峰哥博客
本文转自【中国航天报】；
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。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。
美国SLS运载火箭
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。
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。
正在组装的“星舰”
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。
“星舰”
“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。
再次是“猛禽”的可靠性不足也拖累了“星舰”进度。SN-8~11四艘“星舰”的10公里亚轨道试飞失败均与“猛禽”有关。还有是严重低估了轨道级发射台的工程量，推进剂贮存设施、新设计的回收机构至今仍在调试。
SN-10落地后侧翻爆炸
最后是美国监管当局冗长的环评及发射许可流程，迄今仍无结果，年内进行首次轨道发射彻底成为泡影。
ULA巧“箭”难为无“机”之飞
12月1日是美国联合发射联盟公司（ULA）创办15周年的纪念日。该企业自成立以来，145次发射任务全部成功的业绩十分耀眼。但实际上，ULA在今年是“哑巴吃黄连，有苦说不出”，原定今年首飞的火神新一代火箭因芯一级由蓝色起源公司研制的BE-4发动机迟迟不能交付，被迫推迟到2022年，如果继续推迟到宇宙神5火箭退役还不能接班的话，ULA将出现“无箭可用”的尴尬境地。
火神运载火箭发射想象图
“宇宙神5”之所以要强制退役，要从1994年美国空军发起的“改进型一次性运载火箭”计划说起。当时美国空军选定“德尔塔4”和“宇宙神5”分摊国防发射任务，但美国政界却对“宇宙神5”芯一级使用的俄制RD-180发动机耿耿于怀，担心俄罗斯借“机”威胁美国的国家安全，于是策动“国家安全发射”项目，重新选定两种火箭，且要求必须采用美制发动机以除后患。随后，ULA的“火神”雀屏中选。
实际上，“火神”芯一级发动机当时的可选项有两家，除了蓝色起源公司外，另一家是由洛克达因公司研制的AR-1发动机。ULA考虑到洛克达公司因近年来的研制能力下降，采购报价也水涨船高，最终冒险选择了蓝色起源公司的BE-4液氧甲烷发动机。
BE-4液氧甲烷发动机
BE-4采用分级燃烧循环，设计推力240吨。选定后，BE-4的研制遭遇了严重技术问题，于是2019年初将整个预燃室-涡轮泵系统推翻重来，之后经两年研制仍无法稳定工作在额定推力上，迟迟未能交付。
为尽可能减少对进度的拖累，ULA只能重排试验进度，单独将芯一级贮箱拉到发射台开展测试，上演了一场巧“箭”难为无“机”之飞的尴尬戏码。
一机“坑”两箭，推迟本常态
BE-4的研制窘境不仅拖累ULA，也影响了蓝色起源公司自家的新格伦火箭的研制进度。“新格伦”原定今年末的首飞日期早已不提。常言道，“屋漏偏逢连夜雨”，今年蓝色起源公司在登月舱合同中落败SpaceX公司后，创始人杰夫·贝索斯不依不饶，不断抗议、投诉乃至起诉美国宇航局，要求重发或为其额外颁发合同，并公开抨击SpaceX公司的登月舱方案。
新格伦运载火箭想象图
这一系列行为引起了公司部分员工的不满，在社交媒体上公开称不同意公司的观点。加之蓝色起源公司自身管理的积弊已久，于今年秋天爆发了一场核心员工离职潮，一系列动荡使“新格伦”的研制进度雪上加霜。
上文这些“放鸽子”的火箭只是冰山一角，近年来航天领域新研制火箭进度推迟，经费上涨几成常态。例如，欧洲的阿里安6火箭受新冠肺炎疫情、发射台建设缓慢、资金不足等原因影响，发射推迟至2022年末。
阿里安6运载火箭发射想象图
日本的H-3火箭芯一级采用了新型LE-9氢氧发动机，膨胀循环的LE-9真空推力高达140吨，但今年LE-9的试车屡出状况。受此影响，H-3首飞从最早的2020年推迟至2022年。
日本H-3运载火箭想象图
另外，还有俄罗斯的安加拉A5火箭的首次带载荷试飞，已经推迟至明年。还有一些初创航企的今年首飞计划，也已被人遗忘在日历和新闻中。
竖立在发射台上的安加拉A5运载火箭
其实，运载火箭的进度推迟有着各种各样的原因，最主要是技术问题，例如，设计难以定型，方案朝令夕改；或对新技术风险的认知和预研不足，导致关键技术难以攻克；也可能是试验条件限制或不够充分。另外是管理协调的低效和带来的成本增加，例如，SLS庞杂的供应商体系直接导致了“今年复明年，推迟何其多，经费涨涨涨，最终成鸽王”的窘境。
还有就是资金、定位和监管带来的影响。部分火箭型号因为定位模糊，加上拖期导致市场竞争力下滑，而资金不足又反过来拖累其研制，最终造成恶性循环。而如何能够合理安排一个型号的研制进度，推动其又好又快地进行，无疑是全世界航天人都需要解决和面对的一个重要问题。
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作者:
F_Robot，
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原文地址《
2021年，这些火箭首飞缘何“打水漂”？》发布于2021-12-28
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