隨著點火口令下達，火箭發(fā)動機發(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面。但火箭在首飛前，需要歷經(jīng)長達數(shù)年的研制時間，而過程中出現(xiàn)的任何問題都有可能導致首飛時間一推再推。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“鴿王爭霸”，第一名要數(shù)美國重型火箭領(lǐng)域的當家花旦——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)動機的控制器失效更換等一系列問題，最新首飛時間已經(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)動機，并將航天飛機的四段式固體助推器延長至五段，而芯二級派生自即將退役的德爾塔4系列火箭的芯二級，安裝有單臺RL-10發(fā)動機。

　　SLS火箭安裝的4臺RS-25主發(fā)動機

　　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)動機，自1963首飛至今已可靠服役超過半個世紀。

　　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承擔著維持航天飛機時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(diào)等低效產(chǎn)生的延期外，部分試驗環(huán)節(jié)的不順也加劇了項目節(jié)點后移。

　　“星艦”首飛遭多種因素攔路

　　說到曾計劃今年首飛的重型火箭，不得不提進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年首臺原型機開始制造至今不過兩年。

　　今年初，馬斯克曾豪言要在年內(nèi)進行首次軌道發(fā)射，跟SLS拼個高下，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(diào)整，近期又在增加發(fā)動機數(shù)量，換用2.0版猛禽發(fā)動機，并進一步拉長火箭二子級，這都是“星艦”首次軌道試飛時間不斷推后的原因。

　　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，推進劑貯存設施、新設計的回收機構(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)管當局冗長的環(huán)評及發(fā)射許可流程，迄今仍無結(jié)果，年內(nèi)進行首次軌道發(fā)射徹底成為泡影。

　　ULA巧“箭”難為無“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，145次發(fā)射任務全部成功的業(yè)績十分耀眼。但實際上，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由藍色起源公司研制的BE-4發(fā)動機遲遲不能交付，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”之所以要強制退役，要從1994年美國空軍發(fā)起的“改進型一次性運載火箭”計劃說起。當時美國空軍選定“德爾塔4”和“宇宙神5”分攤國防發(fā)射任務，但美國政界卻對“宇宙神5”芯一級使用的俄制RD-180發(fā)動機耿耿于懷，擔心俄羅斯借“機”威脅美國的國家安全，于是策動“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)動機以除后患。隨后，ULA的“火神”雀屏中選。

　　實際上，“火神”芯一級發(fā)動機當時的可選項有兩家，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)動機。ULA考慮到洛克達公司因近年來的研制能力下降，采購報價也水漲船高，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)問題，于是2019年初將整個預燃室-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。

　　為盡可能減少對進度的拖累，ULA只能重排試驗進度，單獨將芯一級貯箱拉到發(fā)射臺開展測試，上演了一場巧“箭”難為無“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。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)了一場核心員工離職潮，一系列動蕩使“新格倫”的研制進度雪上加霜。

　　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，運載火箭的進度推遲有著各種各樣的原因，最主要是技術(shù)問題，例如，設計難以定型，方案朝令夕改；或?qū)π录夹g(shù)風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(diào)的低效和帶來的成本增加，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(jiān)管帶來的影響。部分火箭型號因為定位模糊，加上拖期導致市場競爭力下滑，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型號的研制進度，推動其又好又快地進行，無疑是全世界航天人都需要解決和面對的一個重要問題。

　　文/田豐

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