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2024年7月2日星期二2024年7月4日星期四 ，欢迎收看第19期高见
¶ 0. 前言
前天上个月底国内有一起火箭试车事故，本期我们就来简单聊一聊。先说宏观结论：
1.中国没有航天法，没有公开完善的航天规范体系，所以会让极小概率事故发生；
2.创新需要强市场+强政府。
这次暴露了我们的政府管理不够强，导致企业得不到服务也得不到约束，接下来我们具体分析。
¶ 1. 事故背景
6月30日下午3点43分，天兵科技在河南郑州巩义市综合试验中心对天龙三号火箭一子级进行九机并联静态点火测试，结果火箭从试车台脱飞，静态点火变成了意外发射，之后火箭坠毁于试车台西南方向约1.5公里处，所幸没有造成人员伤亡，很多当地居民从不同角度拍摄了这起事故。事后天兵科技发布公告，还笔误把试车台写成了发射台。
这是人类航天史上公开记录的第二起火箭试车脱飞事故，上一次还是在72年前，二战结束后美国拿到了“开源”的V2导弹，开发了维京系列火箭。1952年6月6日，美国对维京8号火箭进行静态点火测试，由于火箭与试车台只有两个固定点，拉力不够，试车变成意外脱飞，操作人员呆愣了几秒后，火箭已经升到半空，这时候再关闭发动机会砸到试验场人员，所以只能让火箭继续飞了几十秒，等到距离足够远才关闭发动机，最终火箭在试车台东南方向6公里外坠毁。这次天龙三号试车事故，总体上与72年前的维京8号事故相似，都是火箭与试车台的固定装置失效，不同之处在于，维京8号事故发生在白沙导弹靶场周边有二三十公里的无人区，而这次天龙三号一级试车事故，试车台距离周边最近的村子只有1公里，距离巩义市的小区只有3.3公里。虽然当地在试车前对周边居民进行了疏散，但从现场拍摄画面来看，有人距离坠毁区域只有几百米，由此推算，疏散半径只有2公里左右，火箭只要换个方向稍微飞远一点，就是完全不同的结果。
¶ 2. 事故细节
根据天兵科技官网效果图，一级火箭高约40米，结合当地居民拍摄的火箭升空视频，可以估算火箭飞行速度与加速度，火箭从烟尘中露头时速度约为37米每秒，底部飞出背景山脊时速度约为52米每秒，上升加速度约为1.1个G。按照天兵科技公告的820吨推力，可以估算这段时间火箭重量约为390吨，天龙三号发动机是天火12，燃料是夜氧煤油，海平面比冲285秒，平均单台发动机推力91.1吨，可以估算出每台发动机每秒大约消耗320公斤燃料，考虑到速度计算误差与燃料消耗，此前网络上“加注400吨燃料”的说法基本可靠，再加上一级火箭干重点火前总重约为420-430吨。
之前很多网友都在关注天兵科技的试车台专利，但这个试车台设计本身没什么问题，采用的结构方案也都是试车台的常规方案，大到6院101所的动力系统试车台，小到发动机试车台采用的都是类似结构。天兵科技专利上说试车台极限乘力600吨，800多吨推力仅需400多吨自重，脱飞前拉力远没有达到乘力极限。
合理推断问题不是出在试车台上，最近流传出的数据也进一步证实了这一点。天龙三号在设计上多处借鉴了猎鹰9号。猎鹰9号在火箭底部预留了四个结构固定接口，起竖、试车与发射时都有一套专门的结构连接装置进行固定，天龙三号也做了类似设计，一级也有四个预留的结构连接点。根据天兵科技的其他几个专利可以看到，天兵科技也为天龙三号设计了专门的结构连接装置，在试车前还根据天龙2号试车经验，对天龙三号一子级额外增加了8根拉索。从事故后的试车台照片来看，火箭底部固定装置本身没有问题，但火箭的四个固定点都发生的整体断裂，说明火箭的固定点有问题。
