白日焰火

王繼新

2015年7月18日上午約9時，美國“蘇利文兄弟”號“伯克”級驅(qū)逐艦在進(jìn)行導(dǎo)彈發(fā)射演習(xí)時，1枚“標(biāo)準(zhǔn)”2在發(fā)射時發(fā)生爆炸（題圖），但所幸沒有造成人員受傷，僅艦艇左舷輕微受損。隨著相關(guān)現(xiàn)場圖片的披露，外界對美國導(dǎo)彈及發(fā)射系統(tǒng)表現(xiàn)出的良好安全處理性能留下了很深印象。本文就介紹一下導(dǎo)彈發(fā)射安全技術(shù)及相關(guān)系統(tǒng)。

導(dǎo)彈和火箭有上萬個甚至幾十萬個零部件，任何一個出現(xiàn)問題都可能引起多多少少的問題，而在導(dǎo)彈嚴(yán)酷的飛行條件下，都可能引發(fā)更大的問題出現(xiàn)，直至發(fā)生系統(tǒng)故障。導(dǎo)彈的故障模式雖然千差萬別，但大致可分為導(dǎo)彈自毀和導(dǎo)彈在發(fā)射系統(tǒng)中意外爆炸等情況。

導(dǎo)彈自毀導(dǎo)彈或火箭可能引起自毀等安全反應(yīng)的大致有以下幾種情況。

一是姿態(tài)失穩(wěn)。導(dǎo)彈飛行中，導(dǎo)彈自身有一套姿態(tài)控制系統(tǒng)保證其正常的飛行姿態(tài)，即使發(fā)生變化也能及時糾正，但當(dāng)出現(xiàn)較大姿態(tài)動作，超出控制范圍時，即發(fā)生姿態(tài)失穩(wěn)。例如，潛射導(dǎo)彈出水時即使出現(xiàn)15°～30°的姿態(tài)偏差，也可以在3～4秒的短時間內(nèi)得到控制。此外，在空中飛行時，可以保證氣流等各種干擾引起的10°內(nèi)的姿態(tài)變化得到糾正。但一旦飛行姿態(tài)超出控制系統(tǒng)能力范圍，則姿態(tài)故障不可恢復(fù)。這時導(dǎo)彈會向意想不到的方向飛行，甚至出現(xiàn)螺旋、折返等情況，可能對地面設(shè)施或發(fā)射系統(tǒng)造成危害，必須及時實施自毀。這種姿態(tài)失穩(wěn)故障一般由彈上的安全自毀裝置自行完成炸毀，無需人為指令介入。這種情況在潛射導(dǎo)彈試驗中較為常見。例如俄羅斯“圓錘”導(dǎo)彈試驗，在2006年12月和2009年12月均發(fā)生導(dǎo)彈飛行姿態(tài)失控的情況，特別是2009年12月“圓錘”導(dǎo)彈發(fā)射后不久三級火箭發(fā)生故障，導(dǎo)彈在挪威上空失控，形成“螺旋”狀光跡，引發(fā)外界廣泛猜測。

二是發(fā)動機故障。發(fā)動機無法點火啟動是導(dǎo)彈和火箭較為常見的故障。水下發(fā)射的潛地彈道導(dǎo)彈一級發(fā)動機點火一般選在導(dǎo)彈出水約2～3秒時刻，如果出水4～5秒發(fā)動機仍未點火，即失去點火時機，這可通過壓力繼電器敏感發(fā)動機燃燒室是否點火成功以及運轉(zhuǎn)是否正常，自動判斷與自動實施是否炸毀。對于地面由發(fā)射筒彈射的地地彈道導(dǎo)彈來說，與上述情況相似，判斷確認(rèn)空中不點火時，及時實施炸毀。如果不及時自毀，即會發(fā)生導(dǎo)彈砸艇或砸車的情況。2006年9月，俄羅斯“圓錘”由于火箭未啟動導(dǎo)致試驗失敗，導(dǎo)彈墜落入海。此外，有時發(fā)動機在飛行中發(fā)生過燃燒，內(nèi)部壓力過大也可能發(fā)生爆炸，但同時自毀裝置也會動作，使碎片盡可能小，將其對地面的危害降到最小。例如，2013年5月5日，法國“警戒”號核潛艇進(jìn)行M51潛射洲際彈道導(dǎo)彈發(fā)射試驗，導(dǎo)彈升空后一分鐘內(nèi)，第一級推進(jìn)器出現(xiàn)故障，導(dǎo)彈自毀裝置隨即啟動，導(dǎo)彈在大西洋上空自動銷毀。2008年12月和2009年7月，俄“圓錘”導(dǎo)彈發(fā)生兩次一級發(fā)動機爆炸。

