阿斯特拉：屡败屡战，火箭横飞又如何

2021年8月29日，美国阿斯特拉公司的“火箭3.3”在阿拉斯加太平洋航天港发射。点火后，一级火箭的5台发动机当中，有一台工作异常，导致推力不平衡。火箭先是在发射台上横着移动，然后勉强向上飞，但因为姿态严重错误，发射控制员不得不中断飞行，火箭最终掉进了太平洋。

目前正在努力为美国国防高级研究计划局研制小型快速响应火箭的阿斯特拉公司，或许是小火箭公司在成本和性能之间挣扎的最典型案例。

“火箭”火箭阿斯特拉公司主要打算为军方提供一种小型快速响应火箭，根据战场需要应急发射卫星。它的发射能力大概可以把150千克的载荷送到500千米高的近地轨道上。阿斯特拉公司在2016年10月成立，2018年3月就把第一枚火箭竖到了发射台上，听起来还是挺神速的。

这家公司在给自己火箭起名的时候非常“懒”，仅仅叫做“火箭”而已。第一个型号就叫做“火箭一号”。不过这枚“火箭一号”并不能发射卫星入轨，仅仅是拿来测试一级火箭发动机“德尔芬”，这个词的意思是德语“海豚”。而第二级发动机叫做“以太”，当时还没有开发出来，所以只是用了一个配重。

2018年7月，“火箭一号”升空。不过据悉，在3月到7月间，阿斯特拉公司多次试图发射火箭却没能成功。7月20日的这次发射也没有成功，“火箭一号”从阿拉斯加发射场升空，不过只飞行了27秒就发生异常，掉回了地面，坠落点都没有超出发射场的围栏。然而阿斯特拉公司总裁却对记者表示，客户对这次的发射结果非常满意。

4个月后，阿斯特拉公司再次组织发射，火箭飞行了30秒之后中止飞行，坠落到地面。而公司声称这次发射是成功的。

阿斯特拉公司的1.0和2.0两枚火箭的发射应该认为是成功的，因为只有一级火箭，并且只是把它垂直打上天去，并不要求入轨，这件事的难度不算太大。但是到了3.0期间，阿斯特拉公司就必须要研制一种能够入轨的运载火箭了，所以问题的难度立刻成几何级数上升。

怎么也不能入轨

第3版火箭也就是真正要入轨的型号，它的编号是按照3.x的方式进行的。第一枚称为“火箭3.0”。这枚火箭用来正式执行美国国防高级研究计划局的发射任务。本来2020年的3月2日是火箭3.0的发射最后窗口，但是由于地面准备工作没有能够完成，所以错过了这个窗口。但是美国国防高级研究计划局并没有因此撤回对阿斯特拉公司的支持，他们要求这家企业继续执行发射任务。

3月23日火箭3.0终于准备再次实施发射，但它在发射准备期间着火了。当时地面技术人员完成了一次演练，然而因为不明原因，火箭起火把整箭完全烧毁。据说火箭上当时没有卫星，因此也没有造成载荷方面的损失。

火箭3.0损毁之后，阿斯特拉公司继续挑战第一宇宙速度。2020年8月31日火箭3.1竖到了发射台上，但是天公不作美，发射只能推迟。9月12日，火箭3.1终于点火，但是很快就坠回了地面，在一片空场上炸得粉碎。阿斯特拉公司官员表示，这次飞行没有携带有效载荷，所以发生失败造成的损失不大。

下一枚火箭就是3.2。2020年12月15日，火箭3.2从阿拉斯加州起飞，这次看起来似乎要接近成功了，火箭成功地穿过了卡门线，达到了390千米的高度。这原本是它应该部署卫星的轨道，但是由于上面级发动机的燃料混合出现问题，所以模拟有效载荷并没有达到第一宇宙速度。但阿斯特拉公司宣布这次任务是成功的，因为他们的实验目标是实现一级关机和一二级分离，只要能把这件事情做到就算是任务成功，人们也就姑妄听之吧。

