doi:10.19486/j.cnki.11-1936/tj.2017.24.007
随着中国太空发射频率的不断提高，以及以美国SpaceX公司为代表的民营企业对航天发射市场的争夺，现在火箭发射次数的对比逐渐成为网络上相当关注的问题，在很多人眼中，各国火箭发射次数的对比就像在看比赛， 而中国、美国、俄罗斯三国太空发射次数的交替增加，代表了它们在航天领域的实力对比，因此具有很强的观赏性和代表性。
但是，我在这里想说的是，火箭发射次数并不意味着根本没有意义，这个指标在一定程度上还是可以反映各国航天领域的某些趋势，比如航天活动的活动，这反过来又部分反映了航天工业的能力和军民航天的需要。 但是，这种意义不应被夸大，只有在进行更深入的分析并考虑一些因素之后，才能利用航天发射次数来粗略评估世界航天竞争的形势。
跟踪和质量很重要
我们需要注意的第一个因素是，火箭发射的目的是将一定的有效载荷送入地球轨道或深空，以便这些有效载荷能够为人类服务。 因此，火箭的“件数”并不一定决定轨道载荷的参数。 首先可能会想到一个参数：质量。 卫星的能力与它的重量直接相关，没有人希望他们的卫星更大更重。 因此，无论技术水平如何差异，卫星越重，卫星越重，其能力就越强。 那么，很明显，火箭发射次数只是一个方面，火箭发射的卫星重量更为关键，像印度的PLSV火箭进行发射，其低轨运载能力只有3吨左右，仅相当于中国早期型号的“长征”二号火箭的水平， 而俄罗斯6 8吨的低地球轨道运载能力“联盟号”火箭相比差距非常大，我们现在熟悉的美国SpaceX公司的“猎鹰”9号火箭的低地球轨道运载能力也已经从10 的 1045吨，11315 吨，添加到最新 FT 型号的 22 吨中8吨，而我国正在研制发射的“长征”五号火箭运载能力已经达到了25吨，显然这些大型火箭和那些中小型火箭可以拉开数量级的差距，但两种运力不同的火箭在发射次数上是绝对相等的。
除了质量，还有轨道参数的问题。 当我们查看火箭发射报告时，我们经常会看到近地轨道（LEO）、地球同步转移轨道（GTO）、地球同步轨道（GEO）等，它们彼此之间有很大的不同。 近地轨道距离地表200多公里，而地球同步转移轨道是椭圆轨道，近地点距地表1 000公里以内，远地点距地面36 000公里。 显然，地球同步转移轨道的发射能力并不是真正的“入轨”有效载荷能力，因为卫星必须消耗大量的自身燃料并减轻重量才能到达最终目标轨道。 但是，很多火箭的性能栏只能写地球同步转移轨道，因为不是每枚火箭都具备将卫星直接送入地球同步轨道的能力，也不是一般客户需要的。 但军事用户不同，其许多大型、精密和机密的卫星对在轨速度、稳定性和重量都有严格的要求，因此需要那些带有钻石钻石的火箭来接管瓷器工作。 例如，美国的“三角洲”4号重型火箭，一方面采用三个通用核心级，并配备了强大的RS-68液氢液氧发动机，另一方面具有多重点火能力，因此可以直接将美国绝密的重型间谍卫星送入地球同步轨道， 而地球同步轨道入轨质量可达675吨，这是一个非常强大的能力，要知道，如果这枚火箭将有效载荷送入地球同步转移轨道，它的运载能力可以达到14吨，至于较低的近地轨道，它的运载能力极限可以达到28吨。
当然，除了这些轨道之外，还有太阳同步轨道（SSO）、发射到月球轨道和发射到火星轨道等轨道。 例如，中国研制的长征二号E专注于近地轨道，而长征三号乙则专注于地球同步转移轨道。 轨道的差异与卫星的能力有着密切的关系，例如，照相侦察卫星需要有较低的轨道，这很容易理解，轨道越低，它们就越能看得更清楚。 当然，也不能太低，轨道越低，越靠近大气层上缘，阻力越大，轨道失去高度的速度就越快。 通信卫星和预警卫星更喜欢地球同步轨道，当然，如果需要考虑到北极地区，他们会选择大椭圆轨道，一些电子侦察卫星也会选择这样的高轨道。
