北京時間2024年7月10日凌晨3時，歐洲航天局（ESA）新一代大型運載火箭—阿麗亞娜- 6從圭亞那航天中心升空，執(zhí)行首次發(fā)射任務。火箭順利點火起飛，助推器和第一級均正常工作并分離；在第二級的推進下，火箭進入預定軌道，分離了搭載的8顆立方星，完成了此次發(fā)射任務的主要目標。

然而，在阿麗亞娜- 6第二級正常完成第一次、第二次點火后，其輔助推進系統(tǒng)卻提前關(guān)閉，致使火箭偏離預定飛行軌道，無法進行第三次點火，進而無法釋放搭載的最后兩個載荷。盡管任務收尾階段出現(xiàn)“意外”，ESA還是宣布阿麗亞娜- 6成功發(fā)射升空、進入軌道和部署衛(wèi)星，這也標志著歐洲恢復了依靠自己的大型運載火箭進入太空的能力。

2024年9月16日，ESA公布了阿麗亞娜- 6首飛任務中出現(xiàn)故障的原因：火箭溫度傳感器檢測到的數(shù)值超出了程序預定值，這使得箭載軟件程序強制關(guān)閉了輔助推進系統(tǒng)，并取消了第三次點火。工程團隊表示，可以通過修改輔助推進系統(tǒng)的點火準備順序，以解決飛行過程中遇到的溫度異常問題。目前，修改后的代碼已經(jīng)在進行測試，雖然問題尚未完全解決，但ESA表示，阿麗亞娜- 6仍將按照計劃在2024年第四季度進行第二次發(fā)射。

失而復得的軌道級發(fā)射能力

事實上，在此次阿麗亞娜- 6發(fā)射前，ESA在過去一年里已經(jīng)完全失去了軌道級運載火箭的發(fā)射能力。2023年7月6日，曾經(jīng)的歐洲主力大型液體運載火箭阿麗亞娜- 5在執(zhí)行完最后一次發(fā)射任務后退役。接棒的阿麗亞娜- 6是2014年開始研制的，原定于2020年首次發(fā)射，但受新冠疫情、技術(shù)等因素影響，發(fā)射時間屢次推遲，導致其與阿麗亞娜- 5的服役時間沒能完好銜接上，ESA也因此只能使用織女星- C運載火箭來發(fā)射小型衛(wèi)星。

織女星- C是織女星運載火箭的升級版，可將重約2200千克的有效載荷送入距地面700千米的極地軌道。2022年7月13日，織女星- C成功發(fā)射，但同年12月，ESA宣布織女星- C的發(fā)動機在點火后不久出現(xiàn)嚴重故障，發(fā)動機燃燒室壓力下降，導致推力下降，火箭最終墜毀。目前，織女星- C計劃在2024年底復飛。

另外，ESA曾與俄羅斯合作，在圭亞那航天中心發(fā)射了俄制聯(lián)盟號運載火箭。然而俄烏沖突爆發(fā)后，ESA便中止了與俄羅斯在航天方面的合作，原計劃由聯(lián)盟號執(zhí)行的數(shù)個發(fā)射任務均需要使用其他火箭來完成。

至此，ESA經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展形成的由阿麗亞娜系列大型運載火箭、聯(lián)盟號中型運載火箭、織女星小型運載火箭所構(gòu)成的歐洲火箭家族已經(jīng)全部失去執(zhí)行發(fā)射任務的能力。

雖然此次阿麗亞娜- 6首飛讓ESA重新?lián)碛辛塑壍兰夁\載火箭發(fā)射能力，但第二級故障仍然令人擔憂。面對當下最為成功的商業(yè)運載火箭獵鷹9號，為降本增效而設計的阿麗亞娜-6明顯缺乏足夠的商業(yè)競爭力。

阿麗亞娜- 6與獵鷹9號的運載能力相近，但作為一次性火箭，在發(fā)射成本上，阿麗亞娜- 6相較于具備重復使用能力的獵鷹9號可謂毫無優(yōu)勢。同時，第二級故障的發(fā)生也讓阿麗亞娜- 6無法完全得到客戶的信任。2023年，美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）執(zhí)行了96次獵鷹火箭發(fā)射任務；截至2024年8月，SpaceX已經(jīng)執(zhí)行了超過70次獵鷹火箭發(fā)射任務。在發(fā)射成功率和發(fā)射頻率上，獵鷹火箭與剛剛完成首飛、目前仍然存在一定問題的阿麗亞娜- 6形成了鮮明的對比。

