日本国产大火箭从种子岛成功发射,在直播镜头的跟随下升空飞远,结果不久后一个坏消息传来:二级火箭点火失败,火箭飞行速度正在逐步降低。为防止卫星和火箭箭体危及地面,最终,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)被迫下令火箭自毁,箭上搭载的先进光学卫星,也随之炸成了碎片。
(H-3火箭起飞瞬间)
H-3火箭的前身是日本H-2A/B型火箭,其设计目的是通过降低火箭的制造成本来降低发射成本,同时提升火箭的运载能力。因此从H-3火箭身上能够看到各处降低成本的方案,比如一级火箭采用了最新技术,而二级火箭却采用了H-2A/B上成熟的LE-5B型火箭发动机,节省研发成本和生产成本,从而控制火箭发射价格。经过一系列改进后,JAXA计划将H-3火箭的发射成本控制在5000-6500万美元之间。
其实早在2月17日,H-3火箭进行首次发射时就因为火箭助推器没有点火而中止发射,等于给了H-3火箭第二次机会。结果时隔半个多月后,H-3火箭再次进行发射时,原本出问题的固体火箭助推器点火问题解决了,而一直被认为成熟可靠的二级火箭发动机却点火失败了,可谓是“按下葫芦起了瓢”。
(H-3火箭的芯一级主机:LE-9液体火箭发动机)
在这次推迟的首射中,外界对于H-3火箭的一级氢氧火箭以及固体火箭助推器的情况更加关注,因为一级火箭使用了简单可靠的膨胀机放气循环的LE-9液体火箭发动机。相比前身H-2A/B火箭使用的二级燃烧循环发动机LE-7A,LE-9的零部件少了20%,但是推力更大。不过在之前的多次试验中,LE-9发动机的可靠性比较低,其液氢涡轮泵的涡轮转子叶片多次因为发动机工作时产生的共振疲劳而断裂,为了解决这个问题,H-3被迫多次推迟发射。
(日本H系列火箭家族)
最终H-3火箭发射时,固体火箭助推器没有问题,一级液氧火箭也没有问题,反倒是成熟、可靠的LE-5B二级火箭发动机出了问题。这似乎是一种宿命,几乎每次当日本航天火箭采用新的技术时都会在某些地方出现问题。
比如1998年,H-2火箭接连发射失败,其中H-2火箭第六次发射失败中,LE-5A二级发动机提前停机,导致卫星无法进入轨道。H-2火箭的第七次发射依然出问题,其上搭载改进后的LE-5B二级发动机还没开始工作,就因为一级火箭发动机突然失去动力,导致H-2火箭再次发射失败。连续两次失败导致日本最终放弃了H-2火箭,转而研发下一代H-2A运载火箭。
目前还不清楚H-3这次发射中二级火箭发动机到底出了什么问题,具体原因需要JAXA对火箭残骸进行打捞,以及对相关数据进行彻底分析后才能找到原因。不过根据目前公开的信息,我们目前可以对这次发射的情况进行一个合理的推测。
二级火箭发动机LE-5B的点火系统可能存在设计、制造、安装、调试等环节中的问题,例如点火电路连接不良、点火器失效等,导致点火失败。LE-5B发动机的前身LE-5A就出现过冷却燃烧室底部喷嘴裙部的冷却管钎焊部分断裂,导致泄漏的高温气体融化了发动机控制电源线,造成发动机提前关车的故障。
此外,LE-5B发动机虽然是一种比较成熟的发动机,但是依然可能出现燃料供应故障,例如燃料泵失效、燃料喷嘴堵塞等,导致点火不充分或完全无法点火。或者二级火箭发动机可能存在其他机械故障,例如点火器损坏、燃烧室受损等,这些故障也会导致点火失败或点火后发动机无法正常工作。
还有一种可能的原因,造成LE-5B点火失败。H-3火箭发射时产生巨大的震动,一级火箭LE-9发动机就曾因共振问题导致H-3火箭多次推迟发射,毕竟这是LE-9与LE-5B首次执行任务。相比LE-9,推力更低的LE-7A发动机与LE-5B发动机在H-IIB火箭上已经进行9次成功发射,没有出现过问题。
作为已经精密的航天活动运载工具,火箭的设计、制造、测试、发射等各个环节中,都需要严格控制和管理,以确保火箭能够安全、稳定地发射并执行任务。这次H-3火箭首射失败,意味着整个H-3项目必须重新“归零”,从火箭第一步设计研发至最后一步发射,都从零进行检查,甚至从头推倒重来,直至问题完全解决。这是一个漫长而痛苦的过程。
H-3作为日本国产的下一代主力火箭,被视为日本未来进行宇宙开发的王牌,这次的失败对相关人员来说,势必是一大打击,但这是人类航天探索中必须经过的一个过程。