负载的性能至关重要
大约从2024年开始，苏联的太空发射次数开始迅速超过美国，甚至多次到达美国。 冷战时期，苏联为了部署各种军用卫星，甚至每年保持数百次火箭发射，但不难发现，苏联在同时维持在轨军用卫星的数量上，从来就没有优势。 为什么会这样，苏联射向天空的所有火箭都钻进了黑洞？例如，2024年，苏联发射了33颗摄影侦察卫星，但这些侦察卫星的寿命只有几个星期，也就是说，只要这种发射活动停止一个月，地球轨道上基本上就没有苏联摄影侦察卫星。 当然，苏联人只能陆续升空。 相比之下，在冷战时期，美国一般发射的是“钥匙孔”等重型间谍卫星，这些卫星携带大量燃料，可以在轨道上工作数年甚至10年以上，所以当一个国家在一年内发射一颗卫星在轨，并在轨道上工作10年时， 而另一个国家连续10年发射了20颗寿命为三周的卫星，实际使用效果其实没有太大的差别。当然，冷战时期的例子有点极端，但基本逻辑并不难理解，而且在当代还有一个极端的例子，那就是纳米卫星，印度现在已经不止一次用一箭做了几十颗卫星，自然没有人会认为印度是世界卫星领域的佼佼者， 而那种大学生能手工制作的“土豆卫星”，在能力上是无法取代真正的大型卫星的。
因此，如果有人想通过太空发射任务来评估各国的空间活动，与其简单地计算火箭数量，不如从其他角度进行评估。
首先，重要的是要注意这些发射是否只是国际商业发射或国家有效载荷发射。 火箭发射的成本通常为数千万至1亿美元，而卫星则很容易花费数亿美元。 因此，即使从产值的角度来看，在发射任务中谁制造了有效载荷，实际上也比谁制造了发射它的火箭更重要。 中国利用长征三号火箭发射国产遥感卫星的意义，显然远大于欧洲阿丽亚娜公司利用阿丽亚娜五号火箭发射国际运营商从美国购买的通信卫星的意义。
接下来，让我们看看它是哪枚火箭。 如果以俄罗斯“联盟号”火箭为参照，那么“德尔塔”4号、“质子号”、“长征5号”、“阿丽亚娜5号”等较重火箭的发射成本会比较昂贵，而且它们携带的有效载荷要么是军用的，要么是在民用或科学研究中具有重要价值。 而那些低地球轨道运载能力只有2 3吨以下的火箭，如印度的PLSV、美国的“美浓”、中国的“长征”二号、乙、丙等型号，显然需要乘以小于1的系数。 当然，这只是一个粗略的评估，并不是绝对的。
那么最后要注意的是发射有效载荷本身的技术水平和价值。 被称为卡西尼号的土星探测器计划耗资超过30亿美元，重达64吨，要送到十多亿公里外的土星，所以要靠当时威力最大的火箭之一，“大力神”4号发射，而“好奇号”火星探测器计划耗资25亿美元，用“宇宙”5号火箭发射，并使用4个固体助推器的541推力配置发射。 至于美国的卫星，如大型侦察卫星、预警卫星等，都体现了巨额投资和尖端技术，一般都是几亿到十亿美元以上。
就民用而言，首先是为国际空间站提供补给的货运飞船，这项任务由美国SpaceX公司的“龙”飞船和“天鹅座”飞船负责，载人投送任务由俄罗斯“联盟号”飞船临时承担。 二是NASA的深空探测器，如2024年发射的“地平线”冥王星探测器，以及各种民用通信卫星、气象卫星、科研卫星等。 军事和情报机构的有效载荷主要包括预警卫星、光学侦察卫星、电子侦察卫星、GPS导航卫星和军事通信卫星。
关于启动成功率
中国人为中国火箭发射的成功率感到自豪，中国航天员在这方面做得非常好。 但值得注意的是，经过半个多世纪的探索和实践，航天技术主要竞争对手的主要运载火箭成功率基本非常好。
