全球今亮點(diǎn)！火箭科學(xué)和官僚主義——2022年國外航天發(fā)射的一些事件回顧

火箭科學(xué)和官僚主義——2022年國外航天發(fā)射的一些事件回顧

(資料圖)

作者：Jeff Foust（the spacer view），編譯：楊庭輝

就發(fā)射活動(dòng)而言，2022年是航天史上最活躍的一年。全球共有186次發(fā)射（其中179次成功）。這是五年前的兩倍多，當(dāng)時(shí)全年共有90次發(fā)射（其中86次成功）。發(fā)射總數(shù)的增長主要?dú)w功于中國和SpaceX。中國從2017年的18次發(fā)射增加到2022年的64次，而SpaceX在同一時(shí)間段內(nèi)從18次發(fā)射增加到61次。

SpaceX讓航天發(fā)射看起來像是例行化了。去年，它的61次發(fā)射不僅全部成功，而且每一次助推器回收著陸都成功了——就在五年前，回收這件事還是實(shí)驗(yàn)性的。

然而，在第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射65年后，太空飛行仍然不是常規(guī)活動(dòng)。2022年的最后幾周揭示了發(fā)射活動(dòng)面臨的一些長期挑戰(zhàn)。一枚由歐洲政府支持的火箭在升空幾分鐘后發(fā)生故障，導(dǎo)致其有效載荷無法進(jìn)入軌道。一家初創(chuàng)公司在其小型火箭的首次發(fā)射中進(jìn)行了幾次嘗試，但都因技術(shù)問題而受阻。另外兩家公司希望把活動(dòng)擴(kuò)展到新的發(fā)射場，但遇到了比技術(shù)問題更官僚主義的障礙。

織女星C的“一個(gè)小問題”

12月20日，織女星C火箭發(fā)射失利。圖為發(fā)射前矗立在發(fā)射臺上的該火箭。

12月20日晚，一枚織女星C火箭從法屬圭亞那庫魯航天中心升空，搭載了兩枚來自空中客車防務(wù)和航天集團(tuán)的PléiadesNeo成像衛(wèi)星。這是織女星C的第二次飛行。

織女星C火箭的發(fā)射服務(wù)運(yùn)營商阿里安空間公司在發(fā)射時(shí)很樂觀。三周前，該公司宣布與歐盟委員會(huì)簽署了一份合同，將于2024年至2026年發(fā)射五枚織女星C，服務(wù)于哥白尼地球觀測計(jì)劃。

雖然與歐洲航天局聯(lián)合運(yùn)營哥白尼的歐盟委員會(huì)不太可能為這些衛(wèi)星選擇另一種運(yùn)載工具，但該合同仍能看做對織女星C的認(rèn)可，將其發(fā)射合同數(shù)量增加到13次。阿里安空間公司首席執(zhí)行官在與記者的簡報(bào)中拒絕透露合同價(jià)值，但表示阿里安空間公司提供了“非常有競爭力”的價(jià)格?！拔覀?yōu)樯诒l(wèi)星發(fā)射提供的價(jià)格，與美國推出的產(chǎn)品相比，具有很強(qiáng)的競爭力?！?/p>

12月20日，織女星C火箭在發(fā)射后的前幾分鐘似乎按計(jì)劃飛行。然而，在升空約四分鐘后，火箭的高度開始偏離任務(wù)計(jì)劃軌跡，這表明火箭存在問題。

網(wǎng)絡(luò)直播的評論員們很快就關(guān)注到這個(gè)問題，但仍希望得到糾正?！班?，這是一次非常壯觀的升空，”主持人在屏幕上的數(shù)據(jù)顯示火箭高度驟降時(shí)說道?！拔覀?nèi)匀怀錆M希望，我們希望問題能夠得到解決?！?/p>

幾分鐘后，她猶豫著說：“我們?nèi)栽诘却l(fā)射的消息，似乎有一個(gè)輕微問題。”

阿里安空間公司很快證實(shí)發(fā)射失敗。它與歐洲航天局、火箭主承包商Avio一起，在第二天舉行的新聞發(fā)布會(huì)上提供了一些細(xì)節(jié)，但數(shù)十名在線記者沒有提出任何問題。

阿里安空間公司首席技術(shù)官在簡報(bào)會(huì)上表示，火箭的固體燃料第二級“和風(fēng)40”的燃燒室壓力在點(diǎn)火后7秒開始下降，隨后平臺上的幾個(gè)電子設(shè)備出現(xiàn)故障。

