过度降低成本、简化结构——“或是”日本H3火箭首飞失败原因

当地时间3月7日上午10时56分，日本最新研制的H3运载火箭，从鹿儿岛种子发射中心升空，约8分钟后，由于芯二级装备的LE-5B-3氢氧火箭发动机未能成功点火，最终被远程遥控炸毁，至此日本时隔30年再次全新研制的H3运载火箭首飞失败贵金属预氧时间。

说起H3运载火箭，就不得不提及日本退役的H2B运载火箭，作为此前日本运载力最强、也是直接对标我国当前运载力最强长征5号运载火箭的中大型运载火箭，H2B运载火箭虽然最大起飞重量不到600吨，但其近地轨道最大运载力仍然达到了16.5吨，且其超过5.2米的发射直径也使得其能够兼容发射货运飞船等大型航天器贵金属预氧时间。

当然H2B身上最大的看点，就是其芯一级和芯二级使用的氢氧火箭发动机和捆绑的固体助推器了，其芯一级采用2台日本自研LE-7A氢氧火箭发动机、芯二级同样采用2台日本自研LE-5A氢氧火箭发动机，同时其捆绑的固体助推器也是可以直接用于单独设计小型固体火箭或洲际导弹贵金属预氧时间。

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可以说从运载火箭的性能来说，H2B已经当之无愧位列全球先进运载火箭队列，但在其身上最大的缺点和不足就是，H2B运载火箭由于采用大量先进技术，其单次发射成本高达1.5亿美元贵金属预氧时间。这样的表现放在军用卫星发射上不成问题，但随着全球商业航天市场的崛起，全球诸多具备航天发射的国家，都想分一杯羹，包括我国都专门基于长征7号基础上，专门研制了长征8号商业火箭，同时还发展了包括捷龙系列等多款固体商业运载火箭。

欧洲也计划性推出了阿丽亚娜6中型运载火箭，用于商业航天发射贵金属预氧时间。但对于日本而言，其现役的H2B运载火箭虽然也能执行商业航天发射需求，但存在着发射成本过高的不足，所以这也是日本想要研制H3运载火箭，并特别强调低成本的原因所在。

之前的H2B运载火箭，之所以发射成本高，主要原因就在于其生产成本高，而造成H2B运载火箭制造成本高的原因，又在于其采用的氢氧火箭发动机技术复杂，生产、检测成本高贵金属预氧时间。比如其芯一级装备的LE-7A氢氧火箭发动机，喷管采用了生产、检测成本非常高的再生冷却喷管设计，同时包括芯二级的LE-5B-2氢氧火箭发动机，也采用了再生冷却管道设计。

H2B运载火箭芯一级LE-7A发动机喷管采用再生冷却技术

所以对于新的H3运载火箭而言，要想将发射成本降低到预期的6000万美元左右，最简单的方式就是优化发动机结构、降低生产成本，比如H3运载火箭芯一级，采用了推力更大的LE-9氢氧火箭发动机，该发动机推力更大的优势，除了能够降低捆绑发动机数量降低火箭生产成本外，其发动机喷管也放弃了H2B使用的LE-7A的再生冷却喷管技术，改为成本更低的气膜冷却技术降低生产成本贵金属预氧时间。

H3运载火箭芯一级喷管放弃再生冷却技术贵金属预氧时间，改用气膜冷却技术

而芯二级采用的LE-5B-3发动机是在H2B芯二级的LE-5B-2基础上优化结构而来的，最大的改变就是降低结构难度、增加可靠性贵金属预氧时间。比如为了降低生产成本，之前H2B装载的LE-5B-2为了提升火箭发动机比冲，液氢从燃料箱抽出进入燃烧室之前，会提前进入喷管内壁的细管内预热和为发动机喷管降温，这样在膨胀循环模式加持下，其比冲更高。但这样的设计需要在特级技工耗费上千小时、将上千米几毫米粗的金属细管焊接成一个整体，除了生产效率低外，最大的缺点就是生产成本高昂。

而H3运载火箭除了要替代H2B运载火箭，降低航天发射成本外，同时也主要瞄准商业航天市场贵金属预氧时间。为此在如何降低发射成本，争夺更多商业航天发射订单的需求下，H3运载火箭采用的LE-5B-3氢氧火箭发动机，取消了之前H2B运载火箭芯二级LE-5B-2的再生冷却方式，改为低成本的烧蚀冷却方式，同时液氢也不再需要进入喷管内，只需要进入预燃室即可，这样设计的最大好处是，不再需要一根一根的焊接密密麻麻的金属冷却管道，所以LE-5B-3的发动机生产成本大幅减低。

而这次H3运载火箭第二级未能成功点火的主要原因，或许就出在LE-5B过于强调简化结构、造成预燃室压力不足上贵金属预氧时间。

因为之前H2B运载火箭芯二级装备的LE-5B-2发动机，在燃料进入燃烧室之前会进入喷管内壁进行喷管冷却降温外，发动机喷管温度还会额外为-253度的液氢进行增温和降低紊流优势，这样经过预热的液氢燃料进入预燃室燃烧时，能够更充分的和液氧混燃，点火反而更容易贵金属预氧时间。

但LE-5B-3取消了发动机喷管再生冷却设计，虽然能够降低成本，但对于-253度的液氢和-183度的液氧而言，两个温度都特别低的燃料混合后，想要立即点燃的稳定性就不是很高，特别是在二级火箭发动机点火时，外界气压、温度已经更低的情况下，想要成功点火更难贵金属预氧时间。

其实日本H3运载火箭首飞失败，最根本的原因在于日本虽然已经具备LE-7、LE-9这种百吨级以上的大推力氢氧火箭发动机量产技术，但这些技术都是美国为其提供的，日本并未彻彻底底的掌握全部核心技术贵金属预氧时间。比如仔细看奠定日本先进液体火箭技术的H2B运载火箭，无论是超过5米的箭体直径，还是芯一级和芯二级采用的LE-7A和LE-5B-2氢氧火箭的再生冷却技术，其实都来自美国德尔塔运载火箭技术，比如再生冷却喷管技术，就是来自德尔塔运载火箭芯二级的RL-10氢氧火箭发动机冷却喷管技术，所以二者结构非常相似。