火箭科学和官僚主义——2022年国外航天发射的一些事件回顾

(资料图)

作者：Jeff Foust（the spacer view），编译：杨庭辉

就发射活动而言，2022年是航天史上最活跃的一年。全球共有186次发射（其中179次成功）。这是五年前的两倍多，当时全年共有90次发射（其中86次成功）。发射总数的增长主要归功于中国和SpaceX。中国从2017年的18次发射增加到2022年的64次，而SpaceX在同一时间段内从18次发射增加到61次。

SpaceX让航天发射看起来像是例行化了。去年，它的61次发射不仅全部成功，而且每一次助推器回收着陆都成功了——就在五年前，回收这件事还是实验性的。

然而，在第一颗人造卫星发射65年后，太空飞行仍然不是常规活动。2022年的最后几周揭示了发射活动面临的一些长期挑战。一枚由欧洲政府支持的火箭在升空几分钟后发生故障，导致其有效载荷无法进入轨道。一家初创公司在其小型火箭的首次发射中进行了几次尝试，但都因技术问题而受阻。另外两家公司希望把活动扩展到新的发射场，但遇到了比技术问题更官僚主义的障碍。

织女星C的“一个小问题”

12月20日，织女星C火箭发射失利。图为发射前矗立在发射台上的该火箭。

12月20日晚，一枚织女星C火箭从法属圭亚那库鲁航天中心升空，搭载了两枚来自空中客车防务和航天集团的PléiadesNeo成像卫星。这是织女星C的第二次飞行。

织女星C火箭的发射服务运营商阿里安空间公司在发射时很乐观。三周前，该公司宣布与欧盟委员会签署了一份合同，将于2024年至2026年发射五枚织女星C，服务于哥白尼地球观测计划。

虽然与欧洲航天局联合运营哥白尼的欧盟委员会不太可能为这些卫星选择另一种运载工具，但该合同仍能看做对织女星C的认可，将其发射合同数量增加到13次。阿里安空间公司首席执行官在与记者的简报中拒绝透露合同价值，但表示阿里安空间公司提供了“非常有竞争力”的价格。“我们为哨兵卫星发射提供的价格，与美国推出的产品相比，具有很强的竞争力。”

12月20日，织女星C火箭在发射后的前几分钟似乎按计划飞行。然而，在升空约四分钟后，火箭的高度开始偏离任务计划轨迹，这表明火箭存在问题。

网络直播的评论员们很快就关注到这个问题，但仍希望得到纠正。“嗯，这是一次非常壮观的升空，”主持人在屏幕上的数据显示火箭高度骤降时说道。“我们仍然充满希望，我们希望问题能够得到解决。”

几分钟后，她犹豫着说：“我们仍在等待发射的消息，似乎有一个轻微问题。”

阿里安空间公司很快证实发射失败。它与欧洲航天局、火箭主承包商Avio一起，在第二天举行的新闻发布会上提供了一些细节，但数十名在线记者没有提出任何问题。

阿里安空间公司首席技术官在简报会上表示，火箭的固体燃料第二级“和风40”的燃烧室压力在点火后7秒开始下降，随后平台上的几个电子设备出现故障。

在简报会上，他和其他人都没有猜测是什么导致了发动机的压力下降，尽管他们指出，它在织女星C第一次发射以及两次验证飞行中运行良好。他们也没有估计联合调查需要多长时间。

这是织女星系列火箭三年半以来的第三次故障。2019年7月的一次发射，因为“和风23”发动机的问题而失败，这是老款织女星火箭上的第二级发动机，研制织女星C的时候被“和风40”所取代。2020年11月的发射由于上面级电缆连接不当而失败，使火箭停飞至2021年4月。

这次失败发生在欧洲航天的尴尬时刻，乌克兰战争导致欧洲无法再使用联盟火箭，阿里安5火箭还剩两枚，阿丽亚娜6号火箭的第一次发射不早于2023年第四季度。织女星C与阿丽亚娜6号一样，是欧洲长期进入太空的基础，但这项过渡并不容易。