三是程序故障。導(dǎo)彈從發(fā)射到飛行，直至擊中目標(biāo)，需要提前設(shè)計好最佳的飛行程序，但是這種飛行程序設(shè)計可能存在缺陷，安裝可能出現(xiàn)問題，控制可能發(fā)生故障。最終導(dǎo)致導(dǎo)彈只能垂直飛行，無法實現(xiàn)程序轉(zhuǎn)彎，或?qū)椗c運載火箭反向飛行，也可能發(fā)生發(fā)動機關(guān)機指令不準(zhǔn)確，分離時間不精確，最終導(dǎo)致導(dǎo)彈無法進(jìn)入后續(xù)程序，這些故障除了地面觀測手段發(fā)現(xiàn)外，主要依靠安全程控器預(yù)裝正常程序與實測對比，自動完成自毀。2005年9月，俄“圓錘”導(dǎo)彈由“臺風(fēng)”級核潛艇“德米特里·東斯科伊”號進(jìn)行首次試射（水面發(fā)射），雖然俄官方宣布試驗成功，但以后的媒體報道稱此次試驗中，導(dǎo)彈彈頭未能飛抵預(yù)定的靶場，在空中爆炸。2006年12月，俄在對“圓錘”導(dǎo)彈進(jìn)行水面試射時，飛行程序發(fā)生故障導(dǎo)致導(dǎo)彈在飛行途中自行爆炸。

以上是導(dǎo)彈發(fā)射過程中最常見的自毀故障，而就自毀來說，導(dǎo)彈程序執(zhí)行機構(gòu)故障和偏離軌道、非常超程和失聯(lián)等都可能造成導(dǎo)彈啟動自毀程序，但這些故障大多不會出現(xiàn)在發(fā)射初始階段。

地面爆炸實際上，導(dǎo)彈發(fā)射時在發(fā)射系統(tǒng)中的點火過程是最危險的，這時可能發(fā)生導(dǎo)彈限動點火問題，就是導(dǎo)彈在發(fā)射箱或發(fā)射架上啟動點火時意外爆炸。限動點火不僅會摧毀導(dǎo)彈，而且會對發(fā)射系統(tǒng)甚至艦艇和發(fā)射車等造成意外損壞，危害非常大。例如，美國“密蘇里”號戰(zhàn)列艦在波斯灣活動時，“戰(zhàn)斧”導(dǎo)彈在其裝甲箱式發(fā)射裝置中就出現(xiàn)過限動點火問題；美國在沙漠風(fēng)暴行動中，發(fā)射的228枚“戰(zhàn)斧”中的1枚在其點火時助推器爆炸；“海麻雀”導(dǎo)彈也發(fā)生過在艦艇附近爆炸。如果這些導(dǎo)彈是在垂直發(fā)射系統(tǒng)中爆炸，便是一起重大甚至災(zāi)難性事故，在限動點火過程中會有幾百分之一的概率發(fā)生災(zāi)難性后果。

由于導(dǎo)彈在發(fā)射過程中存在空中和地面兩種故障可能，因此導(dǎo)彈發(fā)射安全系統(tǒng)設(shè)計為彈上和發(fā)射裝置上兩種，分別對應(yīng)導(dǎo)彈自毀和發(fā)射裝置的限動點火等危險情況。

