风云之声提高运载火箭成功率的三大研制理念(1)---静态点火关注风云之声提升思维层次导读火箭飞行

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火箭飞行故障大多来自推进系统，火箭研制中最难开展试验的又正是推进系统试验。推进系统需要开展什么样的试验？
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两年前有人问了笔者一个问题：提高成功率运载火箭要做什么样的试验。因为题目太大无从下手，就搁置了。近期重新思考这个问题，给出一个侧面的回答，抛砖引玉。
历史统计表明，火箭飞行故障大多来自推进系统，火箭研制中最难开展试验的又正是推进系统试验。推进系统需要开展什么样的试验？
推进系统试验及静态点火
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NASA主要的大发动机试验基地，斯坦尼斯航天中心（即后文中出现的密西西比试验站， 1974年6月14日更名为美国国家空间技术实验室， 1988年5月20日更名为NASA斯坦尼斯航天中心）将发动机的试验划分为不同的阶段，总结出典型的试验流程见下图。

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图发动机典型试验（来自文献1）
这张图一共有6条绿线，前5条绿线分别代表发动机组件级缩比试验、组件级全尺寸试验、发动机原理样机试验、飞行发动机研制试验和飞行发动机交付鉴定试验，这些都属于发动机试验内容。图中第5条绿线从中间打断了，断点左侧表示发动机单位开展试验，右侧表示火箭总体单位开展试验。如发动机抽检或标定试车位于绿线左侧，发动机交付后，火箭总体单位会进行接收测试，如外观检查、电测，甚至拆解检查等。
第6条绿线为子级鉴定试验，这已不仅仅是发动机或推进系统单机试验，而是属于全箭级别试验了。如Falcon9火箭发射前发动机需经历3次点火：
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第1次是在德克萨斯州的麦格雷戈试验场进行发动机全程试车；第2次是发动机装配到箭体后，仍在麦格雷戈试验场，进行整个一子级的全程点火；第3次是在发射台上，进行一子级射前的短时点火。第1次点火对应第5条绿线，后2次点火均对应第6条绿线。

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图法尔肯9火箭在麦格雷戈试验场静态点火
(https://www.universetoday.com/130097/spacex-adopts-lessons-learned-from-multiple-booster-landings-test-fires-recovered-1st-stage-videos/)
对于上述子级试验，国内有时将试验场进行的称为动力系统试车，发射场进行的称为静态点火或系留点火。尽管有人一定要这么区分，在笔者看来，它们不存在本质的技术区别。
此外，并联构型存在芯级、助推器分开的点火试验，以及并联构型下点火试验两种，如法尔肯重型在发射场3x9=27台发动机全部点火。
视频法尔肯重型静态点火
火箭的研制和验证涉及许多学科的交互作用。如静态和动态载荷及其分布、结构分析和设计、结构动力学、声学、空气动力学、流体力学、流体动力学、机械设计、热分析和设计、水力学、推进系统设计、材料科学(性能、腐蚀、断裂力学、裂纹扩展、生命周期等)、电力和配电、电力控制、计算机和软件。
这么多学科知识及其交互影响，是否能全盘被设计人员所掌控？管理上是否能找到学科与学科交叉之间可能丢失的地带？甚至产品生产质量能否彻底受控？对上述这些进行检验的方法只有试验。
最接近真实飞行状态的全面验证就是静态点火。基本上，所有与高温(燃烧)、低温(推进剂)、强振动(发动机振动)耦合的验证，只能通过静态点火予以验证。相对于其它研制试验，静态点火提供了一个唯一真正的端对端检验。