從“羅老”號火箭取消發(fā)射談起

□ 杭添仁

2012年11月29日，韓國“羅老”號火箭在發(fā)射倒計(jì)時進(jìn)入到16分52秒的時候，因第二級火箭出現(xiàn)異常情況而被取消發(fā)射。當(dāng)時，羅老宇航中心在對由韓國研制的第二級火箭的電力推力矢量控制系統(tǒng)檢查時發(fā)現(xiàn)其電流信號異常，因此停止了發(fā)射的倒計(jì)時，沒過多久，又馬上卸掉了由俄羅斯研制的第一級火箭中的液氧/煤油。

此舉表明，火箭故障一時難以排除，需要卸下發(fā)射臺，運(yùn)回發(fā)射組裝樓并進(jìn)行檢查和維修。雖然具體故障原因目前還不清楚，但可以排除天氣因素，因?yàn)楫?dāng)時天氣情況滿足火箭發(fā)射要求，很有可能是存在制造失誤或設(shè)計(jì)缺陷，而且硬件出現(xiàn)問題的概率大于軟件出現(xiàn)問題的概率。

“羅老”號火箭為何一波三折

“羅老”號火箭由韓國航空宇宙研究院負(fù)責(zé)研制，采用兩級結(jié)構(gòu)，全長33米，直徑2.9米，重140噸，能將質(zhì)量為100千克的有效載荷送入近地點(diǎn)300千米、遠(yuǎn)地點(diǎn)1500千米、傾角38°的近地軌道。2012年該火箭的第1級由俄羅斯負(fù)責(zé)研制，采用1臺RD-151液氧/煤油火箭發(fā)動機(jī)，推力1670千牛；第2級由韓國研制，采用1臺固體發(fā)動機(jī)，推力86.2千牛。

這次發(fā)射是“羅老”號的第3次發(fā)射，原定于10月26日進(jìn)行，但在連接火箭第一級和發(fā)射臺時，發(fā)現(xiàn)密封用橡膠圈破損，結(jié)果只能將有問題的橡膠圈運(yùn)往俄羅斯，查找破損原因。新的橡膠圈于11月17日才運(yùn)至韓國，所以發(fā)射被推遲到11月29日，但最終還是“流產(chǎn)”了，真可謂命運(yùn)多舛。

此前，韓國“羅老”號火箭曾于2009年8月和2010年6月分別進(jìn)行第一次和第二次發(fā)射，但都以失敗告終。2009年8月25日，“羅老”號火箭在其首飛過程中由于整流罩分離異常，導(dǎo)致火箭升空后未能將衛(wèi)星送入預(yù)定軌道。最終調(diào)查報(bào)告表明，整流罩未分離的原因是分離裝置存在結(jié)構(gòu)缺陷和電路設(shè)計(jì)有問題。為此，韓方改進(jìn)了設(shè)計(jì)，研制了新的整流罩。2010年6月10日，“羅老”號火箭進(jìn)行第2次發(fā)射，升空兩分多鐘后與地面失去聯(lián)系，隨后爆炸墜毀，由于事故發(fā)生時正是俄方生產(chǎn)的第一級火箭發(fā)動機(jī)工作階段，因此，韓國專家認(rèn)為事故是由第一級火箭發(fā)動機(jī)工作異常引起的，但俄方不承認(rèn)，最后不了了之。

根據(jù)與俄羅斯方面的協(xié)議內(nèi)容，“羅老”號的第3次發(fā)射是該火箭的最后一次發(fā)射，即無論發(fā)射成功與否今后都不再發(fā)射“羅老”號了。但這次屬于推遲發(fā)射，而不是發(fā)射失敗，所以“羅老”號還有機(jī)會升空，但具體時間目前難以確定。

“羅老”號之所以失敗連連，主要原因是韓國在火箭技術(shù)儲備比較薄弱，缺乏實(shí)施高精尖大型系統(tǒng)工程的技術(shù)基礎(chǔ)和管理經(jīng)驗(yàn)，在運(yùn)載器技術(shù)方面剛剛起步，還有很長的路要走。另外，俄羅斯提供給韓國火箭的第一級并不成熟，很可能是俄羅斯利用韓國火箭發(fā)射試驗(yàn)其新型火箭發(fā)動機(jī)。還有，事實(shí)表明，韓國在航天領(lǐng)域采用的“跨越式”發(fā)展戰(zhàn)略與韓國技術(shù)水平不相適應(yīng)，不顧自身和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的做法自然會適得其反。

