為什么說“航天是艱難的！”

美西時(shí)間2021年9月2日晚間，美國商業(yè)航天企業(yè)-螢火蟲航天（Firefly Aerospace）在美國范登堡太空軍基地SLC－2平臺(tái)，發(fā)射了該公司第一款也是第一枚運(yùn)載火箭“阿爾法（Alpha）”，火箭在飛行過程中發(fā)生爆炸。

螢火蟲航天“阿爾法（Alpha）”火箭在飛行過程中發(fā)生爆炸

8月28日，同樣是美國商業(yè)航天企業(yè)的阿斯特拉（Astra）公司的Astra3.3 LV0006火箭，從阿拉斯加太平洋火箭發(fā)射場發(fā)射后，由于1個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)故障，在飛行2分半鐘后，控制人員主動(dòng)終止了發(fā)射程序，火箭墜入太平洋。

阿斯特拉（Astra）公司的Astra3.3 LV0006火箭起飛時(shí)就發(fā)生箭體傾斜，在導(dǎo)航系統(tǒng)作用下，火箭進(jìn)行了側(cè)方移位后艱難升空

8月3日，中國商業(yè)航天企業(yè)-星際榮耀（iSpace）雙曲線一號（Hyperbola-1）第3發(fā)運(yùn)載火箭，從我國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心點(diǎn)火升空，由于整流罩未及時(shí)打開，飛行試驗(yàn)未達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

星際榮耀（iSpace）雙曲線一號#5運(yùn)載火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)尾跡

其實(shí)，近期發(fā)生的航天領(lǐng)域事故還不止這些，還包括但不限于俄羅斯Nauka多功能艙在入軌后，以及與國際空間站對接后發(fā)生的事故，幸運(yùn)的是這一次問題并未造成直接的嚴(yán)重后果；波音公司的星際線飛船的推進(jìn)系統(tǒng)閥門故障，導(dǎo)致計(jì)劃推遲等。

2019年SpaceX公司載人龍飛船Demo-1因地面發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)導(dǎo)致飛船損毀。從而導(dǎo)致計(jì)劃中的“自航天飛機(jī)退役后的第1次由美國的飛船，在美國的領(lǐng)土上，將美國的宇航員發(fā)射入軌”的載人飛行計(jì)劃推遲時(shí)，埃隆.馬斯克表示“航天是艱難的”

到底是那些因素造成“航天是艱難的（Space is hard）”呢?

任何大型、高復(fù)雜度、特別是處于技術(shù)前沿的項(xiàng)目都存在巨大的失敗風(fēng)險(xiǎn)。航天作為一項(xiàng)應(yīng)用了當(dāng)今最新科技前沿技術(shù)，基于復(fù)雜環(huán)境的大型系統(tǒng)工程項(xiàng)目，使其在成功與失敗之間的邊際特別小。

從最確切的意義上講，火箭發(fā)射是可控的爆炸。液氧、液氫、液態(tài)甲烷和煤油的燃燒幾乎不容許有任何誤差。將這些能量轉(zhuǎn)化為可用的推力需要精心設(shè)計(jì)的燃燒室、噴嘴和其他能夠承受極端高溫和壓力的部件。流體力學(xué)的不穩(wěn)定性是如此復(fù)雜和難以預(yù)測，以至于早期的火箭研制人員只能依靠實(shí)驗(yàn)而不是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠硗晟扑麄兊脑O(shè)計(jì)。

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)射過程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，這是火箭和它的有效載荷(包括人類)都必須是能夠耐受。航天零部組件到系統(tǒng)必須在地球上進(jìn)行完全的測試，以確保它們能夠承受發(fā)射環(huán)境。

在地球上組裝的過程中，灰塵、流體和其他污染物會(huì)沉降到航天器的底部，或聚集在空氣流動(dòng)少的地方。在零重力狀態(tài)下，這些粒子可以在空間擴(kuò)散，可能損壞電子元件，甚至導(dǎo)致短路。這就是為什么航天器需要在潔凈室中組裝。

太空的極端溫度環(huán)境，需要有強(qiáng)大的熱控能力，載荷也可以在控制范圍內(nèi)安全運(yùn)行。由于熱量不能在真空中消散，使得空間系統(tǒng)的熱設(shè)計(jì)比地球上的系統(tǒng)更具挑戰(zhàn)性。

在地球大氣層的保護(hù)層和范艾倫帶（Van Allen belt）之外，電子設(shè)備(尤其是計(jì)算機(jī)和微電子系統(tǒng))對電離輻射的危害非常敏感。在太空中，電離輻射來自高能粒子和宇宙輻射等。

宇宙飛船和火箭與飛機(jī)形成鮮明對比，因?yàn)椴僮黠w機(jī)的步驟順序可以在人類飛行員的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)完成。相比之下，火箭的級間分離需要精確的電信號同步，這些信號控制著燃料閥、燃料泵和分離組件。這一挑戰(zhàn)也延伸到更加復(fù)雜的自主操作，如將火星車登陸火星或者進(jìn)行火箭的回收等。

與地球上的大多數(shù)項(xiàng)目不同，太空系統(tǒng)必須保證一次正確運(yùn)行，因?yàn)榘l(fā)射后一般不可能進(jìn)行維修(哈勃太空望遠(yuǎn)鏡是一個(gè)例外，但第一次修復(fù)主鏡和其他部件的費(fèi)用就都到1993年的2.93億美元)。空間系統(tǒng)的可靠性，或在一定條件和一定時(shí)間內(nèi)的可靠性，必須在它到達(dá)發(fā)射平臺(tái)之前被量化和落實(shí)。

以上并不是詳盡的造成航天艱難的因素，飛船和火箭擅長尋找自毀的各種新方法。然而，每一次失敗都是一個(gè)從錯(cuò)誤中學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，并通過吸取教訓(xùn)來推動(dòng)演進(jìn)。航天科學(xué)家和工程師是站在巨人的肩膀上，成功得益于失敗所累積的經(jīng)驗(yàn)。