北京時(shí)間2024年7月10日凌晨3時(shí)，歐洲航天局（ESA）新一代大型運(yùn)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(wù)?；鸺樌c(diǎn)火起飛，助推器和第一級(jí)均正常工作并分離；在第二級(jí)的推進(jìn)下，火箭進(jìn)入預(yù)定軌道，分離了搭載的8顆立方星，完成了此次發(fā)射任務(wù)的主要目標(biāo)。

然而，在阿麗亞娜- 6第二級(jí)正常完成第一次、第二次點(diǎn)火后，其輔助推進(jìn)系統(tǒng)卻提前關(guān)閉，致使火箭偏離預(yù)定飛行軌道，無法進(jìn)行第三次點(diǎn)火，進(jìn)而無法釋放搭載的最后兩個(gè)載荷。盡管任務(wù)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(jìn)入軌道和部署衛(wèi)星，這也標(biāo)志著歐洲恢復(fù)了依靠自己的大型運(yùn)載火箭進(jìn)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(wù)中出現(xiàn)故障的原因：火箭溫度傳感器檢測(cè)到的數(shù)值超出了程序預(yù)定值，這使得箭載軟件程序強(qiáng)制關(guān)閉了輔助推進(jìn)系統(tǒng)，并取消了第三次點(diǎn)火。工程團(tuán)隊(duì)表示，可以通過修改輔助推進(jìn)系統(tǒng)的點(diǎn)火準(zhǔn)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(jìn)行測(cè)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(jì)劃在2024年第四季度進(jìn)行第二次發(fā)射。

失而復(fù)得的軌道級(jí)發(fā)射能力

事實(shí)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(jí)運(yùn)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(yùn)載火箭阿麗亞娜- 5在執(zhí)行完最后一次發(fā)射任務(wù)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(shí)間屢次推遲，導(dǎo)致其與阿麗亞娜- 5的服役時(shí)間沒能完好銜接上，ESA也因此只能使用織女星- C運(yùn)載火箭來發(fā)射小型衛(wèi)星。

織女星- C是織女星運(yùn)載火箭的升級(jí)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(dòng)機(jī)在點(diǎn)火后不久出現(xiàn)嚴(yán)重故障，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓力下降，導(dǎo)致推力下降，火箭最終墜毀。目前，織女星- C計(jì)劃在2024年底復(fù)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(hào)運(yùn)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(jì)劃由聯(lián)盟號(hào)執(zhí)行的數(shù)個(gè)發(fā)射任務(wù)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(yùn)載火箭、聯(lián)盟號(hào)中型運(yùn)載火箭、織女星小型運(yùn)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(wù)的能力。

雖然此次阿麗亞娜- 6首飛讓ESA重新?lián)碛辛塑壍兰?jí)運(yùn)載火箭發(fā)射能力，但第二級(jí)故障仍然令人擔(dān)憂。面對(duì)當(dāng)下最為成功的商業(yè)運(yùn)載火箭獵鷹9號(hào)，為降本增效而設(shè)計(jì)的阿麗亞娜-6明顯缺乏足夠的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

阿麗亞娜- 6與獵鷹9號(hào)的運(yùn)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(fù)使用能力的獵鷹9號(hào)可謂毫無優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，第二級(jí)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(wù)；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(wù)。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(duì)比。

面對(duì)前景未知的歐洲火箭市場(chǎng)，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(hào)和獵鷹重型，這更為未來歐洲運(yùn)載火箭的發(fā)展蒙上了一層陰影。

歷代阿麗亞娜運(yùn)載火箭

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

阿麗亞娜- 1 阿麗亞娜- 1全長(zhǎng)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(cè)任務(wù)中，阿麗亞娜- 1能夠向月球運(yùn)送重約1噸的有效載荷，向金星和火星分別運(yùn)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(jì)執(zhí)行了11次發(fā)射任務(wù)，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(zhǎng)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(shè)計(jì)，但加長(zhǎng)了箭體，改進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)，換用了新型推進(jìn)劑。比如，阿麗亞娜- 3捆綁了兩臺(tái)固體推進(jìn)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(yùn)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(shí)不足5年。隨后，它們被性能更強(qiáng)、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(diǎn)是第一級(jí)和第三級(jí)伸展，加固了箭體結(jié)構(gòu)，采用新的推進(jìn)艙布局和航空電子設(shè)備，改進(jìn)了箭載技術(shù)和激光陀螺應(yīng)急慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，配備了多種長(zhǎng)度的新型整流罩，運(yùn)用了多種固體推進(jìn)劑助推器和液體推進(jìn)劑助推器。阿麗亞娜- 4共有6種型號(hào)，除基礎(chǔ)型未捆綁助推器，其余5型都捆綁了2～4個(gè)不同型號(hào)、不同組合的助推器，因此運(yùn)載能力最強(qiáng)的型號(hào)的最大起飛質(zhì)量達(dá)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(wù)，其中113次成功，成功率達(dá)97.4%；總計(jì)發(fā)射了155個(gè)主要有效載荷和27個(gè)輔助有效載荷。由于運(yùn)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(jì)80年代中期。在阿麗亞娜- 5計(jì)劃早期，該型火箭是ESA實(shí)施的載人航天計(jì)劃的三個(gè)主要組成部分之一，另兩個(gè)組成部分是赫爾墨斯號(hào)航天飛機(jī)（研制計(jì)劃已取消）和哥倫布號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室。阿麗亞娜- 5G是阿麗亞娜- 5的基本構(gòu)型，全長(zhǎng)54米，最大起飛質(zhì)量約750噸，近地軌道運(yùn)載能力18噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力達(dá)到了6.9噸，能夠同時(shí)發(fā)射兩個(gè)大型載荷。除了G型，阿麗亞娜- 5還有G+、GS、ES、ECA等多個(gè)衍生構(gòu)型，其中，ECA型幾乎是阿麗亞娜- 5的整體改進(jìn)型。2005年首飛成功后，ECA型共執(zhí)行了84次發(fā)射任務(wù)，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(jì)執(zhí)行了117次發(fā)射任務(wù)，包括赫歇爾空間望遠(yuǎn)鏡、詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡、木星冰月探測(cè)器等一系列重要載荷發(fā)射任務(wù)。