在簡報(bào)會(huì)上，他和其他人都沒有猜測是什么導(dǎo)致了發(fā)動(dòng)機(jī)的壓力下降，盡管他們指出，它在織女星C第一次發(fā)射以及兩次驗(yàn)證飛行中運(yùn)行良好。他們也沒有估計(jì)聯(lián)合調(diào)查需要多長時(shí)間。

這是織女星系列火箭三年半以來的第三次故障。2019年7月的一次發(fā)射，因?yàn)椤昂惋L(fēng)23”發(fā)動(dòng)機(jī)的問題而失敗，這是老款織女星火箭上的第二級發(fā)動(dòng)機(jī)，研制織女星C的時(shí)候被“和風(fēng)40”所取代。2020年11月的發(fā)射由于上面級電纜連接不當(dāng)而失敗，使火箭停飛至2021年4月。

這次失敗發(fā)生在歐洲航天的尷尬時(shí)刻，烏克蘭戰(zhàn)爭導(dǎo)致歐洲無法再使用聯(lián)盟火箭，阿里安5火箭還剩兩枚，阿麗亞娜6號火箭的第一次發(fā)射不早于2023年第四季度。織女星C與阿麗亞娜6號一樣，是歐洲長期進(jìn)入太空的基礎(chǔ)，但這項(xiàng)過渡并不容易。

“我們致力于組織和實(shí)施織女星C號的長期、成功復(fù)飛，”阿里安空間公司在失敗后的簡報(bào)會(huì)上說，但沒有估計(jì)織女星C何時(shí)可以再次發(fā)射。

取得平衡

11月21日，ABL航天系統(tǒng)公司試圖從阿拉斯加科迪亞克發(fā)射RS1火箭，但因最后一秒的技術(shù)問題而終止。

第一次發(fā)射新火箭可能比讓火箭事故后復(fù)飛更具挑戰(zhàn)性。在復(fù)飛的情況下，人們知道火箭是可以工作的，只需要弄清楚出了什么問題。在發(fā)射新火箭的時(shí)候，人們并不能保證，它一定可以工作。

ABL航天系統(tǒng)公司就是這樣，該公司曾希望在秋季末從阿拉斯加科迪亞克進(jìn)行RS1火箭的首次發(fā)射。與小型運(yùn)載火箭領(lǐng)域的一些同行相比，該公司在運(yùn)載火箭的開發(fā)中一直保持著相對低調(diào)的姿態(tài)，沒有進(jìn)行發(fā)射的網(wǎng)絡(luò)直播，僅僅是進(jìn)行了一系列社交媒體更新。

ABL于11月14日進(jìn)行了第一次發(fā)射嘗試，但在發(fā)射前30分鐘，由于火箭下部燃料箱中的增壓系統(tǒng)出現(xiàn)閥門故障，未能完成發(fā)射。三天后，在第一級發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火時(shí)，發(fā)現(xiàn)一半的氣體發(fā)生器壓力低，在T-1.8秒時(shí)終止。該公司的結(jié)論是，自己沒有適當(dāng)調(diào)節(jié)火箭內(nèi)的液氧供應(yīng)。11月21日的第三次嘗試在T-1.75秒時(shí)終止，液氧供應(yīng)調(diào)節(jié)適當(dāng)，但用于點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)中存在低壓。

該公司在回顧第三次發(fā)射嘗試時(shí)表示：“這一次很接近成功。如果我們只保守了0.3%，RS1當(dāng)天就會(huì)飛起來。對我們的團(tuán)隊(duì)來說，這是一個(gè)重要周末，但我們必須在主動(dòng)終止發(fā)射和火箭失敗之間取得平衡?！?/p>

該公司于12月8日在科迪亞克進(jìn)行了第四次嘗試，但在T-6分鐘時(shí)中止了發(fā)射。幾天后，該公司表示，航空電子設(shè)備中的“意外電氣干擾”觸發(fā)了中止，這是一個(gè)只有在火箭加注推進(jìn)劑時(shí)才會(huì)注意到的問題。該公司總結(jié)道：“這表明了熱電或熱機(jī)械存在基礎(chǔ)性問題”。

ABL把火箭撤出發(fā)射場，以糾正問題，并為第五次發(fā)射嘗試做準(zhǔn)備。這次發(fā)射目前計(jì)劃不早于1月9日，地點(diǎn)還是科迪亞克。

手續(xù)問題

維珍軌道公司的“宇宙女孩”波音747飛機(jī)，在英國康沃爾航天港等待進(jìn)行英國本土的首次發(fā)射。

火箭實(shí)驗(yàn)室和維珍軌道公司都曾多次使用小型運(yùn)載火箭成功進(jìn)入軌道，火箭實(shí)驗(yàn)室的“電子”和維珍軌道的發(fā)射器一號分別在新西蘭和南加州發(fā)射。但兩家公司在嘗試從新地點(diǎn)發(fā)射時(shí)，都遇到了問題。

