盘点那些经历坎坷并载入史册的火箭：阿里安5号、质子号、猎鹰9号
2019年12月27日，我国最大推力运载火箭长征五号搭载着基于东方红卫星五号平台的首颗新技术试验验证卫星——实践二十号，在我国海南文昌航天发射场成功发射。
此次长征五号发射任务之所以被寄予厚望，是因为其关系到中国航天后续一系列重大工程的顺利实施。事实上，国际上许多主力运载火箭也都是在万众期待和历经风雨中成长起来，最终成为了光芒四射的“明星”。
图片来源：中国航天报
“阿里安5号”的曲折身世
说起当前世界上的主力运载火箭，不得不提欧空局的“阿里安5号”。它是世界上第一种采用“大直径、少级数”设计方案设计的大推力运载火箭。
“阿里安5号”于1982年开始研制，最初计划是用于发射使神号航天飞机。因此，它在研制过程中受到美国航天飞机的巨大影响，1985年提交欧空局部长会议的最终方案就是经典的航天飞机类构型。然而不幸的是，使神号小型航天飞机计划由于经费问题而停止。
1994年4月11日，研制中的阿里安5号火箭发动机火神在试验设施上进行320秒的热试车时发生爆炸。要知道，此前火神发动机已经进行了179次试车，累计试车时间已接近4.5万秒，类似的事故以前从未发生过。这可以说是阿里安5号的又一次波折了。
1996年6月4日，在经过长达14年的研制后，“阿里安5号”终于进行了首次发射。而这次发射在火箭点火22秒后，主发动机的喷管液压系统出现了频率为10赫兹的振荡。点火36.7秒后，火箭备用惯性基准系统的计算机失灵，又过了0.05秒，主惯性基准系统同样失灵。火箭主计算机操纵两个助推器喷管突然摆动到极限位置，火箭很快倾斜，在强烈的气动力作用下箭体断裂。点火后39秒，该火箭在海拔4000米的空中自毁，化作一片绚烂的“流星雨”。
在首飞失败之后，经过一年多的卧薪尝胆，1997年10月30日，“阿里安5号”进行了第二次鉴定发射。这次发射也仅仅是取得了部分成功。在火箭主发动机即将关机之前，出现了一个超出预计的滚转力矩。这一力矩造成推进剂贮箱发生晃动，致使推进剂液面降到了“排空”标记之下，引起发动机提前关机。尽管该火箭的上面级尽量多工作了一段时间，但是也未能弥补一级提前关机所造成的200米/秒的速度损失，只能将有效载荷送入比预定轨道偏低的轨道。
2001年7月12日，第七枚“阿里安5号”进行双星发射时，由于上面级发动机发生不稳定燃烧，导致发动机提前关机，最终卫星进入了比预定轨道低很多的无用轨道。这是阿里安5号运载火箭正式投入商用以后遇到的第一次故障。
2002年12月11日，“阿里安5号”的改进型ECA进行了首飞。该火箭使用了基于火神2发动机的新芯级。发射后，由于火神2发动机出现故障，造成火箭飞行控制不平稳，偏离飞行轨迹。最后，发射控制中心发出自毁指令，火箭在69千米的高空爆炸。
在这之后，欧空局经过2年多的努力，阿里安5号ECA火箭于2005年2月12日发射成功。这些波折之后，“阿里安5号”终于迎来了自己的坦途，取得了接连82次的圆满成功，使其在国际商业发射市场上能够呼风唤雨，不断地攻城掠地，巩固了欧空局在商用卫星发射方面的领先地位，确保了其在国际市场所占有的份额。
“质子号”的艰难出世
俄罗斯的主力运载火箭“质子号”也有着一番坎坷的身世。“质子号”最初的设计目标是一枚超重型洲际弹道导弹，可以将1亿吨当量以上的热核弹头投送1.3万公里远的距离。当然，随着苏联对于核武器认识的加深，这一目标也就不复存在了。不得已，“质子号”开始向运载火箭转行。