導(dǎo)彈彈上安全系統(tǒng)導(dǎo)彈彈上安全在導(dǎo)彈設(shè)計中實際屬于導(dǎo)彈安全保險系統(tǒng)。安全保險裝置的主要功能如下：一是在導(dǎo)彈勤務(wù)處理、發(fā)射時及安全距離內(nèi)，保證引信處于安全狀態(tài)，以保證操作人員和設(shè)備的安全；二是導(dǎo)彈在飛行過程中，按預(yù)設(shè)程序可靠地解除保險，引信處于待發(fā)裝態(tài)；三是當(dāng)引信探測到目標(biāo)后，給出引爆信號時，可靠地使傳爆序列起爆，引爆戰(zhàn)斗部；四是當(dāng)導(dǎo)彈出現(xiàn)異常時，按預(yù)定的自毀指令引爆戰(zhàn)斗部，銷毀導(dǎo)彈。其中，導(dǎo)彈安全自毀系統(tǒng)由彈載設(shè)備自行實施對飛行中故障彈進(jìn)行炸毀。其任務(wù)是當(dāng)導(dǎo)彈失靈或發(fā)生故障時，為確保發(fā)射首區(qū)和航區(qū)的安全，達(dá)到保密的目的，令導(dǎo)彈自毀。

判別導(dǎo)彈是否有故障的依據(jù)及對故障彈的處理原則包括故障彈的識別方法和自毀準(zhǔn)則。識別故障的方法是：導(dǎo)彈在飛行過程中外彈道參數(shù)的位置量、速度分量或遙測參數(shù)中的發(fā)動機燃燒室壓力、彈體姿態(tài)角，飛行程序角（物）等某一參數(shù)超過誤差允許值，都被認(rèn)為導(dǎo)彈出了故障。自毀準(zhǔn)則是：對于故障彈絕不允許危及靶場和航區(qū)人員生命財產(chǎn)安全；對于不影響安全的故障彈，采取不終止發(fā)動機推力或不炸毀導(dǎo)彈，飛行試驗繼續(xù)進(jìn)行，這樣便于多回收一些有價值的試驗數(shù)據(jù)，可對故障進(jìn)行分析和研究，實施相應(yīng)的改進(jìn)措施，減少和消除導(dǎo)彈飛行中的故障。通常要求安全自毀系統(tǒng)具備兩個特點：一是出低空自毀方案，一旦出現(xiàn)一級發(fā)動機不點火或出現(xiàn)大姿態(tài)失穩(wěn)故障時，使故障彈在適當(dāng)?shù)牡涂兆詺В瑢撏Щ虬l(fā)射場的危害減小到最低限度；二是采用小型安全自毀設(shè)備，以適應(yīng)導(dǎo)彈儀器艙空間小的特點。

通常導(dǎo)彈研制完成后，需要對其安全自毀裝置進(jìn)行專門測試。例如，美國在SL-AMRAAM中距空空導(dǎo)彈研制完成后，于2006年10月在瑞典北部的維斯德爾導(dǎo)彈試驗場對其自毀系統(tǒng)進(jìn)行了測試。包括1次對付靶機（相對于目標(biāo)縮比了尺寸）的遙測射擊和2次演示地面發(fā)射的AMRAAM導(dǎo)彈的指令自毀/預(yù)編程自毀能力。試驗全部成功，其中遙測射擊直接命中了靶機。這種指令自毀/預(yù)編程自毀能力使系統(tǒng)在城區(qū)作戰(zhàn)時附帶損傷降低，或降低對友軍的傷害。

發(fā)射裝置安全系統(tǒng)導(dǎo)彈在儲存或發(fā)射瞬間發(fā)生故障的概率非常高，如果發(fā)生意外爆炸將帶來連鎖爆炸反應(yīng)或人員傷亡，因此發(fā)射裝置安全系統(tǒng)是遏止爆炸或?qū)⒈〒p失降到最低的手段。