維珍軌道公司在11月談到英國發(fā)射許可程序時(shí)表示：“這比我們預(yù)期的要長，也比我們預(yù)計(jì)的要花更多的精力?！?。

維珍軌道公司長期以來一直標(biāo)榜發(fā)射器一號的機(jī)動(dòng)性——理論上，任何能容納波音747的機(jī)場都可以成為發(fā)射場。2022年秋天，該公司終于準(zhǔn)備好，將“宇宙少女”747飛機(jī)送往英國紐基康沃爾機(jī)場，也就是康沃爾航天港，執(zhí)行一項(xiàng)名為“啟動(dòng)我”的任務(wù)，這不僅是維珍軌道公司首次從美國境外發(fā)射，也是英國首次從本土進(jìn)行軌道發(fā)射。不過，這需要維珍軌道和康沃爾航天港取得許可證，需要經(jīng)過英國民航局（CAA）（相當(dāng)于美國聯(lián)邦航空局）的流程。隨著流程的進(jìn)行，維珍軌道方面感到有些沮喪。

維珍軌道公司首席執(zhí)行官丹·哈特（DanHart）在11月初的一次電話財(cái)報(bào)會(huì)議上表示：“好消息是，我們沒有看到任何阻礙發(fā)展的因素或重大問題。但是，這比我們預(yù)期的要長，也要花更多的精力?！?/p>

幾天前，英國下議院一個(gè)委員會(huì)發(fā)表了一份報(bào)告，批評了CAA的拖沓，并呼吁CAA指派更多人員進(jìn)行發(fā)射許可審查。（事實(shí)上，到報(bào)告發(fā)布時(shí)，CAA已經(jīng)增加了從事發(fā)射許可工作的人數(shù)。）

這些延誤影響了維珍軌道的業(yè)務(wù)。該公司曾預(yù)計(jì)2022年將有六次發(fā)射，計(jì)劃到秋季初，兩次發(fā)射成功完成，第四次發(fā)射將回到美國進(jìn)行。但在2022年11月的電話財(cái)報(bào)會(huì)議上，哈特表示，該公司2022年只會(huì)完成三次發(fā)射，前提是能及時(shí)獲得在英國發(fā)射的許可證。

一個(gè)月后，維珍軌道表示，它已經(jīng)放棄2022年從英國發(fā)射。該公司12月8日表示，在等待CAA許可證期間，需要對火箭進(jìn)行“額外技術(shù)工作”。發(fā)射將推遲“未來幾周”，或推遲到2023年初。

CAA的許可證終于在12月21日批準(zhǔn)，維珍軌道現(xiàn)在已經(jīng)獲得了在英國發(fā)射所需的所有監(jiān)管批準(zhǔn)。哈特在一份聲明中表示：“這是CAA的一個(gè)重要里程碑，代表著一項(xiàng)巨大努力的成功完成，其中包括新法規(guī)、新流程和新團(tuán)隊(duì)的建設(shè)?！?/p>

CAA對其阻礙發(fā)射的說法很敏感，在聲明中指出，它“在預(yù)期的時(shí)間內(nèi)”頒發(fā)了維珍軌道的許可證。CAA先前估計(jì)，發(fā)射許可程序需要9到18個(gè)月才能完成，但它在15個(gè)月內(nèi)將許可證授予了維珍軌道。

然而，許可過程中的延遲在兩個(gè)方面影響了維珍軌道。

其一是，該公司尚未證明它可以把發(fā)射頻率提高到多少，以創(chuàng)造更多收入并遏制公司的虧損。目前還不清楚，如果它留在加利福尼亞州莫哈維航空航天港的基地，它還能進(jìn)行多少次發(fā)射。

其二是，從英國獲得許可證的困難表明，該公司將發(fā)射業(yè)務(wù)擴(kuò)展到其他國家的計(jì)劃可能比預(yù)計(jì)的更困難。維珍軌道公司強(qiáng)調(diào)了其火箭系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性，并討論了未來幾年從澳大利亞和日本發(fā)射的可能性。但如果每一個(gè)新地點(diǎn)都會(huì)帶來許可障礙，那么就不值得去開辟新的市場機(jī)會(huì)了。

