大家可否知道，為何各國要爭相研制“大火箭”？研制一枚“大火箭”到底有多難？

“出生”艱難

各國大型運載火箭并沒有一個統一的標準，按照美國的定義，大型運載火箭一般指近地軌道運力在20～50t之間的火箭，包括美國的德爾塔-4火箭、俄羅斯的質子-M火箭和歐空局的阿里安-5火箭。

美國德爾塔-4火箭|

如果略微放寬標準的話，運力稍弱的美國宇宙神-5和日本的H-2B火箭也可列入其中。大型運載火箭的性能和技術要求極高，研制難度非常大。

日本的H-2B火箭發射|

美國運載火箭技術水平較高，宇宙神-5和德爾塔-4的研制看上去也比較順利，卻殊不知，宇宙神-5火箭引進的是俄羅斯的RD-180大推力液氧/煤油發動機。

美國宇宙神-5火箭|

而立足國產發動機的德爾塔-4火箭，由于RS-68液氧/液氫發動機研制、性能和使用中的問題，通用化和模塊化受到了很大限制，直到服役10年后才逐漸實現徹底的通用化。

RS-68發動機硬件測試|

歐洲的阿里安-5火箭是現在商業上最成功的運載火箭之一，它的研制過程也不簡單，從1987年正式立項到1996年首次發射，花費了約9年的時間和巨額投資。

阿里安-5火箭發射|

有別于阿里安-1到阿里安-4基本技術的一脈相承，阿里安-5使用了大推力的固體助推器、全新的火神系列大推力液氧/液氫發動機，5.4米的大直徑液氧/液氫芯級。龐大的芯級不僅使用共底儲箱設計，還使用了先進的超臨界氦增壓技術。

阿里安系列火箭|

與之情況類似的是俄羅斯的質子-M火箭，它使用了先進的大推力分級燃燒循環發動機，用傳統的偏二甲肼/四氧化二氮推進劑實現了很高的性能，這在當時是很“洋氣”的做法。高大上的技術水平也帶來巨大的研制難度，在冷戰高峰期,它花費了7年時間才完成研制。

質子-M火箭|

“成長”不易

大型火箭為了實現巨大的運載能力，不僅要使用各種先進技術提高運載系數，還具有自身體積和重量大的特點。所以，大型運載火箭的研制規模和難度都遠超中小型運載火箭。

質子-M火箭發射|

火箭復雜度的提高，意味著可靠性的下降，為了實現同樣的成功率，大型運載火箭要付出更大的努力。縱觀世界大型運載火箭的發射記錄，發射失敗屢見不鮮。

美國的宇宙神-5和德爾塔-4火箭可靠性設計水平比較高，但部分失敗也不罕見。例如，宇宙神-5火箭曾出現半人馬座上面級提前關機，2顆國家偵察局的機密衛星不得不耗用自己的推進劑進入預定軌道。

半人馬座上面級在軌飛行模擬圖|

德爾塔-4火箭也沒有幸運多少，它在首次發射時，因為運載的衛星高度低于預期而以“部分失敗”告終。

德爾塔-4火箭發射|

歐空局的基本型號阿里安-5G首次和第二次發射都以失敗告終。兩次慘敗后，歐空局進行了改進升級，提高了火箭的可靠性和性能，才連續取得6次成功。后來，又發生了幾次事故，發射以失敗告終。

阿里安-5G火箭曾經歷多次失敗|

阿里安-5火箭雖然有這些慘痛的經歷，但此后一路平安，現在還是國際商業發射市場的中流砥柱。

俄羅斯的大型火箭質子號在早期的發射中，失敗成了“家常便飯”。雖然“質子號”仍然是俄羅斯大型火箭的頂梁柱，也是競爭國際商業發射市場的主力，但它現在居高不下的失敗率也是個傷腦筋的問題。

質子號火箭發射失敗|

從這些現役大型火箭的實際情況來看，大型火箭的連續發射成功，絕不是一件簡單的事情。

為了人類走得更遠

為什么各國運載火箭的“塊頭”越造越大呢？

大型火箭的研發制造雖然耗資巨大，但運力充足，它在運載火箭中有著不可替代的獨特作用，更是成為航天強國的標志。

大型運載火箭強大的運力源自進行深空無人和有人探測的需求。比如，美國的好奇號火星車就是由宇宙神-5火箭發射的。歐空局用阿里安-5火箭發射的羅塞塔號彗星探測器，為人類探索太空作出了很大的貢獻。

羅塞塔號彗星探測器模擬圖|

在人類走向更遠的深空的過程中，火箭需要足夠的燃料不斷前進。人類想在太空中生存，就必須帶上大量食物、水和其他的必須物品，以及各種實驗設備。這些都需要“大塊頭”的火箭來完成。

 

參考文獻/《飛天科普周刊》



大火箭：研制艱難成功不易

圖文簡介

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