北京時(shí)間2023年3月7日09:37:55（東京時(shí)間10:37:55），搭載“大地3號(hào)” (ALOS-3)光學(xué)遙感衛(wèi)星的H3 TF1運(yùn)載火箭，從日本鹿兒島縣種子島宇宙中心發(fā)射升空。飛行過程中助推器分離、整流罩分離、一級(jí)關(guān)機(jī)、一二級(jí)分離等飛行事件正常完成，此后二級(jí)點(diǎn)火故障，當(dāng)時(shí)高度306千米，速度12601千米/小時(shí)（3.5千米/秒），二級(jí)與衛(wèi)星組合體持續(xù)降低高度，鑒于不可能完成任務(wù)，最終地面于10:51:50向火箭發(fā)出自毀指令，殘骸再入燒毀。

有關(guān)此次發(fā)射失敗的具體原因有待日本宇宙航空開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）進(jìn)一步研究查明。本次發(fā)射是H3火箭經(jīng)歷多次故障不斷推遲之后的第2次首飛嘗試，此前問題頻出的芯一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)LE-9的問題解決了，而配備LE-5B-3發(fā)動(dòng)機(jī)的芯二級(jí)卻出問題了，被寄予厚望的日本新一代運(yùn)載火箭可謂命運(yùn)多舛。此次出問題的芯二級(jí)，其主發(fā)動(dòng)機(jī)LE-5B-3為日本引以為豪的LE-5系列發(fā)動(dòng)機(jī)的最新改進(jìn)型，是基于成熟技術(shù)衍生而來，如果最終故障定位于此那就實(shí)屬不該。

LE-5B-3液氫液氧發(fā)動(dòng)機(jī)基于LE-5B-2改進(jìn)而來，后者用于H2A/B火箭的芯二級(jí)。LE-5B-3采用開式膨脹循環(huán)，全長約2.8米，最大直徑1.69米，質(zhì)量約300千克，真空推力137千牛（約14噸），真空比沖448秒。該發(fā)動(dòng)機(jī)混合比（氧化劑質(zhì)量流量與燃燒劑質(zhì)量流量之比）為5，膨脹比（燃燒室壓強(qiáng)與噴管出口壓強(qiáng)之比）110，氫渦輪泵驅(qū)動(dòng)氣體溫度約400開爾文（126.85攝氏度），氫渦輪泵轉(zhuǎn)速約52000轉(zhuǎn)/分鐘，氧渦輪泵轉(zhuǎn)速約18000轉(zhuǎn)/分鐘，100%推力模式下工作時(shí)間740秒，節(jié)流模式下工作時(shí)間250秒，可重復(fù)啟動(dòng)3次。

相較于LE-5B-2，LE-5B-3發(fā)動(dòng)機(jī)的主要改進(jìn)點(diǎn)在于氫渦輪泵（FTP）的渦輪、冷卻氫氣和低溫液氫的混合器，混合器指的是用于冷卻燃燒室的高溫氫氣和氫渦輪泵直接供給的低溫液氫混合的管路。

LE-5B-3發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)了混合器的設(shè)計(jì)，改善了高溫氫氣和液氫的混合，抑制了燃燒室內(nèi)的燃燒溫度不均，提高了燃燒室的熱交換特性。因此，減少了驅(qū)動(dòng)渦輪泵所需的氫氣量，提高了液氫使用效率，推動(dòng)比沖由LE-5B-2的446.6秒提高到448.0秒。在H3火箭中，由于2級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間從LE-5B-2的534秒延長到了740秒，所以為了不使FTP渦輪因高循環(huán)疲勞而損傷，LE-5B-3發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)了渦輪結(jié)構(gòu)以降低作用于FTP渦輪的壓力和溫度變化，抑制高循環(huán)疲勞、延長使用壽命。此外，LE-5B-3發(fā)動(dòng)機(jī)還計(jì)劃進(jìn)行旨在提高可靠性和降低成本的改進(jìn)。

在過往的表現(xiàn)中，采用開式循環(huán)的LE-5系列發(fā)動(dòng)機(jī)的表現(xiàn)讓JAXA頗為滿意。在該系列曾先后出現(xiàn)的2次飛行事故中，發(fā)動(dòng)機(jī)都在預(yù)冷不充分和箱壓不足的不利條件下正常起動(dòng)并穩(wěn)定工作，證明了開式膨脹循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)具有較高的啟動(dòng)健壯性和工作可靠性。鑒于該系列發(fā)動(dòng)機(jī)的具體表現(xiàn)，又基于大推力開式膨脹循環(huán)氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目LE-X的技術(shù)突破，日本H3火箭芯一級(jí)才選用了結(jié)構(gòu)更簡單、更可靠的開式膨脹循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)LE-9，而LE-9可以看成是LE-5B的極致放大版。

在此次H3火箭的首飛中，新研發(fā)的LE-9表現(xiàn)正常，問題反而出在了配備成熟可靠的LE-5系列發(fā)動(dòng)機(jī)的芯二級(jí)身上，讓人很意外。此次飛行充分證明了中國航天的風(fēng)險(xiǎn)理念“成功不代表成熟、成熟不代表可靠、可靠不代表合格”，也證明了日本走的少而精的航天發(fā)展路線很難走。經(jīng)此一役，H3火箭又將沉寂很長一段時(shí)間，日本大型火箭的更新?lián)Q代計(jì)劃將不得不做出調(diào)整，H2A勢必將延長服役期限。

作者：大白高國