30天内两次失败,长征火箭接连“陨落”
今年是2020年,
恰逢地球—火星的发射窗口
2020年中国有着探火星、落月球、载人空间站建设等重大航天计划
然而间隔一个月时间连续发射失败
归零的项目组又多了一个
长三乙这种金牌火箭失利
还正好是发射外国商业卫星
可以预见这段中国航天要接受怎样的压力和质疑了
不知道这次2020年的中国航天计划能不能正常执行
中国的火星项目会不会受到影响?
2020本应是中国航天的超级大年,现在至暗时刻又一次降临,初步判定是火箭氢氧三级出现问题,巧合的是与CZ-7A的三级是同一模块,太空没有梦。
CZ-7火箭是中国新一代中型运载火箭基本型,既可满足载人航天工程发射货运飞船的需要,也能参与主战场LEO和SSO有效载荷的发射,能为中型运载火箭其它构型的发展奠定良好的基础。
2016年6月25日成功完成首飞,将6类7个载荷准确送入预定轨道。
CZ-7火箭为带助推器的2级火箭,各级均采用了新研发的液氧/煤油发动机以及为适应发动机而研制的低温增压输送系统。CZ-7火箭总长53.1m,起飞质量约597t,起飞推力约735t。
初步推测存在以下几种失效模式:
1. 一二级分离过程中存在姿态干扰,导致二级火箭开始工作不久已经姿态失稳,二级发动机工作以后依然无法纠正姿态,随后启动了自毁程序。
分离技术是运载火箭总体设计中的一项极为关键技术,分离设计包含有级间分离、助推器分离、有效载荷整流罩分离等诸多环节,历史上因级间分离系统故障造成的运载火箭失利屡见不鲜。
部分国外级间分离故障案例
2. 一二级分离正常,二级4台YF-115存在点火或者工作出了问题,YF-115发动机是18吨级的液氧煤油发动机,专门用在CZ-7系列的二级,已有8台次完成上天任务,相比YF-100和YF-75,YF-115的成功子样数还较少,不排除此次任务出现发动机系统的单点重大故障。
发动机作为运载火箭上的动力之源,要在几分钟之内将载荷加速到宇宙速度,其功率密度可见一斑,数千个零部件,各种高低温组件管路阀门,既要高温高效燃烧,又要低温冷却充分,可以说是人类玩火的极致,极致带来的是令人望而生畏的可靠性问题,一款成熟的发动机在首飞之前要经历数年少则几万秒多则几十万秒的地面试车,首飞以后还要经历全寿命周期的测试考核,方得稳定可靠输出。
国外部分发动机测试情况
据统计,到20世纪70年代,美国发射了上千枚中远程导弹及运载火箭,其中由于发动机系统故障造成的飞行失败约占22%,如下图所示。
到1990年2月为止,欧洲“阿里安”火箭一共发射36次,其中有5次发射失败,全部都是由发动机故障引起的。
1986年1月28日,美国挑战者号航天飞机在升空一分十三秒之后爆炸,七名宇航员全部丧生。
1999年日本H-2型运载火箭因第一级发动机故障而失败。
2002年“阿里安5ECA”型火箭因主级发动机Vulcain-2故障,在起飞456秒后自毁。
另外,2006年印度地球同步轨道卫星运载火箭(GSLV)在发射印度星4A后不久,由于发动机推进剂调节器故障导致空中爆炸。
2010年12月25日,印度地球同步轨道卫星运载火箭(GSLV)F06型发射时,由于4台发动机中有1台出现故障,导致在发射升空63秒后由地面控制人员发出自毁指令,价值数亿美元的卫星及大量科研人员长期辛勤工作的成果瞬间付之一炬。
美国早期运载火箭故障模式占比
3.全箭的系统匹配性问题,本次发射的CZ-7A火箭当之无愧是国内最高的火箭,其长细比是目前国内最大的,这也是技术团队面对压力最大的难题,相比前两种失效问题模式,解决全箭的系统匹配性问题相比将花费更大的时间精力,这也是非常不想看到的结果。