“我们致力于组织和实施织女星C号的长期、成功复飞，”阿里安空间公司在失败后的简报会上说，但没有估计织女星C何时可以再次发射。

取得平衡

11月21日，ABL航天系统公司试图从阿拉斯加科迪亚克发射RS1火箭，但因最后一秒的技术问题而终止。

第一次发射新火箭可能比让火箭事故后复飞更具挑战性。在复飞的情况下，人们知道火箭是可以工作的，只需要弄清楚出了什么问题。在发射新火箭的时候，人们并不能保证，它一定可以工作。

ABL航天系统公司就是这样，该公司曾希望在秋季末从阿拉斯加科迪亚克进行RS1火箭的首次发射。与小型运载火箭领域的一些同行相比，该公司在运载火箭的开发中一直保持着相对低调的姿态，没有进行发射的网络直播，仅仅是进行了一系列社交媒体更新。

ABL于11月14日进行了第一次发射尝试，但在发射前30分钟，由于火箭下部燃料箱中的增压系统出现阀门故障，未能完成发射。三天后，在第一级发动机点火时，发现一半的气体发生器压力低，在T-1.8秒时终止。该公司的结论是，自己没有适当调节火箭内的液氧供应。11月21日的第三次尝试在T-1.75秒时终止，液氧供应调节适当，但用于点燃发动机的系统中存在低压。

该公司在回顾第三次发射尝试时表示：“这一次很接近成功。如果我们只保守了0.3%，RS1当天就会飞起来。对我们的团队来说，这是一个重要周末，但我们必须在主动终止发射和火箭失败之间取得平衡。”

该公司于12月8日在科迪亚克进行了第四次尝试，但在T-6分钟时中止了发射。几天后，该公司表示，航空电子设备中的“意外电气干扰”触发了中止，这是一个只有在火箭加注推进剂时才会注意到的问题。该公司总结道：“这表明了热电或热机械存在基础性问题”。

ABL把火箭撤出发射场，以纠正问题，并为第五次发射尝试做准备。这次发射目前计划不早于1月9日，地点还是科迪亚克。

手续问题

维珍轨道公司的“宇宙女孩”波音747飞机，在英国康沃尔航天港等待进行英国本土的首次发射。

火箭实验室和维珍轨道公司都曾多次使用小型运载火箭成功进入轨道，火箭实验室的“电子”和维珍轨道的发射器一号分别在新西兰和南加州发射。但两家公司在尝试从新地点发射时，都遇到了问题。

维珍轨道公司在11月谈到英国发射许可程序时表示：“这比我们预期的要长，也比我们预计的要花更多的精力。”。

维珍轨道公司长期以来一直标榜发射器一号的机动性——理论上，任何能容纳波音747的机场都可以成为发射场。2022年秋天，该公司终于准备好，将“宇宙少女”747飞机送往英国纽基康沃尔机场，也就是康沃尔航天港，执行一项名为“启动我”的任务，这不仅是维珍轨道公司首次从美国境外发射，也是英国首次从本土进行轨道发射。不过，这需要维珍轨道和康沃尔航天港取得许可证，需要经过英国民航局（CAA）（相当于美国联邦航空局）的流程。随着流程的进行，维珍轨道方面感到有些沮丧。

维珍轨道公司首席执行官丹·哈特（DanHart）在11月初的一次电话财报会议上表示：“好消息是，我们没有看到任何阻碍发展的因素或重大问题。但是，这比我们预期的要长，也要花更多的精力。”

几天前，英国下议院一个委员会发表了一份报告，批评了CAA的拖沓，并呼吁CAA指派更多人员进行发射许可审查。（事实上，到报告发布时，CAA已经增加了从事发射许可工作的人数。）

这些延误影响了维珍轨道的业务。该公司曾预计2022年将有六次发射，计划到秋季初，两次发射成功完成，第四次发射将回到美国进行。但在2022年11月的电话财报会议上，哈特表示，该公司2022年只会完成三次发射，前提是能及时获得在英国发射的许可证。

一个月后，维珍轨道表示，它已经放弃2022年从英国发射。该公司12月8日表示，在等待CAA许可证期间，需要对火箭进行“额外技术工作”。发射将推迟“未来几周”，或推迟到2023年初。