該系統(tǒng)主要依靠彈上的發(fā)動機燃燒室壓力傳感器、助推器溫度傳感器和發(fā)射艙室溫度及壓力傳感器等一系列傳感器，通過中央控制系統(tǒng)將傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，綜合判斷導(dǎo)彈狀態(tài)，一旦符合報警準(zhǔn)則即啟動安全系統(tǒng)。首先切斷導(dǎo)彈彈上電源，以及發(fā)射裝置供電系統(tǒng)，然后發(fā)射保障系統(tǒng)中的噴淋系統(tǒng)，為發(fā)射裝置和導(dǎo)彈迅速降溫，或者壓制爆炸火焰，將燃燒隔離在較小區(qū)域內(nèi)，最后啟動燃?xì)馀艢馀艑?dǎo)系統(tǒng)，將有毒廢氣迅速排導(dǎo)到艙室外部。為應(yīng)對限動點火等直接威脅艦船或車輛安全的情況，大部分發(fā)射裝置都設(shè)計了發(fā)射裝置安全系統(tǒng)。例如，美國艦載的MK41發(fā)射系統(tǒng)的每個8格模塊都裝有一套噴淋系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)射箱溫度過高時，可進(jìn)行噴水冷卻，然后通過燃?xì)馀艑?dǎo)系統(tǒng)清理發(fā)射空間。

導(dǎo)彈發(fā)射安全系統(tǒng)的構(gòu)成受到導(dǎo)彈內(nèi)部空間和發(fā)射裝置大小的局限，而且反應(yīng)必須迅速可靠，因此設(shè)計和運行要求較高。

彈上安全系統(tǒng)通常的導(dǎo)彈或運載火箭安全自毀系統(tǒng)有兩套，包括彈上安全自毀及接收地面無線電指令自毀，互為備份。彈上安全自毀裝置一般由測量判斷、控制及執(zhí)行三部分組成。測量判斷部分用以測量和判斷導(dǎo)彈故障并給出相應(yīng)的信號，一般由彈載慣性器件及其它有關(guān)傳感器或外彈道測量系統(tǒng)完成；控制部分用以接收故障信號，按給定程序發(fā)出自毀指令，一般由彈載程序控制器完成；執(zhí)行部分，用以執(zhí)行自毀指令，實施導(dǎo)彈自毀，一般由保險引爆器及各種爆炸器完成。地面無線電指令自毀系統(tǒng)，則由地面測控站與彈上安全無線電指令接收機、天線組成，并通過安全程控器或計算機和自毀爆炸裝置實施自毀。所謂“敏感裝置”，簡單來說就是慣性平臺、壓力繼電器、各種傳感器，它們裝在需要敏感之部位，測量導(dǎo)彈的飛行位置、速度、程序角與時間等數(shù)據(jù)，敏感測量到的數(shù)據(jù)送到彈上安全程控器或計算機，與事先裝定的正確值比較。安全程控器或計算機和彈上安全無線電指令接收機，其外表就像是一臺電子儀器或彈上計算機的樣子。自毀爆炸裝置通常是一種直徑約10多厘米的圓筒，它是一種聚能定向爆炸器，安裝在需要炸毀的部位，如推進(jìn)劑箱間段、固體發(fā)動機的封頭以及儀器艙等。固體導(dǎo)彈一般采用柱形和線形爆炸器串聯(lián)引爆方案，即保險引爆器、柱形爆炸器、線形爆炸器依次引爆，線形爆炸器切開發(fā)動機外殼，柱形爆炸器利用高能裝藥的聚能效應(yīng)引爆后把發(fā)動機炸毀。

