H3火箭升空

北京时间2023年3月7日09:37:55（东京时间10:37:55），搭载“大地3号” (ALOS-3)光学遥感卫星的H3 TF1运载火箭，从日本鹿儿岛县种子岛宇宙中心发射升空。飞行过程中助推器分离、整流罩分离、一级关机、一二级分离等飞行事件正常完成，此后二级点火故障，当时高度306千米，速度12601千米/小时（3.5千米/秒），二级与卫星组合体持续降低高度，鉴于不可能完成任务，最终地面于10:51:50向火箭发出自毁指令，残骸再入烧毁。

(相关资料图)

有关此次发射失败的具体原因有待日本宇宙航空开发机构（JAXA）进一步研究查明。本次发射是H3火箭经历多次故障不断推迟之后的第2次首飞尝试，此前问题频出的芯一级发动机LE-9的问题解决了，而配备LE-5B-3发动机的芯二级却出问题了，被寄予厚望的日本新一代运载火箭可谓命运多舛。此次出问题的芯二级，其主发动机LE-5B-3为日本引以为豪的LE-5系列发动机的最新改进型，是基于成熟技术衍生而来，如果最终故障定位于此那就实属不该。

LE-5B-3

LE-5B-3液氢液氧发动机基于LE-5B-2改进而来，后者用于H2A/B火箭的芯二级。LE-5B-3采用开式膨胀循环，全长约2.8米，最大直径1.69米，质量约300千克，真空推力137千牛（约14吨），真空比冲448秒。该发动机混合比（氧化剂质量流量与燃烧剂质量流量之比）为5，膨胀比（燃烧室压强与喷管出口压强之比）110，氢涡轮泵驱动气体温度约400开尔文（126.85摄氏度），氢涡轮泵转速约52000转/分钟，氧涡轮泵转速约18000转/分钟，100%推力模式下工作时间740秒，节流模式下工作时间250秒，可重复启动3次。

LE-5B-3改进部分示意图

相较于LE-5B-2，LE-5B-3发动机的主要改进点在于氢涡轮泵（FTP）的涡轮、冷却氢气和低温液氢的混合器，混合器指的是用于冷却燃烧室的高温氢气和氢涡轮泵直接供给的低温液氢混合的管路。

H3芯二级

LE-5B-3发动机改进了混合器的设计，改善了高温氢气和液氢的混合，抑制了燃烧室内的燃烧温度不均，提高了燃烧室的热交换特性。因此，减少了驱动涡轮泵所需的氢气量，提高了液氢使用效率，推动比冲由LE-5B-2的446.6秒提高到448.0秒。在H3火箭中，由于2级发动机工作时间从LE-5B-2的534秒延长到了740秒，所以为了不使FTP涡轮因高循环疲劳而损伤，LE-5B-3发动机改进了涡轮结构以降低作用于FTP涡轮的压力和温度变化，抑制高循环疲劳、延长使用寿命。此外，LE-5B-3发动机还计划进行旨在提高可靠性和降低成本的改进。

日本氢氧发动机型谱

在过往的表现中，采用开式循环的LE-5系列发动机的表现让JAXA颇为满意。在该系列曾先后出现的2次飞行事故中，发动机都在预冷不充分和箱压不足的不利条件下正常起动并稳定工作，证明了开式膨胀循环发动机具有较高的启动健壮性和工作可靠性。鉴于该系列发动机的具体表现，又基于大推力开式膨胀循环氢氧发动机项目LE-X的技术突破，日本H3火箭芯一级才选用了结构更简单、更可靠的开式膨胀循环发动机LE-9，而LE-9可以看成是LE-5B的极致放大版。

在此次H3火箭的首飞中，新研发的LE-9表现正常，问题反而出在了配备成熟可靠的LE-5系列发动机的芯二级身上，让人很意外。此次飞行充分证明了中国航天的风险理念“成功不代表成熟、成熟不代表可靠、可靠不代表合格”，也证明了日本走的少而精的航天发展路线很难走。经此一役，H3火箭又将沉寂很长一段时间，日本大型火箭的更新换代计划将不得不做出调整，H2A势必将延长服役期限。

作者：大白高国