猎鹰9号的四个固定点是与火箭底部结构一体化成型的四个支耳，每个支耳有一大四小共五个连接点，大连接点用来固定火箭，小连接点用来固定火箭着陆腿，这也是目前可回收火箭的主流设计。根据天兵科技公众号2月11号发布的信息来看，天龙三号支耳设计与猎鹰9号基本一致，但问题也就出在这张图上，图中只有两个支耳分布在左右对角线位置，缺了另外两个，这说明天龙三号的支耳不是与结构一体化成型的，而是后装上去的，这张照片就是安装到一半时拍的，在试车时，四个支耳瞬间脱落，火箭脱飞。从断面情况看，四个支耳更像是焊接到主结构上的，最终在试车点火时瞬间撕脱，有的支耳还扯掉了一部分主结构，出现这种问题有几种可能：
第一种可能，是一级火箭原本没有设计支耳，支耳是二次设计临时加上的，所以出现设计隐患；
第二种可能，是试车台导流设计存在问题，发动机喷出的火焰无法顺利导出，向上反流，导致结构部件在高温、震动环境下失效；
第三种可能，是发动机出现故障，导致结构二次损坏；
第四种可能，是在设计先天不足的情况下，焊接工艺可能存在问题，与计算不符。
第一条想要成立，只有一种情况，那就是一开始没打算做静态点火，准备直接首飞。但静态点火一直是天龙三号计划内的，到今年二月份才安装支耳，所以这条不成立。
第二条同样不成立，试车台与导流槽开合板之间有5米左右的间距，如果出现火焰反流，应该先从这四个开口横向喷出。网络上已经流传出静态点火的俯拍视频，通过逐帧慢放，可以发现直到火箭脱飞导流都没有出问题。
第三条的发动机故障有可能成立，从逐帧播放视频中可以看到，火箭在脱飞前发动机区域出现了泄漏点，最初只喷出了燃料气体，低温燃料泄漏有可能导致结构变脆、断裂，进而在火箭脱飞之后造成持续火灾。
但更有可能的还是结构失效断裂，导致的发动机二次损坏，因此第四条目前看可能性最大。
用天兵科技原话说“9机并联尾段结构，结构紧凑承载要求高，没有可接见的技术经验。天兵科技结构团队勇于创新实践，全面突破设计、试验、生产关键技术”，因此出现设计隐患与焊接隐患不奇怪。尾段结构应该是找体制内单位定制的，可能只有这一件，天兵科技为了赶进度，来不及对支耳安装工艺做极限测试，所以让火箭带着隐患上了试车台。
一切航天活动安全第一，就算支耳没有问题，这次试车也不符合安全冗余。以猎鹰9号一级静态点火为例
除了试车台与火箭之间有固定装置，火箭顶部还加了配重块，还有缆索锚固。而天龙三号这次试车只有底部固定，国外有些试车台还额外安装了防飞保险，能在传感器察觉异常时弹出刀片破坏储罐，主动引发爆炸。而天兵科技这次试车唯一的保险措施就是加了8根拉索，从结果上看，基本就只有象征意义。
火箭静态点火时不会考虑到脱飞这种低级错误，所以不会安装自毁系统，没有遥控能力，也没有姿态控制与导航系统，火箭试车脱飞后扯断了控制线缆，处于失控状态。根据天兵科技公告，火箭升空后，舰上计算机主动关机。但天兵科技没有具体说舰上计算机是如何触发的关机指令，因此被航天爱好者质疑是意外关机。但从视频情况看，九台发动机几乎是同时起火的，不太可能是故障导致的意外关机。更合理的解释是火箭脱飞后，由于发动机故障导致尾部持续火灾，进而触发的故障诊断，主动关机。
这个结果纯属侥幸，如果脱飞时没有破坏发动机，没有因火灾触发关机，这次事故的后果难以想像。火箭点火持续了约15秒，消耗了差不多43吨燃料，最终火箭坠毁时，300多吨燃料引发了20多吨到量的爆炸（有燃料飞溅消耗），超过两颗“炸弹之母”，如果掉落在市区，结果谁都无法承受。