横着飞的火箭3.32021年8月29日，火箭3.3在阿拉斯加太平洋航天港发射，结果再次遭到失败。其失败的情形正如本文开头所描述。该公司联合创始人和首席执行官肯普在失败后约90分钟召开的电话记者会上称，一级火箭5台发动机中的一台，由于不明原因在起飞后不到1秒即发生故障，导致发射失败。

大家可能会问了，一般火箭发动机发生故障，火箭不是会爆炸吗？阿斯特拉公司的火箭怎么这么“顽强”，挣扎了一段时间，还飞了上去？这就得从火箭的飞行原理说起了。

我们知道，火箭要想获得向上飞行的速度，其火箭发动机的推力一定要大于火箭的重量。对于这个指标，业内有一个专用名词，叫“推重比”。阿斯特拉公司发布的资料显示，此次发射的火箭采用液氧和煤油推进剂，长11.6米，直径1.32米，被设计成能装入标准货运集装箱，设计太阳同步轨道运载能力为25千克，低轨运载能力为100千克。火箭一级装有5台由电泵驱动的“海豚”发动机，总推力约140千牛；二级安装单台“以太”发动机，真空推力约3.1千牛。

在此次发射中，该火箭在一台发动机不能工作的情况下，仍然能维持不坠落地面，且贴着地面横向移动，说明火箭剩下的仍然在工作的4台发动机所产生的推力恰好与火箭的重量相等。此时的火箭无法获得向上飞升的加速度。但是随着火箭发动机不断消耗推进剂，火箭的总质量在不断减轻。当推进剂被消耗到一定程度时，火箭再次获得向上的加速度，重新开始爬升。

大家可能还有一个疑问，那就是火箭为什么不原地浮空，而是发生了侧向偏移呢？

这就说明此次火箭发生故障的那一台发动机并没有被布置在5台发动机的中间位置，而是布置在了一侧。在这种情况下，火箭的推力不平衡，理论上火箭应该倾倒在地才对，但它为什么没有倒地呢？这要归功于火箭的姿态控制系统。

我们知道，一般运载火箭都有制导系统和控制系统。制导系统负责告诉火箭，在什么时候应该转弯，应该转多大的弯，以及在什么条件下关闭火箭发动机。遵从制导系统的指令，运载火箭就会最终到达预定的轨道。

那么是谁指挥发动机偏转，控制火箭执行制导系统的指令呢？那就是火箭的姿态控制系统。

姿态控制系统要随时感受火箭当前的姿态，对发动机偏转方向进行调整，使火箭的姿态回归到制导系统规定的位置上来。其间，火箭的姿态必然会受到各种各样的扰动，姿态控制系统必须克服这些扰动，控制好火箭的姿态。

火箭发射时，制导系统给出的指令一般是垂直90度向上飞行。当阿斯特拉公司的这枚火箭，在其一侧安装的一台发动机发生故障关机后，由于火箭的重心要远远高于发动机推力的作用位置，火箭姿态控制系统为了保持火箭的平衡，就必须控制发动机向另一侧摆动，产生相反的推力力矩，使火箭的姿态尽量保持在垂直状态。但这样也会产生另外一个副作用，那就是火箭获得了一个侧向力，推动火箭发生横向飞行。

遥测数据显示，在地面控制人员关闭发动机的时候，这枚火箭达到了距离地球表面大约50千米的高度。所以，阿斯特拉公司距离发射成功还是挺远的。

虽屡败但雄心不减发射虽然又一次失败了，但似乎并没影响阿斯特拉公司必胜的雄心。按照他们的说法，过去的3次轨道飞行虽然都失败了，但是一次比一次接近最终成功的目标，也就是进入近地轨道。

公司负责人在推特上给自己打气，说为团队感到无比自豪，征服太空可能很艰难，但是就像这枚火箭一样，我们是不会放弃的。这样的豪言壮语听起来非常让人感动，但实际上真正让他不会放弃的，是已经拿到手的大约1亿美元投资。有了这么一大笔钱作为底气，再加上美国国防高级研究计划局的预售合同，这家企业当然还可以把试错的工作继续推进下去。