【2023年05月31日訊】（記者林達編譯報導）火箭發射可能會出現很多問題，並成為轟動性頭條新聞。然而，幾十年來，發射故障率卻保持出奇地一致，且有其特殊的規律。
星艦一號（Starship One）是商業航天機構SpaceX迄今為止最大的一次發射。這是一個極具未來感的星際飛船，其測試模型安裝在巨大的超重型火箭的頂部，它的首次發射是全球翹首以待的焦點。 2023年4月20日，在美國德州博卡奇卡（Boca Chica）發射台，當火箭在巨大煙霧和灰塵中升空時，開啓了太空探索的新紀元。
星艦一號的首次發射本應先繞行地球一圈然後進入地球大氣層並墜入墨西哥灣溫暖的水域。但是，超重型火箭（Super Heavy）助推器的33個引擎中有3個在發射時點火失敗，更多的引擎在升空後失效。在升空將近四分鐘後，火箭開始急劇下墜，人為引爆後於墨西哥灣上空銷毀。
星艦一號首飛失敗是21世紀新太空競賽中一個引人注目的事件。 SpaceX表示，這次失敗為下一次發射提供了很多重要的教訓，而下一次發射只能等清理嚴重受損的博卡奇卡發射場之後才能進行。 不過，SpaceX並不認為這是一次失敗，而是為下次成功發射所做的鋪墊。
以數據計算發射成功率
但失敗通常比常規的成功更能拍出好的鏡頭畫面，獲得更廣泛的報導。自人類開始認真地將火箭送入太空以來已超過75年，那麼火箭發射的成功率到底有多大？
大衛·韋德（David Wade）是風險評估者之一。韋德是Atrium太空保險公司的承銷商（underwriter），這是一家支持商業太空發射的保險機構。「去年（2022年），有186次發射，」他說。這些發射將2,509顆衛星送入太空軌道，其中大部分是SpaceX的互聯網星鏈（Starlink）衛星。 「SpaceX獵鷹9號一次發射多達60顆衛星，」韋德說。而在186次發射中，只有8次失敗。
這樣算出失敗率大約為4%，即每25次發射就有一次失敗。但韋德說，去年打破了火箭發射次數的記錄，2022年的火箭發射次數比2021年多了40次，是2017 年的兩倍。但隨著太空交通量的增加，風險也隨之增加。
2022是特殊的一年
「我想說的是，去年我們看到的失敗比往年更多，因為我們開始經歷一個新的階段，此階段中有相當多的新運載火箭接受了測試，」Wade 說，「而運載火箭的早期飛行總是會有更多問題。」
星艦一號和美國宇航局（NASA）的阿爾忒彌斯計劃（Artemis，於2022年11月首次成功發射）是這些新型運載火箭中最具魅力的。但它們只是冰山一角，還有更多新的發射技術正在開發中。這些新的運載火箭會帶來了更多不確定性，尤其是它的最初幾次飛行。
「通常情況下，第一次或第二次發射，你預計其中30%會失敗，」韋德說。 「然後事情開始好轉，當你進行到第10次飛行時，你可能看到失敗率低於5%。」
「很難真正準確地指出為什麼有些失敗了，有些則沒有，」他說。 「你看到前兩次付出了很多努力，做了大量的研究，大量的質量控制，確保一切運行良好。然而，仍會失敗，因為一些意想不到的事情發生了，這通常發生在前幾次飛行。」
「載人飛船發射失敗率通常較低，約為2%，並只有1%左右完全沒有進入軌道，」大衛·托德（David Todd）說，托德是航天行業的分析師，自1957年Sputnik人造衛星發射以來，一直在跟蹤地球軌道火箭的發射。「這種較低的失敗率是因為，大量這些載人發射都使用了俄羅斯聯盟號火箭（Soyuz rocket），它持續使用了幾十年，非常可靠。當然也是因為，對於載人發射，大家都會格外小心。」