當(dāng)維珍軌道公司正在等待CAA的許可文件時(shí)，火箭實(shí)驗(yàn)室公司也在等待批文。該公司正準(zhǔn)備從位于弗吉尼亞州沃洛普斯島的發(fā)射場進(jìn)行期待已久的美國本土首次發(fā)射。該設(shè)施本身于三年前建成，曾經(jīng)計(jì)劃于2020年年中在那里實(shí)施第一次“電子”火箭發(fā)射。

然而，要從沃洛普斯發(fā)射，火箭實(shí)驗(yàn)室需要一個(gè)由NASA開發(fā)的新的自主飛行終止系統(tǒng)，該系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)督發(fā)射場。這個(gè)系統(tǒng)被稱為NASA自主飛行終止單元（NAFTU），于2020年完成，但審查發(fā)現(xiàn)其軟件存在大量錯(cuò)誤。這導(dǎo)致了對該系統(tǒng)的跨機(jī)構(gòu)審查，火箭實(shí)驗(yàn)室公司被迫邀請了FAA和美國太空部隊(duì)的專家來協(xié)助。

到2022年初，NAFTU已準(zhǔn)備好進(jìn)行獨(dú)立審查和認(rèn)證，以此發(fā)現(xiàn)需要解決的其他問題。“我們逐一克服了挑戰(zhàn)，并在2022年夏天完成了獨(dú)立測試，”NASA沃洛普斯飛行設(shè)施主任大衛(wèi)·皮爾斯在12月14日的簡報(bào)會(huì)上表示。

到了秋天，NAFTU獲得了正式認(rèn)證，并移交給了火箭實(shí)驗(yàn)室公司?？雌饋恚摴驹?2月16日嘗試發(fā)射火箭之前，除了皮爾斯所說的，向FAA展示其飛行安全計(jì)劃的一些小文件外，沒有什么可做的了。

然而，一天后，火箭實(shí)驗(yàn)室公司宣布，12月16日的飛行將推遲至少兩天，因?yàn)镹ASA和FAA需要完成“發(fā)射場驅(qū)動(dòng)文件”，也就是皮爾斯前一天提到的文件。

火箭實(shí)驗(yàn)室公司首席執(zhí)行官彼得·貝克（PeterBeck）用一條令人震驚的推文表達(dá)了他對延遲的失望。12月16日，在沃洛普斯工廠接受采訪時(shí)，他承認(rèn)自己對這個(gè)超出控制范圍的問題感到“失望和沮喪”，他認(rèn)為這個(gè)問題早就應(yīng)該得到解決。

他說：“這是第一次，總會(huì)有一些問題。我們只是對六個(gè)月前沒有發(fā)生這些問題感到沮喪。問題幾乎發(fā)生在我們準(zhǔn)備發(fā)射的前幾天。”他說，火箭實(shí)驗(yàn)室自12月初以來就已經(jīng)為其“弗吉尼亞是發(fā)射愛好者”任務(wù)做好了準(zhǔn)備，搭載了三顆鷹眼360射頻監(jiān)測衛(wèi)星。

文件問題終于得到解決后，風(fēng)力因素迫使火箭實(shí)驗(yàn)室公司放棄了12月18日的發(fā)射嘗試。到12月20日發(fā)射窗口結(jié)束時(shí)，氣象預(yù)測還是沒有改善，迫使火箭實(shí)驗(yàn)室將發(fā)射推遲到圣誕假期之后。

貝克說，他不希望導(dǎo)致第一次從沃勒普斯發(fā)射“電子”火箭的問題再次出現(xiàn)。這家公司在11月的電話財(cái)報(bào)會(huì)議中表示，預(yù)計(jì)2023年將進(jìn)行14次發(fā)射，其中4~6次將來自沃洛普斯飛行設(shè)施。

然而，由火箭實(shí)驗(yàn)室擁有和運(yùn)營的新西蘭1號發(fā)射場將繼續(xù)是“電子”火箭的主發(fā)射場。貝克說，在沃洛普斯起步所面臨的挑戰(zhàn)“讓你感激擁有自己的發(fā)射場，在那里你可以控制所有問題，可以直接與監(jiān)管機(jī)構(gòu)打交道?！?/p>

火箭實(shí)驗(yàn)室和其他機(jī)構(gòu)正準(zhǔn)備在1月份進(jìn)行新的發(fā)射嘗試，而SpaceX已經(jīng)開始了。今年的第一次獵鷹九號發(fā)射于美東時(shí)間1月3日上午實(shí)施，為許多客戶發(fā)射了114顆小型衛(wèi)星，是一次Transporter系列專屬拼車發(fā)射任務(wù)。僅這一次發(fā)射入軌的衛(wèi)星，就超過許多小型運(yùn)載火箭公司在2023年發(fā)射計(jì)劃的總和。

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