大火箭：研制艰难成功不易

　　大家可否知道，为何各国要争相研制“大火箭”？研制一枚“大火箭”到底有多难？

　　“出生”艰难

　　各国大型运载火箭并没有一个统一的标准，按照美国的定义，大型运载火箭一般指近地轨道运力在20～50t之间的火箭，包括美国的德尔塔-4火箭、俄罗斯的质子-M火箭和欧空局的阿里安-5火箭。

　　美国德尔塔-4火箭|

　　如果略微放宽标准的话，运力稍弱的美国宇宙神-5和日本的H-2B火箭也可列入其中。大型运载火箭的性能和技术要求极高，研制难度非常大。

　　日本的H-2B火箭发射|

　　美国运载火箭技术水平较高，宇宙神-5和德尔塔-4的研制看上去也比较顺利，却殊不知，宇宙神-5火箭引进的是俄罗斯的RD-180大推力液氧/煤油发动机。

　　美国宇宙神-5火箭|

　　而立足国产发动机的德尔塔-4火箭，由于RS-68液氧/液氢发动机研制、性能和使用中的问题，通用化和模块化受到了很大限制，直到服役10年后才逐渐实现彻底的通用化。

　　RS-68发动机硬件测试|

　　欧洲的阿里安-5火箭是现在商业上最成功的运载火箭之一，它的研制过程也不简单，从1987年正式立项到1996年首次发射，花费了约9年的时间和巨额投资。

　　阿里安-5火箭发射|

　　有别于阿里安-1到阿里安-4基本技术的一脉相承，阿里安-5使用了大推力的固体助推器、全新的火神系列大推力液氧/液氢发动机，5.4米的大直径液氧/液氢芯级。庞大的芯级不仅使用共底储箱设计，还使用了先进的超临界氦增压技术。

　　阿里安系列火箭|

　　与之情况类似的是俄罗斯的质子-M火箭，它使用了先进的大推力分级燃烧循环发动机，用传统的偏二甲肼/四氧化二氮推进剂实现了很高的性能，这在当时是很“洋气”的做法。高大上的技术水平也带来巨大的研制难度，在冷战高峰期,它花费了7年时间才完成研制。

　　质子-M火箭|

　　“成长”不易

　　大型火箭为了实现巨大的运载能力，不仅要使用各种先进技术提高运载系数，还具有自身体积和重量大的特点。所以，大型运载火箭的研制规模和难度都远超中小型运载火箭。

　　质子-M火箭发射|

　　火箭复杂度的提高，意味着可靠性的下降，为了实现同样的成功率，大型运载火箭要付出更大的努力。纵观世界大型运载火箭的发射记录，发射失败屡见不鲜。

　　美国的宇宙神-5和德尔塔-4火箭可靠性设计水平比较高，但部分失败也不罕见。例如，宇宙神-5火箭曾出现半人马座上面级提前关机，2颗国家侦察局的机密卫星不得不耗用自己的推进剂进入预定轨道。

　　半人马座上面级在轨飞行模拟图|

　　德尔塔-4火箭也没有幸运多少，它在首次发射时，因为运载的卫星高度低于预期而以“部分失败”告终。

　　德尔塔-4火箭发射|

　　欧空局的基本型号阿里安-5G首次和第二次发射都以失败告终。两次惨败后，欧空局进行了改进升级，提高了火箭的可靠性和性能，才连续取得6次成功。后来，又发生了几次事故，发射以失败告终。

　　阿里安-5G火箭曾经历多次失败|

　　阿里安-5火箭虽然有这些惨痛的经历，但此后一路平安，现在还是国际商业发射市场的中流砥柱。

　　俄罗斯的大型火箭质子号在早期的发射中，失败成了“家常便饭”。虽然“质子号”仍然是俄罗斯大型火箭的顶梁柱，也是竞争国际商业发射市场的主力，但它现在居高不下的失败率也是个伤脑筋的问题。

　　质子号火箭发射失败|

　　从这些现役大型火箭的实际情况来看，大型火箭的连续发射成功，绝不是一件简单的事情。

　　为了人类走得更远

　　为什么各国运载火箭的“块头”越造越大呢？

　　大型火箭的研发制造虽然耗资巨大，但运力充足，它在运载火箭中有着不可替代的独特作用，更是成为航天强国的标志。

　　大型运载火箭强大的运力源自进行深空无人和有人探测的需求。比如，美国的好奇号火星车就是由宇宙神-5火箭发射的。欧空局用阿里安-5火箭发射的罗塞塔号彗星探测器，为人类探索太空作出了很大的贡献。

　　罗塞塔号彗星探测器模拟图|

　　在人类走向更远的深空的过程中，火箭需要足够的燃料不断前进。人类想在太空中生存，就必须带上大量食物、水和其他的必须物品，以及各种实验设备。这些都需要“大块头”的火箭来完成。

　　参考文献/《飞天科普周刊》

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