天兵科技说箭尾结构没有可借鉴的技术经验，从发射流程角度看，这也是事实。美国航天发射采用起飞倒计时，火箭在达到额定推力后，才会松开钳固装置。或者引爆爆炸螺栓释放火箭，这进而影响了箭尾结构设计；而国内之前一直采用点火倒计时，火箭点火时就解锁，推力超过自重就自然起飞，箭尾结构设计就不需要考虑复杂的钳固受力条件。对于发动机数量较少的传统火箭来说，点火倒计时没什么问题，充分验证发动机可靠性就可以。但可回收火箭在返回阶段接近空重，而且是一级火箭的空重，只需要很小的反推力就能减速着陆，着陆反推力差不多是火箭一级全推力的二十分之一，这进一步决定了可回收火箭必须是多机并联，而且发动机还需要有深度节流功能，多机并联就必须通过多轮静态点火试验，充分验证并联的可靠性。国内之前只有6远101所有个系统试车台，上个月刚完成了长十A的三机并联阶段性测试，但没法开展更进一步的五机、七机并联测试，需要到文昌建新的试车台。
既然体制内都不具备9机并联静态点火试验条件，商业航天公司就只能自建试车台，与此同时，商业航天公司要考虑员工离职风险，没法将员工长期派驻到荒芜人烟的地区，试车台选址往往就不能离城镇太远。现在河南巩义、浙江湖州、安徽蚌埠、广东从化、山东新泰都有商业试车台。从全局风险角度看，天兵科技这次事故未必就是国内的最后一次。
网络上流传的视频中，有一个几乎能完整还原现场
我做了声像对齐，大约在火箭点火后6秒
一级开始在烟尘中露头，之后仅过的一秒钟就完整飞出烟尘
根据天兵科技官网效果图，可以估算出
一级火箭高约40米，也就是说火箭在这一秒内就上升了近40米
说明火箭只用了6秒半就加速到40米每秒
加速度超过6个G，这意味着火箭刚一点火就从试车台上脱飞了
因此发动机出现喘振、故障，不排除是在拽脱时出现损坏
但更可能是因为过载震动
网络上之前有种说法，说天龙三号一级火箭“试车前加注了400多燃料
试图靠自重压住火箭”
根据天兵科技公告，9台发动机累计推力820吨
而按照6个G的上升加速度再考虑到重力影响
火箭起飞质量大约只有110多吨
因此加注400吨燃料的说法并不可靠
820吨推力减去110吨自重
相当于火箭点火时，对试车台施加了差不多700吨的向上拉力
而试车台的承力极限是600吨，所以固定装置才会失效
如果火箭燃料真加注满了，惊喜还真不会出现脱飞事故
网络上另一种说法，说这次计划试车30秒
天龙三号的发动机是天火12，燃料是液氧煤油
海平面比冲285秒，刚才提到，9台发动机累计推力820吨
平均单台发动机推力91.1吨
由此可以按照火箭发动机推力公式
估算出每台发动机每秒大约消耗320公斤燃料
9台发动机30秒需要86.4吨燃料
而火箭舰体本身很轻，猎鹰9号一级干重22吨
天龙三号一级干重30来吨不奇怪
加上30秒燃料，差不多刚好是110吨
因此可以进一步验证，火箭一级只加注了30秒燃料
自重太轻，所以一点火就拽脱了
火箭静态点火时，不会考虑到脱飞这种低级错误
所以不会安装自毁系统，没有遥控能力
也没有姿态控制与导航系统
也就是说，火箭试车脱飞后扯断控制线缆
基本就是自生自灭的状态
根据天兵科技公告，火箭升空后，舰上计算机主动关机
但天兵科技没有具体说舰上计算机是如何触发的关机指令
因此被国外航天爱好者质疑是意外关机
但从视频情况看，9台发动机几乎是同时熄火的
不太可能是故障导致的意外关机
更合理的解释，是火箭在试车前
按照预想的其他事故情况做了关机预设
比如说，火箭试车时如果出现发动机故障
要及时停机避免爆炸
又或者火箭出现倾覆，可以根据陀螺仪反馈的姿态数据进行停机
这次火箭在半空中停机，很可能就是个歪打正着的结果
纯属侥幸
总结一下，天龙三号这次试车只加注了30秒燃料
结果火箭自重太轻，点火即升空，试车变试飞
很可能是在机缘巧合下触发了系统关机
才避免了一场重大灾难
¶ 3. 更深层次的问题
刚才说的这些只是简单的事故还原
这次事故还有更多深层问题
火箭自重太轻，推力太大
这种小学加减法都能算出来的事故被集体无视
这说明从技术方案到项目管理