我們以最為經(jīng)典的“薩姆”2型導(dǎo)彈來說明導(dǎo)彈保險機構(gòu)和自毀裝置的工作過程：導(dǎo)彈發(fā)射后，導(dǎo)彈的縱向過載使無線電引信的慣性啟動器工作，解除導(dǎo)彈的一級保險；如果發(fā)生導(dǎo)彈發(fā)動機燃燒室壓力過大或姿態(tài)失穩(wěn)情況，傳感器發(fā)出告警信號；如果持續(xù)時間超過預(yù)定值，自毀裝置啟動，在低空引爆導(dǎo)彈；如果導(dǎo)彈姿態(tài)控制系統(tǒng)糾正錯誤恢復(fù)正常，導(dǎo)彈在飛行8～11秒后，液體發(fā)動機工作產(chǎn)生的壓力使氧化劑壓力信號器觸點閉合，解除導(dǎo)彈的二級保險；當(dāng)導(dǎo)彈距目標(biāo)525米時，制導(dǎo)站發(fā)出指令，導(dǎo)彈解除三級保險，引信處于待發(fā)狀態(tài)；如導(dǎo)彈未與目標(biāo)遭遇，在導(dǎo)彈發(fā)射60秒后，引信發(fā)出自毀信號，戰(zhàn)斗部爆炸，導(dǎo)彈在空中自毀，以確保安全和防止泄密?！绊懳采摺睂?dǎo)彈的引戰(zhàn)系統(tǒng)設(shè)置了三級保險和遙控解鎖，從而具有極高的安全性，保證筒彈在貯存、運輸、測試、轉(zhuǎn)裝以及其它勤務(wù)處理時，戰(zhàn)斗部不發(fā)生意外爆炸，并保證導(dǎo)彈發(fā)射時具有大于300米的安全距離。

發(fā)射裝置安全系統(tǒng)通常艦載垂直發(fā)射裝置或車載發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)射安全系統(tǒng)包括：自動噴淋系統(tǒng)、注水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)等。其中，自動噴淋系統(tǒng)在彈庫中會設(shè)有兩個獨立系統(tǒng)，一個是彈箱噴淋系統(tǒng)，一個是彈庫噴淋系統(tǒng)。每個彈箱通過獨立的閥門與彈箱噴淋系統(tǒng)相連，當(dāng)彈箱內(nèi)的溫度超過導(dǎo)彈貯存的允許溫度（75℃～80℃）時，在發(fā)控系統(tǒng)控制下，冷卻水直接噴向?qū)棏?zhàn)斗部。該系統(tǒng)主要由溫度敏感元件（熱電偶或溫度繼電器）、發(fā)控系統(tǒng)、電磁閥和淡水壓力貯罐等組成。因艦上不允許有高壓貯罐，所以壓力貯罐壓力大約1.5兆帕，系統(tǒng)內(nèi)溫度敏感元件感受發(fā)射箱內(nèi)溫度，自動控制噴淋系統(tǒng)起動。當(dāng)貯存的淡水用完之后，系統(tǒng)接通艦艇防火水管，改用海水冷卻。彈庫噴淋系統(tǒng)用于防止彈庫通道失火，當(dāng)通道溫度超出允許值時，即自動起動噴淋系統(tǒng)或者用手動控制起動。系統(tǒng)中的排水分系繞，排除彈箱和彈庫中的積水。彈庫內(nèi)的電氣接線箱和電纜等都采用防水密封結(jié)構(gòu)和防爆。注水系統(tǒng)在彈箱或彈庫中的導(dǎo)彈意外點火時啟動，向發(fā)射箱或彈庫噴注大量海水淹沒發(fā)動機降溫，注水系統(tǒng)主要由光熱傳感器、控制器、電磁閥、電動水泵等組成。導(dǎo)彈發(fā)射后，通風(fēng)系統(tǒng)將干燥清潔空氣注入壓力室，清除和稀釋有毒與可燃?xì)怏w，通風(fēng)系統(tǒng)主要由控制器、電磁閥和通風(fēng)機等組成。

導(dǎo)彈故障原因2015年7月“蘇利文兄弟”號發(fā)生的事故中，爆炸的是“標(biāo)準(zhǔn)”2BlockⅢA艦空導(dǎo)彈。導(dǎo)彈剛從MK41垂直發(fā)射系統(tǒng)射出就發(fā)生爆炸，碎片四濺，并導(dǎo)致艦艉發(fā)生火災(zāi)，導(dǎo)致船艦左舷受損，但無人員受傷。艦上的官兵反應(yīng)及時，迅速撲滅了火災(zāi)。負(fù)責(zé)為美國海軍建造和維修艦艇及其系統(tǒng)的NAVSEA公司，已針對這起事件展開調(diào)查。從目前看可以肯定的是，導(dǎo)彈發(fā)生了故障，從畫面碎皮較為細(xì)小的情況看，導(dǎo)彈至少啟動了彈上自毀裝置，成功將導(dǎo)彈破壞為對人員和平臺及發(fā)射裝置危險最小的碎片。那么，究竟導(dǎo)彈發(fā)生了什么樣的故障導(dǎo)致其啟動自毀裝置了呢？雖然我們無法得到直接證據(jù)來說明故障原因，但從導(dǎo)彈服役情況可以對其作出大致分析。

