美國“安塔瑞斯”火箭發(fā)射失利商業(yè)航天活動首次受挫

郭筱曦 張蕊（北京空間科技信息研究所）

美國東部時間2014年10月28日18：22，執(zhí)行第三次“商業(yè)補給服務”（CRS）合同任務（Orb－3）的安塔瑞斯－130（Antares－130）火箭發(fā)射，但火箭在升空6 s后發(fā)生爆炸，火箭落回發(fā)射臺時又引起了二次爆炸，火箭及其搭載的“天鵝座”（Cygnus）飛船隨即損毀。這既是“安塔瑞斯”火箭首次夜間發(fā)射，也是其首次發(fā)射失敗，同時是“天鵝座”任務的首次失敗。

1 運載火箭概況

美國軌道科學公司（OSC）“安塔瑞斯”系列火箭屬于固液混合型中型運載火箭，有兩級型（110型、120型、130型）和三級型（121型、122型、131型、132型）兩類共7種構型，近地軌道運載能力4.6～6t。所有構型都以基本型為基礎，即采用2臺AJ26液氧/煤油發(fā)動機作為第一級、標準3.945m整流罩、通用電氣、機械設備、反作用控制系統(tǒng)及飛行儀器。第二級采用由阿連特技術系統(tǒng)公司（ATK）建造的固體燃料火箭發(fā)動機，可選用卡斯托－30A、30B或30XL（Castor－30A、30B或30XL）型號（發(fā)動機參數(shù)見本刊2014年第6期），對應的型號分別為安塔瑞斯－110、120和130火箭，相應運力分別為4.6t、4.75t和5.1t。其中，安塔瑞斯－110和120火箭先后于2013年4月21日和2014年1月9日成功首飛。

為提高火箭的近地軌道運載能力，安塔瑞斯－130火箭第二級采用卡斯托－30XL發(fā)動機，為容納該發(fā)動機增加的長度，火箭使用了1.86m的整流罩支架。支架的應用使該型號與標準型的整流罩動靜態(tài)包絡線相同。安塔瑞斯－130火箭高42.5m，發(fā)射質量達296t。

“安塔瑞斯”系列火箭各構型配置

火箭第一級參數(shù)

“安塔瑞斯”火箭整箭參數(shù)

2 事故情況與原因調查

發(fā)射前倒計時操作非常順利，火箭和飛船一切正常。發(fā)射前2h，團隊開始推進劑加注操作。在倒計時的過程中，發(fā)射團隊完成了一系列運載火箭和地面系統(tǒng)的檢查，都得到標稱結果。美國東部時間2014年10月28日18：22：38，火箭第一級發(fā)動機點火。計算機確認發(fā)動機點火良好，火箭被準許起飛。一升空，2臺發(fā)動機就達到額定性能的108%，初始推重比很高。

升空后，運載火箭尾段就出現(xiàn)煙霧和火焰，僅數(shù)秒后爆炸，形成巨大的火球，隨后開始落回地面?；鸺龎嬄涞矫绹ゼ醽喼葜写笪餮蟮貐^(qū)航天發(fā)射中心（MARS）0A發(fā)射臺的設施上，第一級的液體推進劑迅速引燃了上面級的固體燃料，燃燒持續(xù)了數(shù)分鐘。

事故發(fā)生后，軌道科學公司執(zhí)行副總裁弗蘭克·庫爾伯特森暫任事故調查負責人。次日一早，工作人員對瓦勒普斯的發(fā)射設施和周邊區(qū)域進行了航空勘測。很快，一隊來自美國航空航天局（NASA）、美國弗吉尼亞州中大西洋地區(qū)航天發(fā)射中心和軌道科學公司的代表進入發(fā)射場，進行發(fā)射綜合設施和相關設施的初步評估。同一天，軌道科學公司組建常設的事故調查委員會（AIB），包括公司管理人員及來自NASA和國家運輸安全委員會（NTSB）的代表，聯(lián)邦航空管理局也將對整個過程進行監(jiān)督。同時任命公司先進項目組副總裁兼總工程師戴夫·斯蒂夫為事故調查委員會常務主席，他是一位經(jīng)驗豐富的工程師，精通運載火箭工程和運營。

軌道科學公司11月5日稱，當前調查重點集中于第一級的2臺AJ26發(fā)動機。已有證據(jù)強有力地表明，其中一臺發(fā)動機的渦輪泵在點火15s后失效，被認為是火箭爆炸的主因。公司董事長兼首席執(zhí)行官戴維·湯普森說：“此時此刻，我們認為故障可能源于渦輪泵機械裝置或直接受其影響，但確認此事還需進一步分析?！?/p>

軌道科學公司采用AJ26發(fā)動機的事實本就飽受詬病。該發(fā)動機前身是NK－33，為40多年前蘇聯(lián)命途多舛的N－1登月火箭建造，從1969年2月－1972年11月，N－1火箭先后4次發(fā)射無一成功。20世紀90年代中期，美國噴氣發(fā)動機公司（現(xiàn)噴氣發(fā)動機-洛克達因公司，Aerojet Rocketdyne）和軌道科學公司以每臺110萬美元的成本從俄羅斯采購了36臺NK－33發(fā)動機，添加了現(xiàn)代化電子設備和其他性能優(yōu)化，并更名為AJ26。2014年5月，一臺指定專用于2015年發(fā)射的AJ26發(fā)動機在NASA斯坦尼斯航天中心的試驗臺上爆炸。這2次事故之間是否有關聯(lián)，或是否代表系統(tǒng)性缺陷，尚待分曉。