各型火箭飞行过程中的POGO振动
至于影响,CZ-5 Y3成功的喜悦还未散去,流年不利,又兼疫情,此次失败将给本年度接下来几次重大的飞行任务蒙上阴影,过几天就是322航天质量日了,必将在航天业掀起一波更猛烈的质量潮。
关于载荷情况,或许影响更为深远,不单单是一发普通火箭失败的问题,“值得注意的是,此次发射的是一枚“技术验证卫星-6”卫星,是一颗中国历史从来没有过的卫星,是一颗对国家安全具有战略意义的卫星。
目前国际上发射到地球同步转移轨道的卫星都是比较重要的重型卫星,包括气象卫星、导航卫星、通讯卫星和预警卫星。
事实上,只有最后一种卫星是中国没有的,我们用排除法来解析,很容易就能发现这颗卫星的用途。为了配合此次卫星发射任务,海南文昌还在3月15日-17日实施了交通管制,禁止体育娱乐性飞行,这几乎是前所未有的。”
事实上,科学和技术领域的探索,有奋斗、有赌博、有牺牲才是正常状态。
说到火箭发射失败就不得不提Space X,来看看别人家的火箭:
2006年首发,失败。2007年,失败。火箭在超高空失联。2008年,失败。玩丢了几颗NASA和国防部的卫星。2008年9月,没人敢把卫星给它了,只好用了一颗假载荷。结果竟然成功了~2010年6月,推出猎鹰9号重型火箭——9号就是把9个火箭绑在一起的意思。猎鹰9号发展比较顺利,但是2012年把ORBCOMM的卫星送错了轨道。2015年6月,火箭凌空解体。事后用高科技手段查出来是氦瓶钢支架的问题。2016年9月,在发射平台爆炸。价值连城的以色列和Facebook的卫星没了。Space X虽然技术很强,但成绩单一会儿是A、一会儿是D,实在是看不过去。按常理来说应该继续打磨技术,提高成功率吧?
不,人家偏要浪。Space X从2013年开始就不断试验火箭回收技术,在付出了相当多学费以后(包括火箭砸到船上),现在成为了蓝星上唯一一家掌握实用级火箭回收技术的公司。极大降低了火箭发射成本。
当然Elon Musk在作死的道路上不会轻易停步。
现代万户精神——
要知道,美国和苏联已经有许多人为了航天事业牺牲。
航天本来就是山崖之间的独木桥,稳定和成功率只是相对的,风险是绝对的。
衷心希望,中国航天局在保持科学精神、采用科学方法的基础上,不断花式“作死”。
最后谈一下发射失败受到牵连的外国卫星。
LAPA-N1项目是国产通信卫星首次在印尼宇航市场取得突破,对促进中国航天产品进一步开拓国际市场具有重要意义。
PALAPA-N1项目将改善印尼通信、广播事业,促进社会进步和经济发展,也是中国航天在“一带一路”建设中的又一成果。
此次发射失败,势必会让其他国家质疑中国的航天发射能力,影响中国航天产品拓展海外市场。
如果说长三乙是影响中国开拓海外市场,而上次的长征七号甲火箭失利,则对中国接下来的航天任务产生很大的影响。
因为包括将实现北斗导航、探月三期等重大工程收官,完成火星探测等重大任务发射,完成长征五号B、长征七号甲、长征八号三型运载火箭首飞,完成亚太6D卫星、集团公司卫星互联网融合试验星等商业卫星的发射,都要依靠这款火箭。
在这两次航天任务之后,根据计划,长征五号B遥一运载火箭将搭载新一代载人飞船试验船于4月中下旬执行首飞任务。
不得不说,中国的航天任务安排太过紧密,每个任务节点都卡的非常紧,和欧美相比,资金人才又投入不足。
中国航天应该留出时间,进行举一反三,总结失败和教训,为了去向更远的星辰大海,做好更充足的准备。
几十年来,中国航天人在成功与失败不断前行,在一次又一次任务中,人们明白了“长征”的意义,希望大家可以多给航天人一些理解。路漫漫其修远兮,我们还在不断努力探索。
我们终将成功,
我们一定成功!