CAA的许可证终于在12月21日批准，维珍轨道现在已经获得了在英国发射所需的所有监管批准。哈特在一份声明中表示：“这是CAA的一个重要里程碑，代表着一项巨大努力的成功完成，其中包括新法规、新流程和新团队的建设。”

CAA对其阻碍发射的说法很敏感，在声明中指出，它“在预期的时间内”颁发了维珍轨道的许可证。CAA先前估计，发射许可程序需要9到18个月才能完成，但它在15个月内将许可证授予了维珍轨道。

然而，许可过程中的延迟在两个方面影响了维珍轨道。

其一是，该公司尚未证明它可以把发射频率提高到多少，以创造更多收入并遏制公司的亏损。目前还不清楚，如果它留在加利福尼亚州莫哈维航空航天港的基地，它还能进行多少次发射。

其二是，从英国获得许可证的困难表明，该公司将发射业务扩展到其他国家的计划可能比预计的更困难。维珍轨道公司强调了其火箭系统的机动性，并讨论了未来几年从澳大利亚和日本发射的可能性。但如果每一个新地点都会带来许可障碍，那么就不值得去开辟新的市场机会了。

当维珍轨道公司正在等待CAA的许可文件时，火箭实验室公司也在等待批文。该公司正准备从位于弗吉尼亚州沃洛普斯岛的发射场进行期待已久的美国本土首次发射。该设施本身于三年前建成，曾经计划于2020年年中在那里实施第一次“电子”火箭发射。

然而，要从沃洛普斯发射，火箭实验室需要一个由NASA开发的新的自主飞行终止系统，该系统负责监督发射场。这个系统被称为NASA自主飞行终止单元（NAFTU），于2020年完成，但审查发现其软件存在大量错误。这导致了对该系统的跨机构审查，火箭实验室公司被迫邀请了FAA和美国太空部队的专家来协助。

到2022年初，NAFTU已准备好进行独立审查和认证，以此发现需要解决的其他问题。“我们逐一克服了挑战，并在2022年夏天完成了独立测试，”NASA沃洛普斯飞行设施主任大卫·皮尔斯在12月14日的简报会上表示。

到了秋天，NAFTU获得了正式认证，并移交给了火箭实验室公司。看起来，该公司在12月16日尝试发射火箭之前，除了皮尔斯所说的，向FAA展示其飞行安全计划的一些小文件外，没有什么可做的了。

然而，一天后，火箭实验室公司宣布，12月16日的飞行将推迟至少两天，因为NASA和FAA需要完成“发射场驱动文件”，也就是皮尔斯前一天提到的文件。

火箭实验室公司首席执行官彼得·贝克（PeterBeck）用一条令人震惊的推文表达了他对延迟的失望。12月16日，在沃洛普斯工厂接受采访时，他承认自己对这个超出控制范围的问题感到“失望和沮丧”，他认为这个问题早就应该得到解决。

他说：“这是第一次，总会有一些问题。我们只是对六个月前没有发生这些问题感到沮丧。问题几乎发生在我们准备发射的前几天。”他说，火箭实验室自12月初以来就已经为其“弗吉尼亚是发射爱好者”任务做好了准备，搭载了三颗鹰眼360射频监测卫星。

文件问题终于得到解决后，风力因素迫使火箭实验室公司放弃了12月18日的发射尝试。到12月20日发射窗口结束时，气象预测还是没有改善，迫使火箭实验室将发射推迟到圣诞假期之后。

贝克说，他不希望导致第一次从沃勒普斯发射“电子”火箭的问题再次出现。这家公司在11月的电话财报会议中表示，预计2023年将进行14次发射，其中4~6次将来自沃洛普斯飞行设施。

然而，由火箭实验室拥有和运营的新西兰1号发射场将继续是“电子”火箭的主发射场。贝克说，在沃洛普斯起步所面临的挑战“让你感激拥有自己的发射场，在那里你可以控制所有问题，可以直接与监管机构打交道。”

火箭实验室和其他机构正准备在1月份进行新的发射尝试，而SpaceX已经开始了。今年的第一次猎鹰九号发射于美东时间1月3日上午实施，为许多客户发射了114颗小型卫星，是一次Transporter系列专属拼车发射任务。仅这一次发射入轨的卫星，就超过许多小型运载火箭公司在2023年发射计划的总和。

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