安全是民營航天的生命線

2014年10月底，美國發(fā)生的兩次航天事故成為了國內(nèi)外媒體的熱點。事故雖然不會改變美國對載人航天商業(yè)化的既定政策，但事故揭示的安全問題對民營航天發(fā)展的重要性，對我國剛剛起步的民營航天，也提供了深刻的啟示。

1 “安塔瑞斯”火箭爆炸事故

美國東部時間2014年10月28日18:22，美國軌道科學(xué)公司（OSC）發(fā)射安塔瑞斯－130（Antares－130）運載火箭，擬將裝有2300kg補給的“天鵝座”(Cygnus)貨運飛船運往“國際空間站”。在火箭點火升空6s后發(fā)生了爆炸，箭船同時炸毀。目前，軌道科學(xué)公司和美國航空航天局（NASA）正在對事故原因進(jìn)行深入調(diào)查。

“安塔瑞斯”火箭爆炸現(xiàn)場

AJ26發(fā)動機

這次發(fā)射任務(wù)是美國航空航天局“商業(yè)軌道運輸服務(wù)”（COTS）項目的組成部分。2008年12月，美國航空航天局與軌道科學(xué)公司簽訂了價值19億美元的合同，用軌道科學(xué)公司制造的“安塔瑞斯”火箭和“天鵝座”飛船，執(zhí)行8次向“國際空間站”的運貨任務(wù)。這次發(fā)射是繼2014年1月和7月完成兩次貨運任務(wù)后執(zhí)行的第三次任務(wù)。當(dāng)時，美國航空航天局也與太空探索技術(shù)（SpaceX）公司簽訂了價值16億美元的合同，用他們制造的獵鷹－9（Falcon－9）火箭和“龍”（Dragon）飛船 ，執(zhí)行了12次貨運任務(wù)。到目前為止，太空探索技術(shù)公司已經(jīng)完成了4次任務(wù)，沒有出現(xiàn)意外。2014年9月，美國航空航天局還與太空探索技術(shù)公司和波音公司簽署了68億美元的合同，資助他們研制載人飛船，并在2017年開始執(zhí)行將航天員送往“國際空間站”的任務(wù)。

安塔瑞斯－130是一種兩級固液混合使用的運載火箭，第一級采用兩臺富氧分級燃燒的液氧/煤油火箭發(fā)動機AJ26。第二級采用固體火箭發(fā)動機卡斯托-30XL。該火箭的近地軌道運載能力為4100kg。這次用的火箭與前兩次的差別在于第二級的固體火箭發(fā)動機略有不同。從飛行時序上判斷，這次事故正好處于第一級發(fā)動機剛剛點火啟動，而如此強烈的爆炸，極有可能是第一級AJ26發(fā)動機出現(xiàn)了故障。AJ26發(fā)動機原是蘇聯(lián)研制的NK-33液氧/煤油發(fā)動機。它曾用在蘇聯(lián)N-1登月火箭上，但N-1火箭曾接連發(fā)射失敗。20世紀(jì)90年代，美國航空噴氣洛克達(dá)因公司（Aerojet Rocketdyne）向俄羅斯購買了12臺NK-33發(fā)動機，并在略作改造后提供給軌道科學(xué)公司使用。2014年5月，有1臺發(fā)動機在地面測試時也曾爆炸，原因確定是應(yīng)力疲勞斷裂。軌道科學(xué)公司在初步調(diào)查后于2014年11月5日聲明說:“初步證據(jù)和分析都指向一個可能與渦輪相關(guān)的故障，火箭第一級使用了兩臺AJ26主發(fā)動機，其中一個出現(xiàn)與渦輪相關(guān)的故障。因此, ‘安塔瑞斯’火箭今后可能會停止使用這種發(fā)動機?！?/p>