首先，美国主力运载火箭“宇宙之神”和“三角洲”系列的可靠性相当高，连续发射超过100次，可靠性几乎达到100%。 当然，这也是美国等部门强烈需求下的成绩，毕竟他们的卫星往往要几十亿甚至几十亿美元，轰炸一次是无法忍受的。 至于新星SpaceX的成绩还不错，到目前为止在40多次发射中，除了一次在空中**，一次大多成功，一小部分失败（失去了一次二次载荷，而主载荷“龙”飞船与国际空间站成功对接），其他都取得了成功， 这个成功率也在96%以上，即使地面测试不算发射**，其成功率也接近94%，也不低。
让我们谈谈日本的火箭。 事实上，日本从2024年开始，到现在已经快20年了，其轰-2A、轰-2B火箭已经连续发射了30多次，只有一次失败，成功率在97%左右，确实不低。 也许有人痴迷于回忆20年前的两枚H-2火箭，打算靠它继续快乐几十年，但如果真的要**技术问题本身，老黄李确实要输了，面对对手才是真正的自信。
相比之下，俄罗斯的火箭发射处于表面善良但隐患的状态。 因为现在它的太空发射主要由几十年前的金牌火箭“联盟”支持。 说起来，这枚“联盟号”火箭确实是一个传奇，它的纪录可能很长一段时间都不会被打破，因为到现在为止，它已经发射了1000多枚火箭，总成功率接近97%，所以它的子模型之一被用于发射“联盟号”载人飞船，支援国际空间站，也是非常令人放心的。 不过，除了支撑这一场景的“联盟号”火箭外，俄罗斯还有一枚发射重载荷的“质子”火箭，这种型号的可靠性并不那么令人放心，近年来几乎稳定在每十发一弹的水平，这显然不尽如人意。
而欧洲的表现也非常出色，其主力火箭“阿丽亚娜”5号在早期发射时遇到了一些问题，包括2024年首次试射爆炸，但随后逐渐走上了正轨，截至2024年初，它已经创造了连续70次成功发射的良好记录。 总的来说，该技术也非常成熟，但随着SpaceX争夺国际商业发射合同，欧洲将面临相当大的压力。
从以上，我们不难发现一些关于火箭发射的基本规律，首先，长期使用老旧火箭可以比较容易地达到稳定和较高的成功率，俄罗斯的“联盟”火箭就是一个典型的例子，其早期的发射历史中失败的并不多，但几十年来坚持数百次发射的火箭， 并从中吸取教训，不断改进和优化出现的各种问题，如果这最终没有进入一个非常成熟的稳定状态，那就真的错了。中国的“长征”火箭也是如此，它最初是从“东风”洲际导弹中诞生的，而带有洲际导弹浓影的“长征”2号火箭，后来又衍生自“长征”3号、“长征4号”等系列火箭，也就是说，从“长征”1号到“长征4号”， 整个火箭谱系的技术背景是在基础上不断进化的关系。例如，在早期模型解决了火箭第一和第二子级的技术问题后，后续模型可以降低这部分出现问题的概率。 因此，我们会发现，我国运载火箭的失败也是比较早的，尤其是在“风暴”火箭和“长征一号”时代，算上这些已经研制和发射的火箭，成功率是9211%，约占自 1957 年以来全球 5,000 多次发射的 91%。 如果不算“风暴”等火箭，就算上“长征”系列火箭，已经发射了250多次，成功率94约4%。 这个成功率可以说是非常不错的，与美国、俄罗斯的金牌火箭系列基本持平，都处于同一水平，比如美国的“三角洲”系列火箭至今已经发射了300多次，成功率在95%左右。
对比“长征”火箭历史上发生过的问题，可以发现，如果某个子模型变化不大，成功率可能会更高，而如果新的子模型变化比较大，采用新技术，发生事故的概率可能会更高，比如“长征”3B和“长征”5都是研制后前期出现的问题他们的模型和发射任务的开始。同样，这是一个易于理解的模式。 就像“阿丽亚娜”5号第一枪就爆炸了，但最终却变成了一枚连续发射70发子弹的金牌火箭，“长征”5号就出现了一两个无法克服的问题。