乃至到商业航天的产业生态都有问题
首先看技术方面的问题
一切航天活动安全第一
就算巩义这个试车台能承受700多吨的拉力
也不符合安全冗余
以丽猎鹰号一级静态点火为例
除了试车台与火箭之间有固定装置
火箭顶部还加了配重块，还有缆绳锚固
而天龙三号这次试车，只有底部固定
这两天，很多网友都在关注天兵科技的试车台专利
但这个试车台设计本身没什么问题
采用的解构方案也都是试车台的常规方案
大到六院101所的动力系统试车台
小到发动机试车台，采用的都是类似结构
问题出在火箭与试车台的连接装置上
猎鹰9号在火箭底部预留了4个结构固定接口
起竖、试车与发射时
都有一套专门的连接装置进行固定
天龙三号在这方面也借鉴了猎鹰9号
一级也有4个预留了结构连接点
根据天兵科技的其他几个专利可以看到
天兵科技也为天龙三号设计了专门的结构连接装置
但不知道为什么，在这次试车时
火箭底部的每个结构连接点
与试车台之间只用了两根细杆连接
几乎是天龙2号试车的翻版
除此之外，既没有考虑配重，也没有考虑拦索锚固
完全没有安全重于设计
天火12发动机的满功率推力是110吨
9台发动机全功率990吨
这次一级静态点火应该是做了节流，约数到820吨
如果这次静态点火在机缘巧合下多加注了200吨燃料
侥幸没脱飞
那把隐患留到下一次全功率点火，后果更可怕
从项目管理上看，天兵科技节奏非常快，具备初创公司敏捷开发的特征，被国内航天爱好者寄予希望。能敏捷开发是好事，但快迭代不等于蛮干。有人会觉得天兵科技靠400多人就开发出对标猎鹰9号的火箭，出问题是因为人太少，但天兵科技真正抓在手里的核心生产流程并不多，主要还是靠体制内的三四百家航天企业配套，和当初SpaceX开发猎鹰9的状态并不一样。所以人少并不是出问题的借口，问题是用什么态度对待生产安全。初创科技公司当然可以尝试打破行业惯例，靠第一性原理去试错，搞技术革新，但前提是你知道你在突破什么、挑战什么，集体无意识犯低级错误，这不叫试错，这叫事故。
从商业航天的产业生态角度看，这次试车事故暴露了国内商业航天管理模式的漏洞。国内对商业航天管理最严的流程是发射审批，火箭进入发射场要经过发射基地、军事航天部队、国防科工局多轮审查，连卫星的细节都要交代清楚。但到了发动机与火箭试车环节，又变成了三不管，往往是企业自己到地方人武部报备一下就可以上马，这个管理漏洞是这次事故的大背景。
更进一步说，这次事故也暴露了国内航天缺乏法制化、规范化基础。国内一直没有成体系的液体火箭试射场地规范，2003年沿用到现在的军标，《导弹与卫星试验发射场常规推进器剂设计规范》还是直接抄的美国国防部手册。2012年，国防科工局发布了《液体推进器贮存场所安全设计要求》算是补上了一些漏洞，但标准抬头是“QJ”，是七机部时代沿袭下来的体制内航天标准系统，理论上保密。而且这些标准也只是简单规范了试验场的选址和布局，没有关于试车台各种部件的力学指标。国内现在民营航天遍地开花，没有明确的规范约束很容易再次发生安全事故，天兵科技这次事故，甚至缺乏可以严格依据的触发法律《生产安全事故报告与调查处理条例》第二条明确说“国防科研生产事故的报告与调查处理不适用”，只能依据工信部的《办法》（国防科研生产安全事故报告和调查处理办法）、科工局的有关通知
以及武器装备目录来管理。引用吴伟仁院士的话说“航天大国中只有我国还没有航天法”。如果这次事故命中的住宅楼，整个国内商业航天事业都会停下来至少一两年，看似敏捷开发，实则是野蛮上马，这就是没有航天法，没有规范体系的结果。
好，本期节目到此结束，感谢大家收看，我们下期再见。
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