50年前30发动机N1火箭凌空爆炸，27台发动机重型猎鹰曝最大隐患？

2018年2月7日，SpaceX发射了目前现役性能最强的运载火箭“重型猎鹰”。这款火箭的横空出世备受人们争议，被人们形象的称之为“N1第二”，因为这款火箭的一级足足搭载了27台发动机！

上世纪前苏联为了执行本国的载人登月任务研制出了名为“N1”的重型运载火箭，这款火箭更绝。是有史以来搭载发动机最多的运载火箭，达到了惊人的30台。

“N1”火箭进行了4次的发射，遗憾的是全部失败而且损失惨重。之所以失败率为100%，不太懂的人们想到的首先就是这火箭的发动机太多了，发动机多了所以容易失败。

那么事实是这样吗？当然我说的不算，我给大家看一下苏联官方给出的事件报告结果。

“N1”火箭第一次的发射失败是因为火箭刚起飞时一级火箭出现了剧烈的电压波动，尽管这个过程很短暂，但是导致了控制系统误判从而关闭了12号发动机。同时为了保证火箭的平衡，也关闭了与其对称的24号发动机。当然这不是失败原因，因为两台发动机的关机问题都不大。

真正致命的是后面一次强烈的振动让燃气输送管发生了泄露，燃料与燃气相接触引发火灾破坏了控制系统电缆，导致控制系统失灵关闭了所有的一级发动机，火箭失去了推力就是坠毁的开始。

第二次的发射失败是因为8号发动机的涡轮泵爆炸产生了强烈的冲击波，导致周围的推进剂输送管被切断从而引发了一级火箭内部的大火。除了18号发动机外其它的29台发动机都熄火了，18号发动机让火箭倾斜从而坠毁在发射台上。

第三次的发射工程师们针对之前的问题对火箭进行了改进，特别是发动机的控制系统。这次发动机都没有关闭，但也就因为这样而出现了问题。30台发动机同时工作时产生的废气让火箭发生了轴向旋转，完全超出了火箭的矢量能力。火箭的角度逐渐超出允许范围，导致第三级和飞船被甩开。随后二级也被甩飞了，最后一级也停机了所有发动机。

第四次的发射工程师们又对火箭进行大幅度改进。火箭在升空90秒时6台发动机进行了预定的关机程序，这是正常情况。但不正常的这6台发动机关机产生的压力波动超出了预期不少，导致发动机的管道大量爆裂，一级火箭的底部开始着火。在104秒时4号发动机因为火灾面爆炸，在2秒后因为连锁反应整个一级凉凉。

我们来理清一下“N1”火箭失败的原因，尽管都出现了部分发动机关机的情况，从推力上讲这并不会使火箭的发射失败。“N1”火箭拥有4600多吨的推力，而它自身仅是重达2700多吨，火箭推力的富余程度高达近2000吨。因此火箭即使关了几台发动机，火箭依旧能完成飞行。但是问题出就出在，“N1”火箭的控制系统和共振。

种种的技术失误，以及缺乏资金支持使该型火箭从未经过严格的出厂测试。甚至第三次的发射失败是犯了最低级的错误，火箭气动外形设计有问题。这个缺陷完全可以在地面测试时发生并改进的，但是因为资金紧张没有测试。在发动机故障时控制系统不能够做出正确指令导致第一次的发射失败，第四次的发射一级火箭尽管起火了，但那时候火箭已经达到预定速度，可以发出命令放弃第一级并，开始第二级的燃烧，从而挽救发射任务，但是控制系统没有提供这种可能性。

"N1"火箭的设计思路并没有问题，多台发动机从动力冗余上讲恰恰是优势，就如上所说的。但是错就错在早出生了，那时候的控制系统落后，共振问题没有很有效的解决。

“重型猎鹰”火箭在这点上就很好，控制系统技术和共振问题有所解决。与“N1”火箭同样，“重型猎鹰”的推力极大的富余，因此即使是故障一两台发动机也是没问题的，不过对回收有影响。

更厉害的是，“重型猎鹰”按照NASA载人发射的标准进行了结构安全裕度设计，要知道NASA对载人航天的安全性是很高的。其它火箭是采用25%的结构安全裕度，但是“猎鹰重型”直接干到了40%的结构安全裕度来设计火箭。不仅如此，“重型猎鹰”捆绑助推器的重量比高达30，优于史上任何火箭。

从安全系数上讲，重型猎鹰甚至比长征5号还要安全。根据国际标准，一款新型运载火箭在前三次发射中如果全部成功，那么即可认定为安全的运载火箭。猎鹰9号已经完成了3次发射且全部成功，而长征5号在第二次发射时就失败了。

特别是第三次的发射让人们见到了SpaceX惊人的技术。那此发射任务搭载了美国空军主要负责的24颗卫星，火箭的二级花了3个多小时，四次点火发动机工作分批释放卫星往不同的轨道。这样“一箭多星”往往需要专门的上面级火箭来完成，因为火箭的二级或者是三级不具备这样的台力。但是SpaceX就做到了这点，仅靠二级火箭就做到了上面级火箭做到的事。SpaceX自己都声称“这是他们执行过的最难任务之一”

目前我国正在研制这种并联多台发动机的火箭，这款火箭被暂时称为“921”火箭。该型火箭有两个与芯级火箭同等大小的助推器，每枚助推器与芯级火箭使用了7台发动机，一共是21台发动机。

因此像“重型猎鹰”火箭不安全这样的言论，以后还是少说吧。

——编辑：陈北航