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獵鷹9號復飛提醒航天工業註意過去的異常情況

2024-07-28科技

快速導讀

幾乎每一枚火箭在飛行中都可能經歷異常,尤其是在首次發射時。獵鷹9號作為一款極為可靠的火箭,曾在2015年和2016年分別經歷了CRS-7和AMOS-6任務中的故障,但其成功率在此後顯著提升。2023年7月11日,獵鷹9號因上級階段故障導致發射失敗,未能成功投放星鏈衛星,引起行業廣泛關註。盡管SpaceX在不斷最佳化火箭設計與發射流程,其星際飛船仍在快速叠代中。與此同時,初創公司如Firefly Aerospace和歐洲航天局也在努力開發新火箭,盡管面臨不同程度的挑戰。總的來說,航天飛行中的異常事件雖常見,但隨著技術進步,成功率也在逐步提高。

火箭飛行中的異常

幾乎每一枚飛行過的火箭都經歷過異常。成千上萬的元件必須完美協作,才能確保任務的成功,因此某個元件偶爾出現故障在所難免。雖然在太空飛行中目睹異常並不如想象中那麽不可能,但隨著飛行頻率的增加,這種情況變得愈加罕見。人們幾乎可以預見,任何新火箭的首次發射都可能在飛行中遇到故障。然而,當一枚已可靠飛行超過七年的火箭未能成功投放其有效載荷時,必然會引起航天行業的廣泛關註。

在東部夏令時間7月11日星期四晚上10:35(協調世界時間7月12日星期五淩晨2:35),獵鷹9號因上級階段的故障而停飛,導致梅林真空(MVac)發動機的損失。這一異常也導致了搭載的星鏈衛星未能達到穩定軌域。獵鷹9號是一種極為可靠的發射載具,迄今僅記錄了四起異常事件。這些故障大多發生在Block 2和Block 3車型設計的早期階段。獵鷹9號Block 5在298次發射之前已成功完成297次發射,成為有史以來最值得信賴的火箭之一。

獵鷹9號的異常歷史

獵鷹9號的首次飛行故障發生在2015年6月28日。在CRS-7任務中,獵鷹9號Block 2順利起飛後,二級液氧(LOX)罐因過壓而破裂,導致飛行139秒後發生故障,11秒後火箭便被淪陷。此次任務旨在使用SpaceX的無人龍飛船為國際太空站提供補給,龍飛船在與火箭分離後墜入海洋並失蹤。這一飛行器故障及NASA有效載荷的損失引發了NASA的調查,結果顯示二級LOX罐內的一根支撐桿未能承受其應有的壓力。SpaceX透過用更堅固的支撐桿替換故障部件,並增加飛行前的品質審查次數來解決這一問題。在經歷此故障後,獵鷹9號的成功率達到了95%,下一次任務於2015年12月21日發射,距上次發射近六個月。

在CRS-7故障之後,例行發射恢復,SpaceX開始成功著陸火箭。首次成功著陸的軌域火箭發生在下一次發射中,當時助推器B1019返回SpaceX的著陸區1。隨後,在四次發射後,首次成功在無人船「當然我仍然愛你」上著陸的助推器也順利完成。SpaceX在此之後繼續積累發射與著陸的成功,直到2016年9月1日。在CRS-7後的九個月裏,獵鷹9號在AMOS-6任務中再次遭遇異常,原本計劃是SpaceX的第29次獵鷹9號發射。在進行預飛行靜態點火測試時,復合材料包覆壓力槽(COPV)罐內的一根襯裏發生了變形,導致推進劑在其下方積聚並因摩擦點燃。這次爆炸摧毀了飛行器,使獵鷹9號的可靠性降至90%以下。SpaceX於2017年1月14日恢復飛行,距AMOS-6事件已過去四個多月。

太空飛行中的近期異常

在開發新火箭或現有火箭的新版本的初期階段,目睹異常現象往往是意料之中的。許多初創公司和政府機構在新系統的首次幾次發射中經歷了失敗。SpaceX采取了「快速失敗但更快叠代」的方法,以加速設計行程,沒有哪枚火箭比SpaceX的星際飛船更能體現這一理念。星際飛船的每一次測試飛行,從星際跳躍到高空亞軌域飛行,以及今天的近軌飛行,都是在快速的節奏中進行的。例如,團隊花費了五次嘗試才學會如何成功著陸。然而,隨著飛行測試的推進,SpaceX從錯誤中汲取經驗,並迅速改進飛行器,取得了在僅僅是藍圖階段時難以想象的進展。盡管星際飛船尚未成為可靠的飛行器,但每次整合飛行測試都滿足了更多系統要求,並實作了更多SpaceX的目標,這表明它可能很快被視為一個可靠的衛星發射器。

眾多初創航天公司正努力開發能夠實作與成熟航空航天公司相媲美的火箭。其中一家是Firefly Aerospace,正在研發其Alpha火箭。Alpha已經完成五次飛行,但其記錄喜憂參半,首次飛行失敗,第二次和第四次飛行部份失敗,第三次和第五次飛行則成功。在近期成功的基礎上,Firefly計劃在今年十月進行另一場成功發射。如果一切順利,Firefly或許已經跨越了持續成功的門檻。歐洲航天局(ESA)是最新開發和發射新火箭的政府機構,其阿麗亞娜6號的首飛進展順利,直到任務進行一個小時十四分鐘時。雖然阿麗亞娜6號成功進入了圓形軌域並部署了大部份11個有效載荷,但輔助推進系統(APU)的故障導致計劃中的第三次再入燃燒失敗。盡管在開發上投入了多年和數十億美元,但單一的異常現象導致部份任務失敗並不罕見。