“羅老”號火箭第一次發(fā)射

“羅老”號升空瞬間

羅老太空中心(Naro Space Center)位于朝鮮半島南端的外羅老島

俄羅斯“聯(lián)盟”號火箭

2009年8月25日，韓國全羅南道高興郡的發(fā)射場附近，韓國民眾翹首盼望火箭發(fā)射

運(yùn)載火箭常見故障析因

運(yùn)載火箭是一種特殊的飛行器。它由多個分系統(tǒng)的成千上萬個零組件、元器件組成（“羅老”號的第一級部件約有12萬個，第二級約有3萬個）；通過多個設(shè)計(jì)單位、生產(chǎn)單位大協(xié)作研制而成；在地面運(yùn)輸、發(fā)射操作和飛行過程中要經(jīng)歷復(fù)雜的環(huán)境變化；箭上眾多的電子設(shè)備之間存在著相互之間的影響與干擾；目前的運(yùn)載火箭都是無人直接操縱的飛行器。因此，在火箭發(fā)射飛行的過程中，由于某個零組件、元器件失效或誤動作而導(dǎo)致發(fā)射失敗的事故屢見不鮮。幾乎所有發(fā)射運(yùn)載火箭的國家都有過失敗的教訓(xùn)。在造成發(fā)射失敗的分系統(tǒng)故障中，動力裝置系統(tǒng)占了首位；其次是控制系統(tǒng)；然后則是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

2012年8月6日，俄羅斯用“質(zhì)子”M火箭發(fā)射俄羅斯“快訊”MD2衛(wèi)星和印尼“電信”3通信衛(wèi)星時失敗，這是俄羅斯自2010年12月以來的第7次火箭發(fā)射失敗。近3年來(2010年～2012年)，俄羅斯聯(lián)因發(fā)射失敗而造成的損失或達(dá)270億盧布(約合8.5億美元) ，根源可能是沒有聯(lián)合控制體系。這次發(fā)射失敗的主要原因是由于該火箭的“微風(fēng)”M上面級發(fā)動機(jī)燃料箱的液壓系統(tǒng)油路出現(xiàn)堵塞，導(dǎo)致輸送故障，使原本應(yīng)點(diǎn)火工作18分5秒的發(fā)動機(jī)，僅工作了7秒后便停止了，衛(wèi)星未能進(jìn)入預(yù)定軌道。

2011年，俄羅斯燃?xì)廨斔凸苈范氯隆奥?lián)盟”U火箭發(fā)射失敗；程序編寫錯誤導(dǎo)致“質(zhì)子”M火箭發(fā)射失??；控制系統(tǒng)失靈致“呼嘯”號火箭發(fā)射失利；燃料加注錯誤導(dǎo)致“質(zhì)子”M火箭發(fā)射失敗。這4次航天發(fā)射失敗全部都是由火箭末級故障引發(fā)的。而這些故障有些是人為設(shè)計(jì)失誤造成的，有些源自生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量問題。

2011年，美國在用“金牛座”火箭以“一箭四星”方式發(fā)射衛(wèi)星時，由于火箭與整流罩未分離，星箭墜毀。在此之前，2009年，“金牛座”在發(fā)射“軌道碳觀測”衛(wèi)星時，也是由于整流罩與箭體分離失敗，衛(wèi)星墜落在南極洲附近的海域內(nèi)。

總之，在近些年發(fā)生的火箭發(fā)射事故中，故障的部位大都出現(xiàn)在各級推進(jìn)系統(tǒng)、制導(dǎo)控制系統(tǒng)、級間分離機(jī)構(gòu)、有效載荷整流罩等。而液體火箭發(fā)動機(jī)故障表現(xiàn)形式多為推力不足、點(diǎn)火失敗、提前關(guān)機(jī)，其主要原因?yàn)橥七M(jìn)劑泄漏、推進(jìn)系統(tǒng)部件(例如推進(jìn)劑閥門、管路、渦輪泵和密封件等)故障、有多余物以及燃燒不穩(wěn)定等。另外，分離系統(tǒng)故障所占的比重也不少，其主要表現(xiàn)為分離失敗和分離不徹底等，特別是由于火箭整流罩分離出現(xiàn)故障而導(dǎo)致發(fā)射失敗已有好幾起，原因是材料不過關(guān)、設(shè)計(jì)和工藝問題以及拋罩分離機(jī)構(gòu)故障等。

經(jīng)過分析可以看出，有些火箭故障極其相似，存在著潛在的規(guī)律性。因此，只要在吸取大量的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)的基礎(chǔ)上有意識地采取一些預(yù)防措施及對策，加強(qiáng)主要環(huán)節(jié)的控制，提高管理水平，火箭的故障及其事故還是可以降至最低限度的。

如何避免火箭出現(xiàn)故障

造成運(yùn)載火箭出現(xiàn)故障的原因主要有以下幾個方面。

韓國青少年對航天的熱情高漲

一是設(shè)計(jì)上的原因。由于設(shè)計(jì)人員認(rèn)識上的原因、知識面的不足或工作中的失誤，造成設(shè)計(jì)不當(dāng)或不完善，致使產(chǎn)品在發(fā)射和飛行過程中出現(xiàn)故障。例如，美國“獵鷹”1火箭在2008年8月3日執(zhí)行第3次發(fā)射任務(wù)時第1、2級分離后相撞而導(dǎo)致失敗。主要原因是，在這次發(fā)射中第1級使用的“隼”1C新型發(fā)動機(jī)采用再生冷卻方式，而過去使用的“隼”1A發(fā)動機(jī)采用燒蝕冷卻方式，原來適用的時序設(shè)計(jì)（關(guān)機(jī)與分離時間間隔1.5秒）并不適用于“隼”1C發(fā)動機(jī)。