最初的“质子号”于1961~1965年间研制，两级状态的“质子号”于1965年7月16日从拜科努尔发射场发射，执行了第一次任务。其后，“质子号”又有了加装第三级、第四级的改进型，使其运载能力越发强大，可以担当将大型载荷运送到地球同步轨道甚至更远深空的重任。“质子号”目前的近地轨道运载能力达到了22.8吨，地球同步转移轨道运载能力达到了6.3吨。
由于“质子号”最初作为导弹设计时定的目标过于高远，进而很快被抛弃，使其初始设计验证进行得十分仓促，有着先天不足的毛病。在1965~1972年的飞行试验期间，“质子号”就饱尝了先天不足带来的痛苦，先后发生了数十次的发射失败，直到1977年才通过了国家的试验考核，被认为具有了90%以上的可靠性。
“质子号”因为其巨大的运载能力，成为了苏联及俄罗斯的主力运载火箭。此后一系列重要的航天发射活动都由其担当重任。在美苏登月竞赛时期，“质子号”承担了将大多数月球号无人探测器送上月球的任务。冷战结束后，“质子号”还承担了国际空间站两个主要舱段的发射任务。苏联的大型通信卫星和深空探测器也由其发射升空。
苏联解体之后，“质子号”又借助国际发射服务公司走向了国际市场，成为国际商业发射市场的有力竞争者。
“猎鹰9号”的坎坷历程
提起美国SpaceX公司的“猎鹰9号”，现在可以说是无人不晓，确实是目前航天界的“当红辣子鸡”，然而在其研制历程中，也是有着诸多波折与不顺。
我们知道，“猎鹰9号”获得如此成功的卖点之一就是可以实现发射价格的大幅下降。而SpaceX公司能够降低发射成本，提高发射利润率的最重要依仗就是“猎鹰9号”一子级的回收和重复使用。而实现一子级回收的过程可以说是历经坎坷。
“猎鹰9号”一子级回收的故事开始于1.0版本的构型1，它只发射了5次，3次为满足美国宇航局要求的演示飞行，2次为龙飞船的国际空间站补给任务，期间就测试过它的回收系统，方案是最后让一级箭体利用降落伞缓慢落入水中。然而这个计划后来失败了，因为箭体和降落伞在再入大气的时候遭到破坏，最后回收船只回收到了一级火箭的部分碎片。
“猎鹰9号”之后开始尝试反推着陆方案。为了掌握火箭回收技术，SpaceX公司的工作不可谓不细。尽管如此，之后还是一连串的不顺利。
2015年1月10日的首次海上着陆回收试验中，由于控制气动栅格翼的液压油过早用完，火箭斜着撞在回收船上爆炸，导致船上部分设备损坏；2月11日的回收试验中由于落区风浪太大只能放弃，火箭直接坠入大西洋；4月14日的第三次试验中，由于横向速度过大，火箭未能在甲板上站稳，最终导致倾覆爆炸。更糟糕的是，6月28日火箭在发射货运飞船时直接爆炸，不仅预定的回收试验化为乌有，在完成对火箭的故障检查前，正常发射任务也不得不中止。
当然，这一切的不顺利促使研制团队痛定思痛，进行了认真的整改，终于在当年12月22日实现了“猎鹰9号”一子级的陆上成功回收，这是人类首次实现火箭参与轨道发射后部分部段飞回发射场的壮举，一个新的时代开始了。
纵观世界航天发展史，无论是哪个国家，在它们取得一项项重大航天成就的同时，也遭受着一次次的挫折和失败。人类在探索太空的征程中绝没有一帆风顺的坦途，风险从来都与成功共存。
文| 李宇飞
编辑| 杨蕾 张晓帆
监制| 许斌
参考资料：
https://mp.weixin.qq.com/s/GUUlYLqDN8N_fKIhIweEtA
本文经授权转载自“中国航天报”微信公众号，感谢原作者的精彩分享。如需转载请联系原作者。
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