面對前景未知的歐洲火箭市場，部分商業(yè)發(fā)射客戶選擇放棄與ESA和阿麗亞娜航天公司的合作，轉(zhuǎn)而選擇獵鷹9號和獵鷹重型，這更為未來歐洲運載火箭的發(fā)展蒙上了一層陰影。

歷代阿麗亞娜運載火箭

20世紀70年代，歐洲各國決定在太空探索領(lǐng)域展開更進一步的合作，阿麗亞娜系列運載火箭的研制工作由此開始。

阿麗亞娜- 1 阿麗亞娜- 1全長約47.4米，最大直徑約3.8米，最大起飛質(zhì)量約210噸，能夠?qū)⒅丶s1.85噸的有效載荷送入地球同步轉(zhuǎn)移軌道。在深空探測任務中，阿麗亞娜- 1能夠向月球運送重約1噸的有效載荷，向金星和火星分別運送重約0.79噸和0.6噸的有效載荷。阿麗亞娜- 1于1979年12月24日首飛，總計執(zhí)行了11次發(fā)射任務，其中兩次失敗。

阿麗亞娜- 2和阿麗亞娜- 3 隨后，ESA在阿麗亞娜- 1的基礎(chǔ)上研制了阿麗亞娜- 2和阿麗亞娜- 3。這兩型火箭的全長均為49.13米，直徑3.8米，主體結(jié)構(gòu)基本延續(xù)了之前的設計，但加長了箭體，改進了發(fā)動機，換用了新型推進劑。比如，阿麗亞娜- 3捆綁了兩臺固體推進劑助推器，這使得它的最大起飛質(zhì)量增加到了234噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力提升至2.7噸。阿麗亞娜- 2與阿麗亞娜- 3的服役歷程極其短暫，從1984年首飛至1989年退役，歷時不足5年。隨后，它們被性能更強、更靈活的阿麗亞娜- 4取代。

阿麗亞娜- 4 相較于“前輩”，阿麗亞娜- 4的顯著特點是第一級和第三級伸展，加固了箭體結(jié)構(gòu)，采用新的推進艙布局和航空電子設備，改進了箭載技術(shù)和激光陀螺應急慣性導航系統(tǒng)，配備了多種長度的新型整流罩，運用了多種固體推進劑助推器和液體推進劑助推器。阿麗亞娜- 4共有6種型號，除基礎(chǔ)型未捆綁助推器，其余5型都捆綁了2～4個不同型號、不同組合的助推器，因此運載能力最強的型號的最大起飛質(zhì)量達到了470噸。在15年的服役歷程中，阿麗亞娜- 4共執(zhí)行了116次發(fā)射任務，其中113次成功，成功率達97.4%；總計發(fā)射了155個主要有效載荷和27個輔助有效載荷。由于運用了大量成熟技術(shù)，阿麗亞娜- 4的發(fā)射成本得到了很好的控制。據(jù)稱，相較于最初的阿麗亞娜- 1，阿麗亞娜- 4每千克的發(fā)射成本降低了55%。

阿麗亞娜- 5 阿麗亞娜- 5的研制工作始于20世紀80年代中期。在阿麗亞娜- 5計劃早期，該型火箭是ESA實施的載人航天計劃的三個主要組成部分之一，另兩個組成部分是赫爾墨斯號航天飛機（研制計劃已取消）和哥倫布號空間實驗室。阿麗亞娜- 5G是阿麗亞娜- 5的基本構(gòu)型，全長54米，最大起飛質(zhì)量約750噸，近地軌道運載能力18噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運載能力達到了6.9噸，能夠同時發(fā)射兩個大型載荷。除了G型，阿麗亞娜- 5還有G+、GS、ES、ECA等多個衍生構(gòu)型，其中，ECA型幾乎是阿麗亞娜- 5的整體改進型。2005年首飛成功后，ECA型共執(zhí)行了84次發(fā)射任務，發(fā)射成功率為97.6%。作為ESA的主力火箭，阿麗亞娜- 5在27年的服役歷程中共計執(zhí)行了117次發(fā)射任務，包括赫歇爾空間望遠鏡、詹姆斯·韋布空間望遠鏡、木星冰月探測器等一系列重要載荷發(fā)射任務。

雖然阿麗亞娜- 5具備了較強的運載能力，但它畢竟是20世紀后期研制的火箭，目前已無法適應快速變化的火箭發(fā)射市場需求，尤其是它的發(fā)射成本較高，經(jīng)濟性遠不如新一代運載火箭，特別是具備重復使用能力的獵鷹9號。