二是生產(chǎn)過程中帶來的缺陷。運(yùn)載火箭在生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)質(zhì)量控制不嚴(yán)，致使產(chǎn)品內(nèi)部存在如暗傷、多余物等缺陷，這些缺陷對火箭來說都是致命的問題。有些缺陷在地面多次檢查都很難發(fā)現(xiàn)，但火箭一起飛問題就暴露出來了。例如，歐洲“阿里安”4火箭曾因在發(fā)動機(jī)中留有多余物而導(dǎo)致發(fā)射失敗。

元器件質(zhì)量不穩(wěn)定、天氣環(huán)境的影響以及人為操作失誤也會導(dǎo)致火箭發(fā)射失敗。

為此，在運(yùn)載火箭的研制和發(fā)射過程中要采取種種措施，以提高火箭的可靠性。比如，精心組織設(shè)計(jì)，應(yīng)針對某一個型號的特點(diǎn)，制定出相應(yīng)的可靠性保證大綱和可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。另外，要根據(jù)具體情況對某些系統(tǒng)的儀器、設(shè)備或整個系統(tǒng)采取設(shè)備冗余或系統(tǒng)冗余，一旦某一設(shè)備或某一系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則能自動切換到備份的設(shè)備或系統(tǒng)上去，以保證運(yùn)載火箭繼續(xù)正常飛行。還有，要建立嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系，進(jìn)行全面的質(zhì)量控制。運(yùn)載火箭從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)、到具體發(fā)射操作，要建立起一套完整的質(zhì)量管理辦法，例如，設(shè)計(jì)評審制度，產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量控制與檢驗(yàn)制度，發(fā)射操作崗位責(zé)任制度，等等。充分的地面試驗(yàn)也很重要，因?yàn)檫\(yùn)載火箭目前還都是一次性使用，不允許對其反復(fù)進(jìn)行使用驗(yàn)證，所以在地面必須進(jìn)行大量的模擬試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)，及早暴露其設(shè)計(jì)上的不足、原材料元器件的隱患、生產(chǎn)制造中的缺陷，以便在發(fā)射之前予以排除。地面試驗(yàn)越充分，發(fā)射的成功率就越高。

當(dāng)?shù)貢r間2009年8月25日，韓國首爾民眾在火車站收看“羅老”號兩級火箭發(fā)射升空實(shí)況錄像

“羅老”號火箭轉(zhuǎn)場

當(dāng)?shù)貢r間2009年8月25日，韓國總統(tǒng)李明博慶?；鸺l(fā)射成功。事實(shí)證實(shí)：“羅老”號未能成功進(jìn)入正常軌道，發(fā)射部分失敗

目前，美國的“宇宙神”5、“德爾它”4和歐洲“阿里安”5火箭無論在性能上還是在可靠性上都比較高。它們以可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等作為主要的設(shè)計(jì)原則。其芯級均采用大型氫氧發(fā)動機(jī)或液氧/煤油發(fā)動機(jī)，并都按多用途設(shè)計(jì)，可以適應(yīng)不同軌道的發(fā)射任務(wù)。其近地軌道運(yùn)載能力已超過20噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力達(dá)10噸級，

世界運(yùn)載火箭總的發(fā)展趨勢是：降低成本，提高可靠性。其措施是簡化設(shè)計(jì)（包括減少火箭級數(shù)、發(fā)動機(jī)數(shù)量和簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)等）；采用共用組件或技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通用化、組合化和系列化；采用先進(jìn)的技術(shù)和電子設(shè)備。向大直徑、少級數(shù)和大運(yùn)載能力發(fā)展，使用無毒推進(jìn)劑。通過采用大直徑的芯級、大推力無毒推進(jìn)劑發(fā)動機(jī)等新技術(shù)，火箭運(yùn)載能力可成倍地提高。

我國現(xiàn)有的“長征”系列火箭的可靠性很高，目前正按照“無毒、無污染、低成本、高可靠、適應(yīng)性強(qiáng)、安全性好” 的目標(biāo)，研制長征五號新一代大型運(yùn)載火箭。其基本型為帶助推的兩級火箭：芯一級采用2臺推力各約50噸的氫氧發(fā)動機(jī)并聯(lián)組成；助推器根據(jù)需要采用120噸推力液氧煤油發(fā)動機(jī)數(shù)臺；芯二級采用2臺推力各約8噸的氫氧發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)并聯(lián)組成。長征五號將到達(dá)國際先進(jìn)水平，其近地軌道運(yùn)載能力為25噸，地球同步轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力為14噸，2014年首射。

“聯(lián)盟”號火箭轉(zhuǎn)場

當(dāng)?shù)貢r間2009年8月25日，韓國全羅南道高興郡，“羅老”號兩級火箭發(fā)射升空

俄羅斯新型火箭模型

俄羅斯“聯(lián)盟”U火箭

俄羅斯“聯(lián)盟”號火箭