2 太空船－2空中解體事故

美國東部時間2014年10月31日12：20，英國維珍銀河公司的太空船-2（Spaceship-2）由白騎士-2（White Knight-2）搭載，從美國莫哈維航空航天港起飛。50min后，太空船－2與載機分離，但不久，太空船－2飛行出現(xiàn)異常，接著就墜落于莫哈維航空航天港以北40km處。這是太空船－2在最近9個月以來的第一次火箭動力飛行。事故導(dǎo)致副駕駛員死亡，駕駛員重傷。當(dāng)天，美國國家運輸安全委員會（NTSB）宣布，已組成工作組前往莫哈維調(diào)查此次事故。美國聯(lián)邦航空局稱也將調(diào)查此次事故。該公司原計劃在2015年進(jìn)行第一次亞軌道商業(yè)飛行，由于這次事故將使這次飛行后推。

太空船－2在空中發(fā)生事故

太空船－2搭載在白騎士－2上

太空船－2是一種亞軌道航天飛機，翼展8.2m、長18m、高4.6m，載人艙長3.7m，直徑2.3m。它能夠承載2名飛行員和6名乘客。它由載機攜帶至15km高度后在空中發(fā)射。在與載機分離后，它的單臺固液混合火箭發(fā)動機點火，推動飛機進(jìn)行超聲速飛行，最高速度能夠達(dá)到4000km/h。發(fā)動機工作70s后關(guān)機，然后依靠慣性可讓飛機飛行至110km高度。在這次飛行中，它首次使用了維珍銀河公司（Virgin Galactic）自己研制的一種采用新的基于聚酰胺燃料的發(fā)動機。在以前的試驗飛行中，均使用由美國內(nèi)華達(dá)山脈公司（SNC）研制的以端羥基聚丁二烯為燃料的發(fā)動機。

太空船－2的設(shè)計方案和此前研制和發(fā)射成功的太空船－1類似，但其座艙更為寬敞。寬度達(dá)0.5m的舷窗，提供了更好的視野。維珍銀河公司宣布每人每次亞軌道飛行的費用約為25萬美元。目前，世界各地已有700多人預(yù)定了船票。

美國國家運輸安全委員會代理主席克里斯托弗·哈特在2日說，對太空船－2事故的初步調(diào)查表明，截至事故發(fā)生時，太空船－2的燃料箱和發(fā)動機均完好無損；但發(fā)現(xiàn)飛機的再入大氣層的羽狀減速系統(tǒng)出了問題。這個系統(tǒng)應(yīng)在上升段飛行速度達(dá)到Ma1.4時解鎖，但現(xiàn)在提早到Ma1.0就解鎖了，從而由于承受較大的氣動載荷導(dǎo)致飛機解體，但要正式確定事故的原因，尚需時日。

3 吸取教訓(xùn)繼續(xù)前行

由于這兩起事故原定的任務(wù)不同，因此產(chǎn)生的影響也各不相同。“安塔瑞斯”的發(fā)射任務(wù)是為“國際空間站”運貨，而太空船－2則是為開拓太空旅游業(yè)務(wù)而進(jìn)行的飛行試驗。

這次“安塔瑞斯”事故在短期內(nèi)會對美國載人航天的商業(yè)化產(chǎn)生一定的影響，但遠(yuǎn)比美國航天飛機的兩次事故的影響要小，其主要的損失將由保險公司來承擔(dān)。事故可能會影響軌道科學(xué)公司執(zhí)行美國航空航天局的“商業(yè)軌道運輸服務(wù)”任務(wù)的進(jìn)度；但軌道科學(xué)公司表示，最近的兩次任務(wù)將使用其他火箭來發(fā)射。這次事故也將會激發(fā)美國航天界努力去改變美國在液氧/煤油火箭發(fā)動機方面目前依靠俄羅斯技術(shù)的現(xiàn)狀。總之，這次事故將不會改變美國既定的載人航天商業(yè)化的政策。美國航空航天局載人航天部副主任威廉·杰爾斯坦梅爾對這次事故表態(tài)說：“軌道科學(xué)公司在今年的前兩次任中，已經(jīng)展示了非凡的能力。我們知道他們可以復(fù)制這樣的成功。發(fā)射火箭是一個極其困難的任務(wù)，我們從每次成功和挫折中都會吸取教訓(xùn)。今天的發(fā)射，不會阻撓我們擴大從美國海岸到‘國際空間站’已經(jīng)取得成功的運貨能力。”