「順便說一下，我們將2003年哥倫比亞航天飛機（Columbia Space Shuttle）在返航進入大氣層時解體的事故算作『發射失敗』，因為其原因是在發射過程中隔熱系統出了故障。另外，值得注意的是，載人航天器攜帶發射逃生系統，可以在發射失敗時拯救宇航員——1975年的聯盟18A事故就是一例。」
2022年全年，SpaceX 以每六天一枚的速度成功發射了獵鷹9號火箭。新西蘭——太空發射上的無名小卒——也從北島東海岸的一個羽翼未豐的太空港成功發射了九枚火箭。
太空保險領域的挑戰
這一系列新的發射事件為相對較新的太空保險領域帶來了有趣的挑戰；韋德以即將發射的歐洲航天局（ESA）火箭阿麗亞娜6號（Ariane 6）為例。 「如果我們現在被要求為阿麗亞娜6號衛星提供保險，比如說針對其第三次發射的保險，那我們可能會說，『好吧，我們的報價要以之前的兩次成功為前提，對吧？』如果其中一個失敗了，我們的報價就要改變。」
韋德說，先進的計算機建模和數十年將火箭送入軌道的經驗意味著設計師對發射結果有了更好的預期。但是每個新的發射系統都有未知數，在它第一次發射之前其行為只能是假設的。
「火箭發射中涉及到熱的高壓氣體，以及非常快速變化的環境。如果哪裡開始出現問題，你來不及阻止它，」韋德說。
有人分析了過去80年的太空發射記錄，總結出失敗的機率有多大。同時，每週都有新的發射被輸入到數據庫中，提供給像韋德所在的保險公司這樣的客戶。
提供數據庫的公司對失敗的定義還包括了火箭的有效載荷未能到達預定軌道，或在發射中嚴重受損。看看1950年代的發射，在太空競賽初期的那些跌跌撞撞的飛躍中，失敗率和今天驚人的不同——超過70%。直到1960年代初，這個數字才開始下降，此後一直徘徊在大約7%附近，如果也包括與衛星相關的發射失敗的話，失敗率則為9%。
韋德說：「在初始階段，你總會遇到像嬰兒長牙一樣的痛苦和大挫敗。 然後，隨著時間的推移，我們說，西方的運載火箭已達到了鳳凰涅槃的境界。」
俄羅斯火箭技術是個特例
然而，對於俄羅斯等國家製造的火箭，情況倒是有所不同。在航天飛機退役之後和SpaceX的龍飛船成功發射之前，俄羅斯的質子發射系統（Proton）成功地承擔了發射國際太空站（ISS）的聯盟號模塊的任務，因此與上述在失敗中涅槃進而成功的模式頗有不同。 「自1965年開始飛行的質子運載火箭有令人震驚的記錄，」韋德說。
他將Proton的成功率與歐洲的Ariane 4和美國的Delta II火箭進行了比較，這幾種火箭均連續成功發射了一百多次。「Proton的情況曾經是，每20到25次飛行才會發生一次故障。我認為在俄羅斯，1960年代，很多人因為太空競賽而進入這個行業。他們是最聰明的大學畢業生，絕對最優秀的人。」
韋德說，太空競賽的結束和蘇聯的垮台大大削弱了俄羅斯的航天工業，使其缺乏現金，很多知識也都丟失了，包括只有製造者們本人才知曉的一些工藝細節。
新火箭技術的失敗率
談到新火箭的首次發射，星艦一號的失敗看起來不無道理——即使在火箭時代開啟80年後，新火箭系列首次發射失敗的機率幾乎是二分之一，托德說，不斷發展的航天工業需要一個接一個的新火箭。
「其中一個問題是發展進步，」托德說。 「火箭一開始會很糟，發展也不順利，但最終它會變得很好。然後，火箭設計師會被要求製造更好的火箭，這樣他們便重新開始新的周期。」
與此同時，韋德發現了隱藏在數據中的另一個有趣模式：失敗的可能性在第六次發射時突然上升。「我們通常會看到，前10次飛行中有兩次失敗，第一次和第二次的失敗率通常約為30%。然後它沿著一條漂亮的曲線下降。第六次飛行的失敗率突然升高，而且很難確切地知道為什麼，可能是在那個階段，你開始進入常規製造，也許質量控制還沒有完全到位。◇#
