2021年，這些火箭首飛緣何“打水漂”？

隨着點火口令下達，火箭發動機發出震耳欲聾的巨響，隨後運載火箭從煙霧中緩緩上升，逐漸加速並直插雲霄，這就是運載火箭起飛的畫面。但火箭在首飛前，需要歷經長達數年的研製時間，而過程中出現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於今年首飛，但2021已臨界末尾，一通盤點過後，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

要論近幾年火箭領域的“鴿王爭霸”，第一名要數美國重型火箭領域的當家花旦——太空發射系統（SLS）。這種集美國宇航局萬千寵愛於一身，由美國國會在經費和政策上“雙重”護航，基於航天飛機成熟技術“堆砌”而成的重型火箭，於2011年正式立項研製。

美國SLS運載火箭

該火箭原定於2016年首飛，但隨後歷經8次重大推遲，截至目前已研製長達10年，累計花費212億美元后仍在推遲。之前，SLS定於今年末首飛，但因近期芯一級發動機的控制器失效更換等一系列問題，最新首飛時間已經推至明年初。

縱觀人類航天史，重型火箭由於體量大、難度高，有所推遲是正常現象，但SLS不同以往，其構型並無創新性的設計理念。恰恰相反，SLS的設計相對於可部分重複使用的航天飛機而言稱得上是倒退，它拋棄了重複使用設計，算是航天飛機技術遺產的重新組合。

火箭芯一級採用4台航天飛機使用的RS-25主發動機，並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，安裝有單台RL-10發動機。

SLS火箭安裝的4台RS-25主發動機

縱觀全箭，各主要分系統都是成熟的技術和產品，尤其是RL-10作為美國第一種氫氧發動機，自1963首飛至今已可靠服役超過半個世紀。

得益於成熟技術的堆砌，SLS在誕生之初，美國宇航局就將它定位為一種可快速研製成型的低成本、一次性火箭，以期替代複用成本高昂的航天飛機。然而，隨着SLS的不斷推遲和耗資暴漲，單次發射成本已高達20億美元。

由於SLS承擔着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、協調等低效產生的延期外，部分試驗環節的不順也加劇了項目節點後移。

“星艦”首飛遭多種因素攔路

説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”。相對於SLS的磨洋工，“星艦”研製可謂飛速，從2019年首台原型機開始製造至今不過兩年。

正在組裝的“星艦”

今年初，馬斯克曾豪言要在年內進行首次軌道發射，跟SLS拼個高下，結果事與願違，兩者均推遲到明年。

“星艦”

“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試飛就被拆毀或報廢。

其次是“星艦”貯箱所用不鏽鋼牌號不斷修改，厚度有所減薄，翼面尺寸及位置也幾經調整，近期又在增加發動機數量，換用2.0版猛禽發動機，並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後的原因。

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。還有是嚴重低估了軌道級發射台的工程量，推進劑貯存設施、新設計的回收機構至今仍在調試。

SN-10落地後側翻爆炸

最後是美國監管當局冗長的環評及發射許可流程，迄今仍無結果，年內進行首次軌道發射徹底成為泡影。

ULA巧“箭”難為無“機”之飛

12月1日是美國聯合發射聯盟公司（ULA）創辦15週年的紀念日。該企業自成立以來，145次發射任務全部成功的業績十分耀眼。但實際上，ULA在今年是“啞巴吃黃連，有苦説不出”，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製的BE-4發動機遲遲不能交付，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，ULA將出現“無箭可用”的尷尬境地。

火神運載火箭發射想象圖

“宇宙神5”之所以要強制退役，要從1994年美國空軍發起的“改進型一次性運載火箭”計劃説起。當時美國空軍選定“德爾塔4”和“宇宙神5”分攤國防發射任務，但美國政界卻對“宇宙神5”芯一級使用的俄製RD-180發動機耿耿於懷，擔心俄羅斯借“機”威脅美國的國家安全，於是策動“國家安全發射”項目，重新選定兩種火箭，且要求必須採用美製發動機以除後患。隨後，ULA的“火神”雀屏中選。

實際上，“火神”芯一級發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製的AR-1發動機。ULA考慮到洛克達公司因近年來的研製能力下降，採購報價也水漲船高，最終冒險選擇了藍色起源公司的BE-4液氧甲烷發動機。

BE-4液氧甲烷發動機

BE-4採用分級燃燒循環，設計推力240噸。選定後，BE-4的研製遭遇了嚴重技術問題，於是2019年初將整個預燃室-渦輪泵系統推翻重來，之後經兩年研製仍無法穩定工作在額定推力上，遲遲未能交付。

為儘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射台開展測試，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

BE-4的研製窘境不僅拖累ULA，也影響了藍色起源公司自家的新格倫火箭的研製進度。“新格倫”原定今年末的首飛日期早已不提。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公司後，創始人傑夫·貝索斯不依不饒，不斷抗議、投訴乃至起訴美國宇航局，要求重發或為其額外頒發合同，並公開抨擊SpaceX公司的登月艙方案。

新格倫運載火箭想象圖

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，於今年秋天爆發了一場核心員工離職潮，一系列動盪使“新格倫”的研製進度雪上加霜。

上文這些“放鴿子”的火箭只是冰山一角，近年來航天領域新研製火箭進度推遲，經費上漲幾成常態。例如，歐洲的阿里安6火箭受新冠肺炎疫情、發射台建設緩慢、資金不足等原因影響，發射推遲至2022年末。

阿里安6運載火箭發射想象圖

日本的H-3火箭芯一級採用了新型LE-9氫氧發動機，膨脹循環的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。

日本H-3運載火箭想象圖

另外，還有俄羅斯的安加拉A5火箭的首次帶載荷試飛，已經推遲至明年。還有一些初創航企的今年首飛計劃，也已被人遺忘在日曆和新聞中。

豎立在發射台上的安加拉A5運載火箭

其實，運載火箭的進度推遲有着各種各樣的原因，最主要是技術問題，例如，設計難以定型，方案朝令夕改；或對新技術風險的認知和預研不足，導致關鍵技術難以攻克；也可能是試驗條件限制或不夠充分。另外是管理協調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製，最終造成惡性循環。而如何能夠合理安排一個型號的研製進度，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麪對的一個重要問題。