50年前30發動機N1火箭凌空爆炸，27台發動機重型獵鷹曝最大隱患？
2018年2月7日，SpaceX發射了目前現役性能最強的運載火箭「重型獵鷹」。這款火箭的橫空出世備受人們爭議，被人們形象的稱之為「N1第二」，因為這款火箭的一級足足搭載了27台發動機！
上世紀前蘇聯為了執行本國的載人登月任務研製出了名為「N1」的重型運載火箭，這款火箭更絕。是有史以來搭載發動機最多的運載火箭，達到了驚人的30台。
「N1」火箭進行了4次的發射，遺憾的是全部失敗而且損失慘重。之所以失敗率為100%，不太懂的人們想到的首先就是這火箭的發動機太多了，發動機多了所以容易失敗。
那麼事實是這樣嗎？當然我說的不算，我給大家看一下蘇聯官方給出的事件報告結果。
「N1」火箭第一次的發射失敗是因為火箭剛起飛時一級火箭出現了劇烈的電壓波動，儘管這個過程很短暫，但是導致了控制系統誤判從而關閉了12號發動機。同時為了保證火箭的平衡，也關閉了與其對稱的24號發動機。當然這不是失敗原因，因為兩台發動機的關機問題都不大。
真正致命的是後面一次強烈的振動讓燃氣輸送管發生了泄露，燃料與燃氣相接觸引發火災破壞了控制系統電纜，導致控制系統失靈關閉了所有的一級發動機，火箭失去了推力就是墜毀的開始。
第二次的發射失敗是因為8號發動機的渦輪泵爆炸產生了強烈的衝擊波，導致周圍的推進劑輸送管被切斷從而引發了一級火箭內部的大火。除了18號發動機外其它的29台發動機都熄火了，18號發動機讓火箭傾斜從而墜毀在發射台上。
第三次的發射工程師們針對之前的問題對火箭進行了改進，特別是發動機的控制系統。這次發動機都沒有關閉，但也就因為這樣而出現了問題。30台發動機同時工作時產生的廢氣讓火箭發生了軸向旋轉，完全超出了火箭的矢量能力。火箭的角度逐漸超出允許範圍，導致第三級和飛船被甩開。隨後二級也被甩飛了，最後一級也停機了所有發動機。
第四次的發射工程師們又對火箭進行大幅度改進。火箭在升空90秒時6台發動機進行了預定的關機程序，這是正常情況。但不正常的這6台發動機關機產生的壓力波動超出了預期不少，導致發動機的管道大量爆裂，一級火箭的底部開始著火。在104秒時4號發動機因為火災面爆炸，在2秒後因為連鎖反應整個一級涼涼。
我們來理清一下「N1」火箭失敗的原因，儘管都出現了部分發動機關機的情況，從推力上講這並不會使火箭的發射失敗。「N1」火箭擁有4600多噸的推力，而它自身僅是重達2700多噸，火箭推力的富餘程度高達近2000噸。因此火箭即使關了幾台發動機，火箭依舊能完成飛行。但是問題出就出在，「N1」火箭的控制系統和共振。
種種的技術失誤，以及缺乏資金支持使該型火箭從未經過嚴格的出廠測試。甚至第三次的發射失敗是犯了最低級的錯誤，火箭氣動外形設計有問題。這個缺陷完全可以在地面測試時發生並改進的，但是因為資金緊張沒有測試。在發動機故障時控制系統不能夠做出正確指令導致第一次的發射失敗，第四次的發射一級火箭儘管起火了，但那時候火箭已經達到預定速度，可以發出命令放棄第一級並，開始第二級的燃燒，從而挽救發射任務，但是控制系統沒有提供這種可能性。
"N1"火箭的設計思路並沒有問題，多台發動機從動力冗餘上講恰恰是優勢，就如上所說的。但是錯就錯在早出生了，那時候的控制系統落後，共振問題沒有很有效的解決。
「重型獵鷹」火箭在這點上就很好，控制系統技術和共振問題有所解決。與「N1」火箭同樣，「重型獵鷹」的推力極大的富餘，因此即使是故障一兩台發動機也是沒問題的，不過對回收有影響。
更厲害的是，「重型獵鷹」按照NASA載人發射的標準進行了結構安全裕度設計，要知道NASA對載人航天的安全性是很高的。其它火箭是採用25%的結構安全裕度，但是「獵鷹重型」直接干到了40%的結構安全裕度來設計火箭。不僅如此，「重型獵鷹」捆綁助推器的重量比高達30，優於史上任何火箭。
從安全係數上講，重型獵鷹甚至比長征5號還要安全。根據國際標準，一款新型運載火箭在前三次發射中如果全部成功，那麼即可認定為安全的運載火箭。獵鷹9號已經完成了3次發射且全部成功，而長征5號在第二次發射時就失敗了。
特別是第三次的發射讓人們見到了SpaceX驚人的技術。那此發射任務搭載了美國空軍主要負責的24顆衛星，火箭的二級花了3個多小時，四次點火發動機工作分批釋放衛星往不同的軌道。這樣「一箭多星」往往需要專門的上面級火箭來完成，因為火箭的二級或者是三級不具備這樣的台力。但是SpaceX就做到了這點，僅靠二級火箭就做到了上面級火箭做到的事。SpaceX自己都聲稱「這是他們執行過的最難任務之一」
目前我國正在研製這種並聯多台發動機的火箭，這款火箭被暫時稱為「921」火箭。該型火箭有兩個與芯級火箭同等大小的助推器，每枚助推器與芯級火箭使用了7台發動機，一共是21台發動機。
因此像「重型獵鷹」火箭不安全這樣的言論，以後還是少說吧。
——編輯：陳北航
