今年是2020年,
恰逢地球—火星的發射視窗
2020年中國有著探火星、落月球、載人空間站建設等重大航天計劃
然而間隔一個月時間連續發射失敗
歸零的專案組又多了一個
長三乙這種金牌火箭失利
還正好是發射外國商業衛星
可以預見這段中國航天要接受怎樣的壓力和質疑了
不知道這次2020年的中國航天計劃能不能正常執行
中國的火星專案會不會受到影響?
2020本應是中國航天的超級大年,現在至暗時刻又一次降臨,初步判定是火箭氫氧三級出現問題,巧合的是與CZ-7A的三級是同一模組,太空沒有夢。
CZ-7火箭是中國新一代中型運載火箭基本型,既可滿足載人航天工程發射貨運飛船的需要,也能參與主戰場LEO和SSO有效載荷的發射,能為中型運載火箭其它構型的發展奠定良好的基礎。
2016年6月25日成功完成首飛,將6類7個載荷準確送入預定軌道。
CZ-7火箭為帶助推器的2級火箭,各級均採用了新研發的液氧/煤油發動機以及為適應發動機而研製的低溫增壓輸送系統。CZ-7火箭總長53.1m,起飛品質約597t,起飛推力約735t。
初步推測存在以下幾種失效模式:
1. 一二級分離過程中存在姿態干擾,導致二級火箭開始工作不久已經姿態失穩,二級發動機工作以後依然無法糾正姿態,隨後啟動了自毀程式。
分離技術是運載火箭總體設計中的一項極為關鍵技術,分離設計包含有級間分離、助推器分離、有效載荷整流罩分離等諸多環節,歷史上因級間分離系統故障造成的運載火箭失利屢見不鮮。
部分國外級間分離故障案例
2. 一二級分離正常,二級4臺YF-115存在點火或者工作出了問題,YF-115發動機是18噸級的液氧煤油發動機,專門用在CZ-7系列的二級,已有8臺次完成上天任務,相比YF-100和YF-75,YF-115的成功子樣數還較少,不排除此次任務出現發動機系統的單點重大故障。
發動機作為運載火箭上的動力之源,要在幾分鐘之內將載荷加速到宇宙速度,其功率密度可見一斑,數千個零部件,各種高低溫元件管路閥門,既要高溫高效燃燒,又要低溫冷卻充分,可以說是人類玩火的極致,極致帶來的是令人望而生畏的可靠性問題,一款成熟的發動機在首飛之前要經歷數年少則幾萬秒多則幾十萬秒的地面試車,首飛以後還要經歷全壽命週期的測試考核,方得穩定可靠輸出。
國外部分發動機測試情況
據統計,到20世紀70年代,美國發射了上千枚中遠端導彈及運載火箭,其中由於發動機系統故障造成的飛行失敗約佔22%,如下圖所示。
到1990年2月為止,歐洲“阿里安”火箭一共發射36次,其中有5次發射失敗,全部都是由發動機故障引起的。
1986年1月28日,美國挑戰者號太空梭在升空一分十三秒之後爆炸,七名宇航員全部喪生。
1999年日本H-2型運載火箭因第一級發動機故障而失敗。
2002年“阿里安5ECA”型火箭因主級發動機Vulcain-2故障,在起飛456秒後自毀。
另外,2006年印度地球同步軌道衛星運載火箭(GSLV)在發射印度星4A後不久,由於發動機推進劑調節器故障導致空中爆炸。
2010年12月25日,印度地球同步軌道衛星運載火箭(GSLV)F06型發射時,由於4臺發動機中有1臺出現故障,導致在發射升空63秒後由地面控制人員發出自毀指令,價值數億美元的衛星及大量科研人員長期辛勤工作的成果瞬間付之一炬。
美國早期運載火箭故障模式佔比
3.全箭的系統匹配性問題,本次發射的CZ-7A火箭當之無愧是國內最高的火箭,其長細比是目前國內最大的,這也是技術團隊面對壓力最大的難題,相比前兩種失效問題模式,解決全箭的系統匹配性問題相比將花費更大的時間精力,這也是非常不想看到的結果。
各型火箭飛行過程中的POGO振動
