阿麗亞娜-6首飛不利歐洲坎坷的重返太空之路

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，執行首次發射任務。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，其輔助推進系統卻提前關閉，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“意外”，ESA還是宣布阿麗亞娜- 6成功發射升空、進入軌道和部署衛星，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首飛任務中出現故障的原因：火箭溫度傳感器檢測到的數值超出了程序預定值，這使得箭載軟件程序強制關閉了輔助推進系統，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射。

失而復得的軌道級發射能力

事實上，在此次阿麗亞娜- 6發射前，ESA在過去一年里已經完全失去了軌道級運載火箭的發射能力。2023年7月6日，曾經的歐洲主力大型液體運載火箭阿麗亞娜- 5在執行完最后一次發射任務后退役。接棒的阿麗亞娜- 6是2014年開始研制的，原定于2020年首次發射，但受新冠疫情、技術等因素影響，發射時間屢次推遲，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運載火箭來發射小型衛星。

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成功發射，但同年12月，ESA宣布織女星- C的發動機在點火后不久出現嚴重故障，發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射了俄制聯盟號運載火箭。然而俄烏沖突爆發后，ESA便中止了與俄羅斯在航天方面的合作，原計劃由聯盟號執行的數個發射任務均需要使用其他火箭來完成。

至此，ESA經過數十年發展形成的由阿麗亞娜系列大型運載火箭、聯盟號中型運載火箭、織女星小型運載火箭所構成的歐洲火箭家族已經全部失去執行發射任務的能力。

雖然此次阿麗亞娜- 6首飛讓ESA重新擁有了軌道級運載火箭發射能力，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號可謂毫無優勢。同時，第二級故障的發生也讓阿麗亞娜- 6無法完全得到客戶的信任。2023年，美國太空探索技術公司（SpaceX）執行了96次獵鷹火箭發射任務；截至2024年8月，SpaceX已經執行了超過70次獵鷹火箭發射任務。在發射成功率和發射頻率上，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，部分商業發射客戶選擇放棄與ESA和阿麗亞娜航天公司的合作，轉而選擇獵鷹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，最大起飛質量約210噸，能夠將重約1.85噸的有效載荷送入地球同步轉移軌道。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，總計執行了11次發射任務，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，主體結構基本延續了之前的設計，但加長了箭體，改進了發動機，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量增加到了234噸，地球同步轉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，加固了箭體結構，采用新的推進艙布局和航空電子設備，改進了箭載技術和激光陀螺應急慣性導航系統，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量達到了470噸。在15年的服役歷程中，阿麗亞娜- 4共執行了116次發射任務，其中113次成功，成功率達97.4%；總計發射了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，阿麗亞娜- 4的發射成本得到了很好的控制。據稱，相較于最初的阿麗亞娜- 1，阿麗亞娜- 4每千克的發射成本降低了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的基本構型，全長54米，最大起飛質量約750噸，近地軌道運載能力18噸，地球同步轉移軌道運載能力達到了6.9噸，能夠同時發射兩個大型載荷。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型共執行了84次發射任務，發射成功率為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行了117次發射任務，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射市場需求，尤其是它的發射成本較高，經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成員國的發射需求，還要保證歐洲運載火箭競爭力和歐洲航天業在商業火箭發射市場的地位。因此，在市場競爭加劇的情況下，降低發射和運營成本是阿麗亞娜- 6首先要實現的目標。事實上，阿麗亞娜- 6的發射成本僅為阿麗亞娜- 5的一半，而且發射次數也從每年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項目的相關資金。同年11月8日，ESA工業政策委員會向各個研制單位和承包商發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”發動機的改進版本；第二級是此前計劃用于阿麗亞娜- 5 ECB構型的“芬奇”發動機。其中，62型的最大發射質量為530噸，主要承擔政府發射任務和太空科學任務；64型的最大起飛質量為860噸，主要承擔商業衛星發射任務。與阿麗亞娜- 5一樣，阿麗亞娜-64型也擁有同時發射兩顆地球同步衛星的能力。

未來的阿麗亞娜

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

阿麗亞娜Next是由阿麗亞娜航天公司為ESA規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，將火箭的發射成本縮減一半，并提高火箭的發射靈活性。目前，阿麗亞娜Next計劃采用與獵鷹9號類似的構型，第一級和第二級計劃采用同型號的液氧甲烷發動機。

除了該構型，阿麗亞娜Next還考慮研制另外兩種構型，以適應不同的發射任務，包括在基礎構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第一級和第二級發動機—“普羅米修斯”由阿麗亞娜航天公司研制，研發經費由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“發動機設計達到適合工業的技術成熟度”。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動機的制造成本控制在“火神”發動機的十分之一。“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（預計占發動機零件總數的50%）、采用燃氣發生器循環等。“普羅米修斯”的推力約為980千牛，可以在額定推力的30%～110%范圍內進行調節；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，可能仍需要等待數年時間。

【責任編輯】諶 燕