此次爆炸的“標(biāo)準(zhǔn)”2BlockⅢA導(dǎo)彈是BlockⅢ的改造型，加入了Mk125戰(zhàn)斗部，戰(zhàn)斗部爆片具有更大的速度，對來襲目標(biāo)的毀傷能力更大，還加入了Mk45 Mod9目標(biāo)探測裝置，進(jìn)一步增加了反掠海目標(biāo)的能力。1992年，BlockⅢA獲得批量生產(chǎn)許可，1994年1月首先裝備在“維克斯堡”號導(dǎo)彈巡洋艦上。

“標(biāo)準(zhǔn)”2BlockⅢA艦空導(dǎo)彈為了提高射程采用了MK30/70固態(tài)火箭+MK12加力器的動力方案，也就是尾部增加了一級火箭助推器，這使其發(fā)射起飛過程更加復(fù)雜。從美軍公布的照片看，導(dǎo)彈在甲板上空不足10米即被引爆成為較小的碎片，在這么短的時間內(nèi)導(dǎo)彈一是無法拋棄助推器，二是未進(jìn)入程序轉(zhuǎn)彎，三是從軌跡上看沒有姿態(tài)失穩(wěn)后修正彈道的軌跡，因此可以判斷導(dǎo)彈故障可能發(fā)生在發(fā)射箱內(nèi)或發(fā)射出筒瞬間。而這一階段發(fā)生導(dǎo)致自毀的故障的最大可能是發(fā)動機壓力失常。而造成發(fā)動機壓力失常很有可能是因為導(dǎo)彈服役時間過長，導(dǎo)致導(dǎo)彈固體燃料發(fā)動機中的火藥柱斷裂或松動，造成燃燒面積擴大，瞬間導(dǎo)致燃燒失控，燃燒室內(nèi)的壓力陡然增大。而這一故障很可能不是導(dǎo)彈本身故障，而是發(fā)生在助推器上。

導(dǎo)彈自毀處置由于導(dǎo)彈設(shè)計時在級間段或發(fā)動機燃燒室內(nèi)安裝有壓力傳感器，以判斷發(fā)動機是否點火或壓力是否正常。當(dāng)發(fā)動機點火時，燃燒室的壓力使壓力繼電器的觸點斷開不點火自毀電路，解除不點火信號。如發(fā)動機不點火，即燃燒室壓力沒有建立或不能斷開壓力繼電器觸點，則給出“不點火”信號，而如果導(dǎo)彈燃燒失常，導(dǎo)致發(fā)動機壓力過高，可能造成發(fā)動機爆炸，則壓力傳感器將異常信號送至自毀裝置，經(jīng)過適當(dāng)延時，導(dǎo)彈在起飛后瞬間自毀爆炸，避免導(dǎo)彈在發(fā)射箱中爆炸，破壞發(fā)射裝置。從美軍公布的此次事故照片看，導(dǎo)彈爆炸后較大碎片均落入海中，只有部分小碎片飛濺到船艦左舷。

發(fā)射裝置處置美國海軍方面稱，“沙利文兄弟”號的導(dǎo)彈爆炸導(dǎo)致尾部發(fā)生火災(zāi)。雖然從圖片無法看到MK41發(fā)射裝置是否啟動安全處理系統(tǒng)，但從安全處置程序上看，爆炸燃燒碎片很可能進(jìn)入發(fā)射井/箱中，發(fā)射裝置應(yīng)該啟動噴淋系統(tǒng)，同時啟動通風(fēng)系統(tǒng)，但尚不可能啟動注水系統(tǒng)。

總之，應(yīng)該說這是一次成功的故障和事故處置的案例，而且表明導(dǎo)彈發(fā)射安全系統(tǒng)的必要性。