正是因为航天发射活动对可靠性要求很高，而如此复杂精密的火箭系统很难做到这一点，所以各国航天员在技术上都走稳了脚跟，俄罗斯几十年来一直依赖“联盟号”和“质子号”两枚老火箭，而中国一直使用“长征系列”，直到最近才改用新的“长征系列”。 相比之下，美国为了保持其在航天技术上的领先地位，在世界航空航天工业中最为激进：20世纪60年代初，它研制了“红石”火箭、“大力神”火箭等应急火箭，然后研制了“土星”1b和“土星”5火箭，完成了载人登月， 而随后在20世纪80年代，又全面转为依靠航天飞机操作低地球轨道有效载荷发射，继而继续研制“大力神”系列、“三角洲”系列和“宇宙”系列火箭。冷战结束后，尤其是近20年来，以NASA和ULA为代表的美国航天“国家队”逐渐趋于保守，但现在允许私人太空进入后，有SpaceX的“猎鹰”系列火箭、轨道科学的“心宿二”火箭等，可以说有不断有新的火箭系列在研， 发射、使用，而每一个新的系列，在前期都可能带来很高的事故率，比如“猎鹰”1号火箭发射了三次爆炸，“心宿二”火箭发射的频率并不高，但在2024年也炸毁了一艘天鹅座飞船。在世界火箭发射史上，美国整体发射成功率比较平均，不及俄罗斯和中国。 但如前所述，这主要有两个原因，一是苏联在2024年发射第一颗卫星后，美国为了太空竞赛，在20世纪50年代末、60年代初急于研制大量不成熟的火箭和有效载荷。 不过，这还只是体现在整体发射记录上，而当涉及到不同的火箭系列时，更是另一回事，比如其主要空间载荷发射任务的成功率，比如“三角洲”系列和“宇宙神”系列，都非常高。
但现在新的问题是，在SpaceX的“鲶鱼”搅动局面后，这种稳定状态不可能永远持续下去，如前所述，ULA拥有近乎完美的发射记录，但现在NASA和军方都开始将一些发射任务交给SpaceX。 而从目前的趋势来看，无论是美国的ULA、俄罗斯的“质子”和“联盟号”，还是欧洲的“阿丽亚娜”号，其太空发射任务的订单都在流向SpaceX。 随着该公司今年的发射数量开始飙升，这一趋势正在加速。 未来，可能会导致这样的马太效应，即如果订单下降太多，无论是俄罗斯还是欧盟的火箭，发射频率都会降低，这将导致维修成本摊销后单次发射的成本很高，这将导致订单的进一步流失。 未来几年，国际航天发射市场将发生巨大变化。 这其实是在倒逼各国企业开始一轮追逐新技术，长久以来的沉寂也逐渐被打破。
ULA现在正在开发新一代的“火神”火箭，可以**发动机，以非常高的成功率取代“三角洲”和“宇宙之神”，这显然是被迫降低成本的压力。 面对资源短缺，俄罗斯也在研制和完善“安加拉”火箭，欧洲也在筹划新一代火箭。 然而，就目前情况而言，仅靠这些措施还不足以应对来自SpaceX和Future Blue Source等私营公司的竞争。 随着“猎鹰”9号火箭进入年度大规模发射，其可靠性也将像“联盟号”火箭一样降水到相当高的水平，低成本和高可靠性将使SpaceX成为低成本的快速发射有效载荷服务提供商，降低太空发射成本已成为可预见的未来图景，需要世界各地的竞争对手做出自己的应对。 值得一提的是，在这种新形势下，中国的形势比欧洲和俄罗斯更有利。 由于中国幅员辽阔，国内民用和军用需求旺盛，中国过去并不依赖国际发射业务，因此新民营企业抢占国际市场订单对中国的影响很小。 因此，以“长征五号”为代表的新一代火箭是一个新的起点，新时代洗牌后的世界太空竞争将更加精彩。