问题

如何看待美国 Astra 公司火箭发射失败,不到 3 分钟解体?哪些原因可能导致发射失败?

回答
Astra 公司的那次火箭发射失败,确实挺让人揪心的。不到三分钟就解体了,对于一个商业航天公司来说,这绝对是个沉重的打击。它暴露出来的不仅是技术上的问题,更是整个行业在追逐速度和成本效益时可能面临的挑战。

为什么这么快就解体了?

不到三分钟就解体,这说明问题可能出在火箭上升过程中的关键初期阶段,或者说,火箭在承受早期飞行载荷时就崩溃了。这种戏剧性的失败,通常是几个因素叠加的结果,不太可能是一个孤立的原因。

可能导致发射失败的因素,我们可以从几个层面来剖析:

1. 发动机和推进系统问题:

发动机早期故障: 火箭发动机是整个发射的核心,一旦它出现问题,后果不堪设想。可能是发动机的燃油供应不稳定,或者燃烧室内的压力和温度控制失灵。例如,在早期推力还没完全建立的时候,如果某个发动机突然熄火、产生异常震动,或者发生爆炸,都可能导致整流罩受损,最终解体。
推力不平衡/不对称: Astra 的火箭通常采用多台小型发动机组合来提供推力。如果这些发动机中的某一台或几台工作不正常,推力输出不均衡,就会产生巨大的侧向力或扭矩。这种不对称的力,如果火箭的结构设计或者姿态控制系统无法及时补偿,就会导致火箭在空中翻滚、失控,最终被过大的气动载荷撕裂。想象一下,你同时拉扯几根绳子,结果其中一根突然断了,整个结构肯定会歪掉。
推进剂泄漏或灌注问题: 在发射前,推进剂的储存和输送至关重要。任何微小的泄漏,都可能导致推进剂混合比失调,燃烧效率低下,甚至引发不稳定的燃烧。如果泄漏发生在关键时刻,比如在发动机点火后不久,那更是灾难性的。

2. 结构完整性与气动载荷:

结构强度不足: 火箭在上升过程中要承受巨大的气动压力和结构载荷。如果火箭的结构设计存在缺陷,或者制造过程中使用了劣质材料,又或者焊接、连接处存在预应力或裂纹,都可能在早期飞行中就被巨大的压力压垮。尤其是在穿越大气层最密集、速度最快的阶段(通常是“最大动压区”),如果结构强度达不到要求,很容易发生“炸裂”。
气动布局问题: 火箭的外形设计、整流罩的连接方式等都直接影响其在大气中的气动稳定性。如果设计上存在导致气动阻力过大或者产生不稳定气动力的环节,并且在高速飞行中这个问题被放大,就可能导致火箭失控解体。例如,整流罩的脱离时机不对,或者固定结构在早期就失效,都可能引发连锁反应。
振动与共振: 火箭发动机工作时会产生剧烈的振动。如果这些振动频率恰好与火箭结构的某个固有频率发生共振,就会极大地放大振动幅度,导致结构疲劳甚至破坏。这种现象就像你用力晃动一个酒杯,如果频率对了,杯子很容易碎。

3. 制导、导航与控制(GNC)系统故障:

姿态控制失灵: 火箭在飞行过程中需要精确地控制自己的姿态和方向。如果 GNC 系统(包括传感器、飞行计算机和执行机构)出现故障,导致火箭无法保持稳定的飞行姿态,它就可能开始翻滚、倾斜,承受异常的气动载荷,最终解体。想想看,火箭失控就像一架飞机在空中失去控制,很快就会变成一堆碎片。
指令错误或丢失: 从地面控制中心发送给火箭的指令,如果因为通信中断、干扰或者指挥系统本身的错误而出现问题,都会让火箭做出错误的动作,从而引发灾难。
传感器失效: 姿态传感器(如陀螺仪、加速度计)是 GNC 系统的“眼睛”和“耳朵”。如果这些传感器在关键时刻失效或提供错误数据,飞行计算机就会“看不清”火箭的状态,无法做出正确的控制决策。

4. 制造与集成过程中的质量问题:

零部件缺陷: 即使设计是好的,如果在制造过程中某个关键零部件(比如涡轮泵、阀门、连接件)存在制造缺陷或质量问题,也可能在极小的应力下就失效。
装配错误: 火箭的组装是一个极其精密的过程。任何一个螺栓拧得不紧,或者某个线路连接错误,都可能在飞行中被放大成致命的问题。
测试不充分: 商业航天公司往往追求快速迭代和低成本,但这意味着他们的测试可能不如传统大型航天机构那样严谨和全面。某些可能在地面测试中难以发现的潜在问题,就可能在实际飞行中暴露出来。

5. 其他潜在因素:

外部环境因素: 虽然不太可能直接导致三分钟内解体,但在某些极端情况下,比如火箭遭遇了比预期更强的风切变或者天气异常,也可能加剧本来就存在的结构脆弱性。
人为操作失误: 在发射准备阶段,任何环节的人为操作失误都可能留下隐患。

对于 Astra 这样的公司意味着什么?

对 Astra 来说,这种失败当然是沉重的,但它也是航天探索过程中不可避免的一部分。每次失败都提供了宝贵的教训,帮助他们识别问题并改进。对于商业航天而言,如何在追求低成本、高频率发射的同时,保证技术的成熟度和可靠性,是一个持续的挑战。

这样的事件也会影响投资者和客户的信心,但同时也可能激发行业内更深入的思考和更严格的质量控制。关键在于他们能否迅速分析原因,拿出有效的解决方案,并且在接下来的发射中证明自己。航天是一个需要耐心和坚持的领域,一两次的失败并不意味着终结,而是成长的代价。

网友意见

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这个能载入史册的经典火箭发射了。

Astra火箭第一级有五个引擎,每一台能提供6500磅的推力,五台共计提供32500磅。

点火后不到1秒钟一台引擎故障熄灭,导致只有6500*4=26000磅的推力,恰好和Astra火箭的起飞重量差不多,结果便是火箭悬空漂浮了一段时间,等推进剂消耗减轻重量后才得以飞起来。

而之所以会偏离发射架是因为5个引擎喷口是五边形的布置,一个引擎熄火后推力不均匀产生扭力。因此也能推断出是出故障的引擎是离发射架最远的那台。

之前多引擎构造一台熄火,其他的引擎延长点火也行,比如猎鹰9发射的CRS-1。但是Astra火箭悬空时浪费了太多的燃料,导致已经没有足够的燃料来到达近地轨道所需的速度了。

之所以又让火箭飞了2分半再手动解体,第一是为了避免炸毁发射台,第二是为了确保火箭残骸落在之前发布的危险区域内,

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一个小初创公司的一款小火箭,没什么可说的,

当初马斯克的猎鹰1火箭前三次都失败了, 中国的几家航天民企的火箭试射也是各种失败。 火箭是个很严肃很困难的事,没有谁能随随便便成功

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