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

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(yùn)載火箭競(jìng)爭(zhēng)力和歐洲航天業(yè)在商業(yè)火箭發(fā)射市場(chǎng)的地位。因此，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇的情況下，降低發(fā)射和運(yùn)營成本是阿麗亞娜- 6首先要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。事實(shí)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(tuán)隊(duì)來自13個(gè)歐洲國家的約600家公司，研制資金來自ESA的22個(gè)成員國。2016年11月3日，ESA理事會(huì)正式批準(zhǔn)了阿麗亞娜- 6項(xiàng)目的相關(guān)資金。同年11月8日，ESA工業(yè)政策委員會(huì)向各個(gè)研制單位和承包商發(fā)放了這一項(xiàng)目所需的資金。

阿麗亞娜- 6全長(zhǎng)63米，直徑5.4米。核心級(jí)共有兩級(jí)，均由液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力：第一級(jí)為下層液體推進(jìn)模塊，使用的是已在阿麗亞娜- 5上驗(yàn)證成熟的“火神”發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn)版本；第二級(jí)是此前計(jì)劃用于阿麗亞娜- 5 ECB構(gòu)型的“芬奇”發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，62型的最大發(fā)射質(zhì)量為530噸，主要承擔(dān)政府發(fā)射任務(wù)和太空科學(xué)任務(wù)；64型的最大起飛質(zhì)量為860噸，主要承擔(dān)商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射任務(wù)。與阿麗亞娜- 5一樣，阿麗亞娜-64型也擁有同時(shí)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(rèn)識(shí)到可重復(fù)使用火箭才是未來商業(yè)火箭發(fā)射市場(chǎng)的主力。在法國國家空間研究中心的建議和領(lǐng)導(dǎo)下，多個(gè)ESA成員國已經(jīng)展開可重復(fù)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(fù)使用運(yùn)載火箭，共有22個(gè)國家參與了阿麗亞娜Next的研制，目標(biāo)是通過簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、回收第一級(jí)，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(jì)劃采用與獵鷹9號(hào)類似的構(gòu)型，第一級(jí)和第二級(jí)計(jì)劃采用同型號(hào)的液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)。

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(yīng)不同的發(fā)射任務(wù)，包括在基礎(chǔ)構(gòu)型的第一級(jí)上捆綁兩枚小型液體推進(jìn)劑助推器，或者將三個(gè)第一級(jí)連接在一起。

阿麗亞娜Next第一級(jí)和第二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)—“普羅米修斯”由阿麗亞娜航天公司研制，研發(fā)經(jīng)費(fèi)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(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)達(dá)到適合工業(yè)的技術(shù)成熟度”。當(dāng)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(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的制造成本控制在“火神”發(fā)動(dòng)機(jī)的十分之一。“普羅米修斯”還具備以下特點(diǎn)：采用液氧甲烷推進(jìn)劑、廣泛使用3D打印金屬組件（預(yù)計(jì)占發(fā)動(dòng)機(jī)零件總數(shù)的50%）、采用燃?xì)獍l(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(jìn)行調(diào)節(jié)；比沖360秒；可重復(fù)使用5次以上。目前，ESA計(jì)劃在阿麗亞娜Next的第一級(jí)上配備7臺(tái)或9臺(tái)“普羅米修斯”，而在第二級(jí)上僅配備1臺(tái)。

雖然“普羅米修斯”已于2022年11月成功點(diǎn)火，并于2023年6月成功進(jìn)行了12秒的試車，但距離實(shí)際運(yùn)用仍有很長(zhǎng)一段路要走?？紤]到用于測(cè)試火箭垂直起飛和垂直著陸技術(shù)的卡利斯托項(xiàng)目與阿爾忒彌斯項(xiàng)目均有所拖曳，歐洲想擁有自己的可重復(fù)使用火箭，可能仍需要等待數(shù)年時(shí)間。

【責(zé)任編輯】諶 燕