,结果事与愿违,两者均推迟到明年 。
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“星舰”推迟的原因首先是自身设计的不断迭代,设计方案改了又改,导致SN-12、13、14、16等原型机制造一半或未经试飞就被拆毁或报废 。
其次是“星舰”贮箱所用不锈钢牌号不断修改,厚度有所减薄,翼面尺寸及位置也几经调整,近期又在增加发动机数量,换用2.0版猛禽发动机,并进一步拉长火箭二子级,这都是“星舰”首次轨道试飞时间不断推后的原因 。
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