火箭發射成功率下降是否就是技術上的退步呢?
每一次火箭發射都是一次榮耀,但也有可能是悲壯謝幕。伴隨著我國幾次火箭發射的失利,人們最多的疑問就是火箭發射為什么會失敗?是中國的航天技術不足導致的嗎?
由下表可以看出,我國自2016年1月1日到目前為止,火箭發射失利的是2016年9月發射的搭載高分十號衛星的長征四號丙運載火箭和2017年7月2日發射的搭載實踐18號試驗通信衛星的長征五號運載火箭;另外在2017年6月19日,由長征三號乙運載火箭運載的中星9A廣播電視直播衛星任務在發射過程中火箭三級工作異常,衛星未能進入預定軌道,為部分失敗;在2016年12月28日,由長征二號丁運載火箭發射運載高景一號任務,由于火箭問題,高景一號兩顆衛星未能進入預定軌道,為部分失敗。
2016年1月至今全球航天發射失敗記錄
那么我國火箭發射中的部分失敗是什么概念呢?
通常來說,火箭發生故障導致沒有把衛星進入預定的軌道,如果火箭提供的速度增量偏差值小于衛星自身攜帶燃料的速度增量,那么通過衛星自身的變軌發動機,還是能夠進入預定軌道的。只是這樣會消耗大量衛星原本留于維持軌道用的燃料,從而導致衛星壽命大打折扣。而且如果衛星本身沒有裝備動力系統,很難再進行軌道調整。因此某種方面來說,火箭發射的部分失敗,或者說部分成功對整個發射任務來說也是失敗的(有專家認為,發射火箭除了成功就是失敗,沒有什么“部分成功”或“部分失敗”的說法。成功的標志就是兩個——入軌和定位)。不過對于火箭發射來說,部分失敗的是衛星入軌任務,就發射任務來說是成功的,因此在發射成功率的統計中,一般都把部分失敗的任務算作發射成功。
2016年是世界航天60年歷史上發射成功率最高,成就最大的一年。2016年,全球各國共進行了85次航天發射。 其中,中國和美國各自以22次航天發射占據首位,并列第一。其中發射失敗只有兩例,一例就是中國,還有一例是俄羅斯。2015年,中國航天發射19次,全部成功,成功率100%。
那么成功率的下降是否就是技術上的退步呢?其實不然。成功率高不代表火箭技術就一定更發達。這是因為航空航天是個動態的、不斷發展的工業,新技術剛剛出現時往往伴隨著高故障率。在2017年發射失敗的火箭幾乎全部為新型或實驗火箭。7月2日發射的長征五號運載火箭就是第二發試驗箭;新西蘭則是首次嘗試發射運載火箭,而且火箭上實驗了新型的電池和3D打印技術,發射成本更是降到了490萬美元/次。日本的SS-520-4火箭是探空火箭改造而來,如果發射成功,將有望成為世界現役最小的運載火箭。
SS-520-4結構圖及火箭發射
但是如果不探索新技術,形成較大的技術斷層以后,航天工業會迅速萎縮。這就是為什么我國極力研發新的運載火箭:開拓、長征五、長征六、長征七、長征九、長征十一等。國外如美國、俄羅斯、歐盟、日本等都有相應的航天發展規劃,SpaceX的新型可回收運載火箭也是在一次又一次的發射失敗中總結經驗,逐漸發展成熟的。
新西蘭發射的電子”火箭和“火箭實驗室”公司創始人彼得·貝克
在近年的火箭發射失敗案例中,值得關注的是俄羅斯。近年來俄羅斯火箭屢遭發射失利,其中不乏一些成熟型號,尤其是質子M和聯盟號火箭。在2010年至2015年的5年多時間內,俄羅斯共進行了194次發射,其中180次成功,14次失敗及部分成功,完全成功率92.8%。2016年12月,俄羅斯的聯盟號火箭又一次發射失敗。
俄羅斯聯盟運載火箭
發生故障的部位主要是推進系統,其次是控制系統,故障原因涉及系統設計、零部件生產制造、工藝缺陷等多種方面。俄航天領域存在經費不足、質量監管不力、設施老化、人才流失嚴重、新舊火箭型號過渡等問題,這是其頻繁發生事故的主要原因。據悉,俄羅斯未來十年的航天預算僅僅只有215億美元,相比之下,NASA在2016年的預算就達到了193億美元。
全球主要運載火箭發射成功率統計(截止2017.7.2)
通過全球主要運載火箭的發射成功率統計可以看出,成熟的火箭發射成功率基本保持在95%以上,尤其是美國的Delta 2 型火箭,發射153次,只有2次失敗。其實造成火箭故障的原因很多,大部分通過對這些故障和原因進行整理和分析,是可以發現一些特點和規律的。在發射前有效地采取預防措施,加強全過程的質量控制,火箭的許多故障都是可避免的。
總之,我國航天不論是體制、年齡和經濟上,在全球航天業內都占有一定的優勢,未來的厚積薄發是可以預見的。因此不應以一次或幾次的發射失利就對我國的火箭研制和發射水平進行悲觀預測。
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