阿麗亞娜- 6 為了替換阿麗亞娜- 5，ESA于2010年開始開展阿麗亞娜- 6的研制工作。阿麗亞娜- 6不僅要滿足ESA成員國的發(fā)射需求，還要保證歐洲運載火箭競爭力和歐洲航天業(yè)在商業(yè)火箭發(fā)射市場的地位。因此，在市場競爭加劇的情況下，降低發(fā)射和運營成本是阿麗亞娜- 6首先要實現(xiàn)的目標。事實上，阿麗亞娜- 6的發(fā)射成本僅為阿麗亞娜- 5的一半，而且發(fā)射次數(shù)也從每年6次增加到12次。

阿麗亞娜- 6的研制團隊來自13個歐洲國家的約600家公司，研制資金來自ESA的22個成員國。2016年11月3日，ESA理事會正式批準了阿麗亞娜- 6項目的相關(guān)資金。同年11月8日，ESA工業(yè)政策委員會向各個研制單位和承包商發(fā)放了這一項目所需的資金。

阿麗亞娜- 6全長63米，直徑5.4米。核心級共有兩級，均由液氫液氧發(fā)動機提供動力：第一級為下層液體推進模塊，使用的是已在阿麗亞娜- 5上驗證成熟的“火神”發(fā)動機的改進版本；第二級是此前計劃用于阿麗亞娜- 5 ECB構(gòu)型的“芬奇”發(fā)動機。其中，62型的最大發(fā)射質(zhì)量為530噸，主要承擔政府發(fā)射任務和太空科學任務；64型的最大起飛質(zhì)量為860噸，主要承擔商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射任務。與阿麗亞娜- 5一樣，阿麗亞娜-64型也擁有同時發(fā)射兩顆地球同步衛(wèi)星的能力。

未來的阿麗亞娜

雖然阿麗亞娜- 6仍然是消耗性火箭，但ESA及其各成員國已經(jīng)認識到可重復使用火箭才是未來商業(yè)火箭發(fā)射市場的主力。在法國國家空間研究中心的建議和領(lǐng)導下，多個ESA成員國已經(jīng)展開可重復使用火箭技術(shù)的研制工作。

阿麗亞娜Next是由阿麗亞娜航天公司為ESA規(guī)劃的新一代可重復使用運載火箭，共有22個國家參與了阿麗亞娜Next的研制，目標是通過簡化設計、回收第一級，將火箭的發(fā)射成本縮減一半，并提高火箭的發(fā)射靈活性。目前，阿麗亞娜Next計劃采用與獵鷹9號類似的構(gòu)型，第一級和第二級計劃采用同型號的液氧甲烷發(fā)動機。

除了該構(gòu)型，阿麗亞娜Next還考慮研制另外兩種構(gòu)型，以適應不同的發(fā)射任務，包括在基礎(chǔ)構(gòu)型的第一級上捆綁兩枚小型液體推進劑助推器，或者將三個第一級連接在一起。

阿麗亞娜Next第一級和第二級發(fā)動機—“普羅米修斯”由阿麗亞娜航天公司研制，研發(fā)經(jīng)費由ESA出資。2017年6月，ESA出資8500萬歐元，資金中的63%來自法國；2020年6月，ESA同意為“普羅米修斯”提供全部研制資金，以使“發(fā)動機設計達到適合工業(yè)的技術(shù)成熟度”。當然，“普羅米修斯”也有可能用于阿麗亞娜- 6。

“普羅米修斯”的研制目的是將單臺發(fā)動機的制造成本控制在“火神”發(fā)動機的十分之一。“普羅米修斯”還具備以下特點：采用液氧甲烷推進劑、廣泛使用3D打印金屬組件（預計占發(fā)動機零件總數(shù)的50%）、采用燃氣發(fā)生器循環(huán)等。“普羅米修斯”的推力約為980千牛，可以在額定推力的30%～110%范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)；比沖360秒；可重復使用5次以上。目前，ESA計劃在阿麗亞娜Next的第一級上配備7臺或9臺“普羅米修斯”，而在第二級上僅配備1臺。

雖然“普羅米修斯”已于2022年11月成功點火，并于2023年6月成功進行了12秒的試車，但距離實際運用仍有很長一段路要走。考慮到用于測試火箭垂直起飛和垂直著陸技術(shù)的卡利斯托項目與阿爾忒彌斯項目均有所拖曳，歐洲想擁有自己的可重復使用火箭，可能仍需要等待數(shù)年時間。

【責任編輯】諶 燕