快速导读
几乎每一枚火箭在飞行中都可能经历异常,尤其是在首次发射时。猎鹰9号作为一款极为可靠的火箭,曾在2015年和2016年分别经历了CRS-7和AMOS-6任务中的故障,但其成功率在此后显著提升。2023年7月11日,猎鹰9号因上级阶段故障导致发射失败,未能成功投放星链卫星,引起行业广泛关注。尽管SpaceX在不断优化火箭设计与发射流程,其星际飞船仍在快速迭代中。与此同时,初创公司如Firefly Aerospace和欧洲航天局也在努力开发新火箭,尽管面临不同程度的挑战。总的来说,航天飞行中的异常事件虽常见,但随着技术进步,成功率也在逐步提高。
火箭飞行中的异常
几乎每一枚飞行过的火箭都经历过异常。成千上万的组件必须完美协作,才能确保任务的成功,因此某个组件偶尔出现故障在所难免。虽然在太空飞行中目睹异常并不如想象中那么不可能,但随着飞行频率的增加,这种情况变得愈加罕见。人们几乎可以预见,任何新火箭的首次发射都可能在飞行中遇到故障。然而,当一枚已可靠飞行超过七年的火箭未能成功投放其有效载荷时,必然会引起航天行业的广泛关注。
在东部夏令时间7月11日星期四晚上10:35(协调世界时间7月12日星期五凌晨2:35),猎鹰9号因上级阶段的故障而停飞,导致梅林真空(MVac)发动机的损失。这一异常也导致了搭载的星链卫星未能达到稳定轨道。猎鹰9号是一种极为可靠的发射载具,迄今仅记录了四起异常事件。这些故障大多发生在Block 2和Block 3车型设计的早期阶段。猎鹰9号Block 5在298次发射之前已成功完成297次发射,成为有史以来最值得信赖的火箭之一。
猎鹰9号的异常历史
猎鹰9号的首次飞行故障发生在2015年6月28日。在CRS-7任务中,猎鹰9号Block 2顺利起飞后,二级液氧(LOX)罐因过压而破裂,导致飞行139秒后发生故障,11秒后火箭便被毁灭。此次任务旨在使用SpaceX的无人龙飞船为国际空间站提供补给,龙飞船在与火箭分离后坠入海洋并失踪。这一飞行器故障及NASA有效载荷的损失引发了NASA的调查,结果显示二级LOX罐内的一根支撑杆未能承受其应有的压力。SpaceX通过用更坚固的支撑杆替换故障部件,并增加飞行前的质量审查次数来解决这一问题。在经历此故障后,猎鹰9号的成功率达到了95%,下一次任务于2015年12月21日发射,距上次发射近六个月。
在CRS-7故障之后,例行发射恢复,SpaceX开始成功着陆火箭。首次成功着陆的轨道火箭发生在下一次发射中,当时助推器B1019返回SpaceX的着陆区1。随后,在四次发射后,首次成功在无人船「当然我仍然爱你」上着陆的助推器也顺利完成。SpaceX在此之后继续积累发射与着陆的成功,直到2016年9月1日。在CRS-7后的九个月里,猎鹰9号在AMOS-6任务中再次遭遇异常,原本计划是SpaceX的第29次猎鹰9号发射。在进行预飞行静态点火测试时,复合材料包覆压力容器(COPV)罐内的一根衬里发生了变形,导致推进剂在其下方积聚并因摩擦点燃。这次爆炸摧毁了飞行器,使猎鹰9号的可靠性降至90%以下。SpaceX于2017年1月14日恢复飞行,距AMOS-6事件已过去四个多月。
太空飞行中的近期异常
在开发新火箭或现有火箭的新版本的初期阶段,目睹异常现象往往是意料之中的。许多初创公司和政府机构在新系统的首次几次发射中经历了失败。SpaceX采取了「快速失败但更快迭代」的方法,以加速设计进程,没有哪枚火箭比SpaceX的星际飞船更能体现这一理念。星际飞船的每一次测试飞行,从星际跳跃到高空亚轨道飞行,以及今天的近轨飞行,都是在快速的节奏中进行的。例如,团队花费了五次尝试才学会如何成功着陆。然而,随着飞行测试的推进,SpaceX从错误中汲取经验,并迅速改进飞行器,取得了在仅仅是蓝图阶段时难以想象的进展。尽管星际飞船尚未成为可靠的飞行器,但每次集成飞行测试都满足了更多系统要求,并实现了更多SpaceX的目标,这表明它可能很快被视为一个可靠的卫星发射器。
众多初创航天公司正努力开发能够实现与成熟航空航天公司相媲美的火箭。其中一家是Firefly Aerospace,正在研发其阿尔法火箭。阿尔法已经完成五次飞行,但其记录喜忧参半,首次飞行失败,第二次和第四次飞行部分失败,第三次和第五次飞行则成功。在近期成功的基础上,Firefly计划在今年十月进行另一场成功发射。如果一切顺利,Firefly或许已经跨越了持续成功的门槛。欧洲航天局(ESA)是最新开发和发射新火箭的政府机构,其阿丽亚娜6号的首飞进展顺利,直到任务进行一个小时十四分钟时。虽然阿丽亚娜6号成功进入了圆形轨道并部署了大部分11个有效载荷,但辅助推进系统(APU)的故障导致计划中的第三次再入燃烧失败。尽管在开发上投入了多年和数十亿美元,但单一的异常现象导致部分任务失败并不罕见。