隨著近年來加入商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)的私營公司越來越多，競(jìng)爭(zhēng)也越來越激烈。各家公司都在想方設(shè)法尋找自己的“獨(dú)門絕招”，形成獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)力，以求在這個(gè)市場(chǎng)中獲得自己的生存空間。
讓人想不到的是，近期一家商業(yè)火箭公司憑借自己產(chǎn)品的一個(gè)“出位”操作竟然“出圈”了，成為了大家熱議的話題。這家商業(yè)火箭公司就是美國的小運(yùn)載研制廠家群星公司。到底是怎么回事呢？
群星公司的“3.3版火箭”
8月28日，群星公司采用其“3.3版火箭”在美國阿拉斯加州科迪亞克島太平洋航天港進(jìn)行了一次入軌發(fā)射試驗(yàn)。
讓人瞠目結(jié)舌的是，火箭起飛后并沒有直接向上飛升，而是出現(xiàn)了箭體傾斜，隨后向一側(cè)橫向飛行，并在地面之上盤旋。橫向飛行持續(xù)了將近20秒之后，火箭逐漸向上爬升。上升飛行一直持續(xù)到起飛后約2.5分鐘，一級(jí)即將結(jié)束工作之時(shí)。
火箭點(diǎn)火后橫向飛行
根據(jù)網(wǎng)絡(luò)視頻中播放的箭上拍攝視頻畫面顯示，當(dāng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)，火箭出現(xiàn)翻滾，同時(shí)能聽到“終止”的口令聲。
大家經(jīng)常見到的是點(diǎn)火之后向上飛行的火箭，這種點(diǎn)火之后先橫著飛的火箭可以說是頭一次見，因此也就受到了大家的普遍關(guān)注。
后續(xù)，群星公司披露的消息也證實(shí)，這是因?yàn)榛鸺l(fā)生了故障，在發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的一個(gè)異?，F(xiàn)象。
該公司聯(lián)合創(chuàng)始人和首席執(zhí)行官肯普在失敗后約90分鐘召開的電話記者會(huì)上稱，一級(jí)火箭5臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)中的一臺(tái)，由于不明原因在起飛后不到1秒即發(fā)生故障，導(dǎo)致發(fā)射失敗。
大家可能會(huì)問了，一般火箭發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障，火箭不是會(huì)爆炸嗎？群星公司的火箭怎么這么“頑強(qiáng)”，掙扎了一段時(shí)間，還飛了上去？這就得從火箭的飛行原理說起了。
我們知道，火箭要想獲得向上飛行的速度，其火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力一定要大于火箭的重量。對(duì)于這個(gè)指標(biāo)，業(yè)內(nèi)有一個(gè)專用名詞，叫“推重比”。
根據(jù)群星公司發(fā)布的資料顯示，此次發(fā)射的火箭采用液氧和煤油推進(jìn)劑，長(zhǎng)11.6米，直徑1.32米，被設(shè)計(jì)成能裝入標(biāo)準(zhǔn)貨運(yùn)集裝箱，設(shè)計(jì)太陽同步軌道運(yùn)載能力為25千克，低軌運(yùn)載能力為100千克?；鸺患?jí)裝有5臺(tái)由電泵驅(qū)動(dòng)的“海豚”發(fā)動(dòng)機(jī)，總推力約140千牛；二級(jí)安裝單臺(tái)“以太”發(fā)動(dòng)機(jī)，真空推力約3.1千牛。
在此次發(fā)射中，該火箭在一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)不能工作的情況下，仍然能維持不墜落地面，且貼著地面橫向移動(dòng)，說明火箭剩下的仍然在工作的4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的推力恰好與火箭的重量相等。此時(shí)的火箭無法獲得向上飛升的加速度。但是隨著火箭發(fā)動(dòng)機(jī)不斷消耗推進(jìn)劑，火箭的總質(zhì)量在不斷減輕。當(dāng)推進(jìn)劑被消耗到一定程度時(shí)，火箭再次獲得向上的加速度，重新開始爬升。
大家可能還有一個(gè)疑問，那就是火箭為什么不原地浮空，而是發(fā)生了側(cè)向偏移呢？
這就說明此次火箭發(fā)生故障的那一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)并沒有被布置在5臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的中間位置，而是布置在了一側(cè)。在這種情況下，火箭的推力不平衡，理論上火箭應(yīng)該傾倒在地才對(duì)，但它為什么沒有倒地呢？這就要?dú)w功于火箭的姿態(tài)控制系統(tǒng)了。
我們知道，一般運(yùn)載火箭都有制導(dǎo)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。制導(dǎo)系統(tǒng)負(fù)責(zé)告訴火箭，在什么時(shí)候應(yīng)該轉(zhuǎn)彎，應(yīng)該轉(zhuǎn)多大的彎，以及在什么條件下關(guān)閉火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。遵從制導(dǎo)系統(tǒng)的指令，運(yùn)載火箭就會(huì)最終到達(dá)預(yù)定的軌道。
那么是誰指揮發(fā)動(dòng)機(jī)偏轉(zhuǎn)，控制火箭執(zhí)行制導(dǎo)系統(tǒng)的指令呢？那就是火箭的姿態(tài)控制系統(tǒng)。
姿態(tài)控制系統(tǒng)要隨時(shí)感受火箭當(dāng)前的姿態(tài)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)偏轉(zhuǎn)方向進(jìn)行調(diào)整，使火箭的姿態(tài)回歸到制導(dǎo)系統(tǒng)規(guī)定的位置上來。其間，火箭的姿態(tài)必然會(huì)受到各種各樣的擾動(dòng)，姿態(tài)控制系統(tǒng)必須克服這些擾動(dòng)，控制好火箭的姿態(tài)。
火箭發(fā)射時(shí)，制導(dǎo)系統(tǒng)給出的指令一般是垂直九十度向上飛行。當(dāng)群星公司的這枚火箭，在其一側(cè)安裝的一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障關(guān)機(jī)后，由于火箭的重心要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)動(dòng)機(jī)推力的作用位置，火箭姿態(tài)控制系統(tǒng)為了保持火箭的平衡，就必須控制發(fā)動(dòng)機(jī)向另一側(cè)擺動(dòng)，產(chǎn)生相反的推力力矩，使火箭的姿態(tài)盡量保持在垂直狀態(tài)。但這樣也會(huì)產(chǎn)生另外一個(gè)副作用，那就是火箭獲得了一個(gè)側(cè)向力，推動(dòng)火箭發(fā)生橫向飛行。
這樣的橫向飛行在高空可能不太能看得出來，在地面發(fā)射階段可是很要命的事，萬一方向不對(duì)，火箭橫向偏移撞上了發(fā)射塔架，那肯定是一場(chǎng)重大事故。為此運(yùn)載火箭起飛時(shí)的推動(dòng)比不能太小，火箭距離發(fā)射架也要離開一定的距離，這樣火箭才會(huì)盡快安全地離開地面，到達(dá)它可以盡情施展的廣袤空間中去。
群星公司火箭發(fā)生的一次意外，不僅使群星公司受到了意外的關(guān)注，也讓我們看到了火箭技術(shù)的復(fù)雜和精密。對(duì)于運(yùn)載火箭這樣復(fù)雜的系統(tǒng)，真是牽一發(fā)而動(dòng)全身?；鸺こ處焸儽仨殞?duì)火箭的每一個(gè)細(xì)節(jié)都孜孜以求，才能確保它順順利利地升空入軌。
（本文刊登于2021年9月11日的《中國航天報(bào)·飛天科普周刊》）