至於影響,CZ-5 Y3成功的喜悅還未散去,流年不利,又兼疫情,此次失敗將給本年度接下來幾次重大的飛行任務蒙上陰影,過幾天就是322航天品質日了,必將在航天業掀起一波更猛烈的品質潮。
關於載荷情況,或許影響更為深遠,不單單是一發普通火箭失敗的問題,“值得注意的是,此次發射的是一枚“技術驗證衛星-6”衛星,是一顆中國歷史從來沒有過的衛星,是一顆對國家安全具有戰略意義的衛星。
目前國際上發射到地球同步轉移軌道的衛星都是比較重要的重型衛星,包括氣象衛星、導航衛星、通訊衛星和預警衛星。
事實上,只有最後一種衛星是中國沒有的,我們用排除法來解析,很容易就能發現這顆衛星的用途。為了配合此次衛星發射任務,海南文昌還在3月15日-17日實施了交通管制,禁止體育娛樂性飛行,這幾乎是前所未有的。”
事實上,科學和技術領域的探索,有奮鬥、有賭博、有犧牲才是正常狀態。
說到火箭發射失敗就不得不提Space X,來看看別人家的火箭:
2006年首發,失敗。2007年,失敗。火箭在超高空失聯。2008年,失敗。玩丟了幾顆NASA和國防部的衛星。2008年9月,沒人敢把衛星給它了,只好用了一顆假載荷。結果竟然成功了~2010年6月,推出獵鷹9號重型火箭——9號就是把9個火箭綁在一起的意思。獵鷹9號發展比較順利,但是2012年把ORBCOMM的衛星送錯了軌道。2015年6月,火箭凌空解體。事後用高科技手段查出來是氦瓶鋼支架的問題。2016年9月,在發射平臺爆炸。價值連城的以色列和Facebook的衛星沒了。Space X雖然技術很強,但成績單一會兒是A、一會兒是D,實在是看不過去。按常理來說應該繼續打磨技術,提高成功率吧?
不,人家偏要浪。Space X從2013年開始就不斷試驗火箭回收技術,在付出了相當多學費以後(包括火箭砸到船上),現在成為了藍星上唯一一家掌握實用級火箭回收技術的公司。極大降低了火箭發射成本。
當然Elon Musk在作死的道路上不會輕易停步。
現代萬戶精神——
要知道,美國和蘇聯已經有許多人為了航天事業犧牲。
航天本來就是山崖之間的獨木橋,穩定和成功率只是相對的,風險是絕對的。
衷心希望,中國航天局在保持科學精神、採用科學方法的基礎上,不斷花式“作死”。
最後談一下發射失敗受到牽連的外國衛星。
LAPA-N1專案是中國產通訊衛星首次在印尼宇航市場取得突破,對促進中國航天產品進一步開拓國際市場具有重要意義。
PALAPA-N1專案將改善印尼通訊、廣播事業,促進社會進步和經濟發展,也是中國航天在“一帶一路”建設中的又一成果。
此次發射失敗,勢必會讓其他國家質疑中國的航天發射能力,影響中國航天產品拓展海外市場。
如果說長三乙是影響中國開拓海外市場,而上次的長征七號甲火箭失利,則對中國接下來的航天任務產生很大的影響。
因為包括將實現北斗導航、探月三期等重大工程收官,完成火星探測等重大任務發射,完成長征五號B、長征七號甲、長征八號三型運載火箭首飛,完成亞太6D衛星、集團公司衛星網際網路融合試驗星等商業衛星的發射,都要依靠這款火箭。
在這兩次航天任務之後,根據計劃,長征五號B遙一運載火箭將搭載新一代載人飛船試驗船於4月中下旬執行首飛任務。
不得不說,中國的航天任務安排太過緊密,每個任務節點都卡的非常緊,和歐美相比,資金人才又投入不足。
中國航天應該留出時間,進行舉一反三,總結失敗和教訓,為了去向更遠的星辰大海,做好更充足的準備。
幾十年來,中國航天人在成功與失敗不斷前行,在一次又一次任務中,人們明白了“長征”的意義,希望大家可以多給航天人一些理解。路漫漫其修遠兮,我們還在不斷努力探索。
我們終將成功,
我們一定成功!