這次太空船－2事故對太空旅游將會產(chǎn)生較大影響，英國的《金融時報》甚至發(fā)表文章，對太空船－2的前景提出質(zhì)疑，建議這家公司應(yīng)該改變方向，從事發(fā)射衛(wèi)星和空間探測器的任務(wù)。但從事后的反應(yīng)來看，事故只可能會延遲這家公司投入商業(yè)運行的時間。目前雖有20多人退票，但多數(shù)人仍然信任這家公司，這與維珍銀河公司老板布蘭森出色的危機公關(guān)能力有關(guān)。在事故發(fā)生后的第二天，他在事故現(xiàn)場發(fā)誓要繼續(xù)前行,但確保安全是關(guān)鍵。他說：“維珍銀河公司的工程師了解其中的風(fēng)險,我們不會盲目推進(jìn)。對這場悲劇影響到的人來說，盲目推進(jìn)就是一種侮辱。我們要從錯誤中學(xué)習(xí),探索如何提高安全性和性能,然后才能再一起向前?！辈继m森還再次表示，2015年帶自己的兒子和3名乘客一起上太空。由此可見，這次事故將不會改變發(fā)展私人太空旅游的大趨勢。除了維珍銀河公司外，美國的XCOR公司研制的“山貓”亞軌道飛機也即將試飛。

這兩次事故有一個共同的教訓(xùn)，就是民營航天企業(yè)必須高度重視飛行器的可靠性和安全性，安全是民營航天的生命線。特別是對于太空船－2，這種由載機發(fā)射載人軌道飛機的創(chuàng)新方案，由于技術(shù)成熟度較低，風(fēng)險遠(yuǎn)大于火箭和軌道飛行器，其軟肋必然是它的安全性。維珍銀河公司的CEO懷特·霍恩曾半開玩笑地說，“我們在這場競爭中沒有對手，除了安全?！痹O(shè)計師魯坦也曾對媒體說：“如果有人告訴你新型太空船的安全水平可與現(xiàn)代客機相媲美，千萬不要相信這些人的鬼話?！碧沾?要求多次重復(fù)使用，對材料的抗疲勞性和元器件耐久性提出了苛刻的要求。眾所周知，只要提高對系統(tǒng)可靠性的要求，其成本就會以指數(shù)上升，因此，必須在創(chuàng)新與安全之間找到平衡點。有專家建議，為了提高安全性，太空船－2必須遵守“一次故障正常、二次故障安全”的安全準(zhǔn)則。

美國航空航天局航天員焦立中對美國有線電視新聞網(wǎng)（CNN）說:“毫無疑問,會引起批評，責(zé)問為什么我們要委托商業(yè)公司來運送貨物和未來的人員交換。答案很簡單:這是技術(shù)和商業(yè)化的合乎邏輯的革新。飛機和商業(yè)航空運輸?shù)陌l(fā)展，也遵循過同樣的發(fā)展路徑。事故是痛苦的,但它只是航天商業(yè)化路上的一個小小障礙而已?！?/p>

在11月3日出版的一期美國《航空周刊與航天技術(shù)》中，刊發(fā)了主編喬·安塞姆的評論《怎樣思考安塔瑞斯火箭事故》。我們引用這篇文章的最后一段作為本文的結(jié)束語：“今天，航天十分艱難。今天，它十分昂貴。今天，它的風(fēng)險仍然很高。但它不會永遠(yuǎn)如此。我們必須抵制航天的艱難、昂貴和危險是固有的這種想法。航空曾經(jīng)也是如此，今天,航空卻十分有效和十分安全。如果我們接受,航天可以改善和需要努力工作、投資和實驗后，才能實現(xiàn)這個目標(biāo)，則航天也可達(dá)到這一步。我們必須承認(rèn),真正的進(jìn)步總是伴隨著失敗。沒有失敗就沒有進(jìn)步?！?/p>

所以，我們必須進(jìn)步。航天要走向更低風(fēng)險和更便宜，就需要這樣的新途徑：由商業(yè)航天公司去開拓，而政府能做的事，就是投資航天技術(shù)的研究和開發(fā)。