3 事故對后續(xù)發(fā)射的影響

事故造成的直接財產(chǎn)損失不大

所幸的是這次爆炸事故并未造成人員傷亡。

0A發(fā)射臺是唯一有資格發(fā)射“安塔瑞斯”火箭的發(fā)射臺，對現(xiàn)場的整體調查結果指出，地面系統(tǒng)受到的損失相當嚴重，但發(fā)射綜合基礎設施的主要部分沒有受到嚴重損壞，盡管仍需一定維修。

事故現(xiàn)場照片

瓦勒普斯環(huán)境工作組也在對現(xiàn)場進行評估。初步觀察結果是發(fā)射失敗的環(huán)境影響大部分存在于瓦勒普斯島南部三分之一緊鄰發(fā)射臺的區(qū)域之內(nèi)，海岸警衛(wèi)隊和弗吉尼亞海洋資源委員會報告未監(jiān)測到任何明顯的水污染跡象。此外，初步評估還未顯示對魚類和野生動植物資源有任何明顯影響。

隨火箭爆炸而損毀的貨物包括飛船所載食物、乘組設備、“國際空間站”硬件、艙外活動和計算機設備等。同時損毀的還有行星實驗室公司（Planet Labs）的26顆小衛(wèi)星和行星資源公司（Planetary Resource）的優(yōu)先技術驗證器攔截者－3（Arkyd－3）小衛(wèi)星。

NASA“國際空間站”項目經(jīng)理稱，損失的貨物都不是絕對重要的。因攜帶了超過900kg的科學貨物，此次事故對“國際空間站”運行的短期影響限于站上正在進行的研究活動。站上食物還可維持數(shù)月，2014年10月29日發(fā)射的俄羅斯進步 M－25M貨運飛船已為空間站送去補給。

對美國載人航天商業(yè)化影響有限，軌道科學公司受創(chuàng)嚴重

總裝中的“天鵝座”貨運飛船

NASA在事故發(fā)生之后發(fā)布的官方聲明已明確表示，此次火箭發(fā)射失利不會影響其后續(xù)商業(yè)貨運任務推進。NASA致力于扭轉或至少改善自2011年航天飛機退役之后存在的借助他國航天器進入太空進行“國際空間站”貨物補給和乘員輪換的局面。近年來，NASA推行商業(yè)航天的意志愈加堅決，涉及領域從近地空間拓展到深空。有理由相信，不論是NASA還是商業(yè)公司，都已從這種新型公私合作關系中廣泛受益。受火箭爆炸事故影響最大的莫過于軌道科學公司本身在美國載人航天商業(yè)化進程中的作用和地位。

2014年9月，NASA剛宣布面向私人企業(yè)為“國際空間站”下一輪貨運任務征詢方案，且不僅限于首輪獲選的太空探索技術公司（SpaceX）和軌道科學公司。軌道科學公司在這一輪貨運合同中唯一的競爭對手—太空探索技術公司迄今為止的表現(xiàn)非常出色，于2012年5月完成“龍”貨運飛船的首次驗證飛行，其后分別于2012年10月、2013年3月、2014年4月和9月、2015年1月發(fā)射5次合同補給任務，均獲完全成功。此外，NASA已于2014年9月敲定由太空探索技術公司的載人“龍”飛船和波音公司的乘員空間運輸－100（CST－100）飛船共同為其執(zhí)行未來的“國際空間站”載人運輸任務。如果一切按計劃進行，首次載人驗證飛行任務將于2017年進行。

據(jù)報道，事故發(fā)生當天，軌道科學公司市值已下跌2.6億美元。

繼續(xù)履行NASA貨運發(fā)射合同，加速發(fā)動機更新?lián)Q代

2014年11月5日，軌道科學公司宣布了根據(jù)NASA“商業(yè)補給服務”計劃繼續(xù)履行合同，承諾及加速更新“安塔瑞斯”火箭主推進系統(tǒng)的全面計劃。在事故根本原因調查清楚并解決之前，“安塔瑞斯”火箭不會再發(fā)射。軌道科學公司本打算在2017年更換“安塔瑞斯”火箭上的AJ26發(fā)動機，現(xiàn)在計劃提前；本應再進行5次發(fā)射運送包含在合同中的其余貨物，現(xiàn)在將設法僅用4次發(fā)射完成，進度相當緊張。

2014年12月，軌道科學公司與聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司簽訂合同，將在2015年第4季度用宇宙神－5火箭從卡納維拉爾角發(fā)射下一次“天鵝座”飛船貨運任務（Orb－4），如有需要將在2016年購買第2枚火箭。宇宙神－5火箭能讓“天鵝座”飛船多運35%貨物。與此同時，加速“安塔瑞斯”火箭主推進系統(tǒng)升級工作，已確認購買60臺同樣由俄羅斯制造的RD181發(fā)動機用以替換AJ26發(fā)動機，首批新發(fā)動機預計于2015年中運抵“安塔瑞斯”裝配工廠，開始火箭總裝和測試，并在2016年第1、第2和第4季度用升級后的“安塔瑞斯”火箭發(fā)射余下3次“天鵝座”飛船貨運任務（Orb－5、6、7）。

人們必須接受的是，航天事業(yè)向來充滿艱辛，災難總會發(fā)生。人們以為阿波羅－1（Apollo-1）不會爆炸起火，但還沒發(fā)射就令全體乘員喪命；阿波羅－13出現(xiàn)多系統(tǒng)故障的幾率只有十億分之一，但它還是發(fā)生了；“挑戰(zhàn)者”（Challenger）和“哥倫比亞”航天飛機失事的畫面也猶在眼前?！鞍菜鹚埂被鸺ê髢H3天，商業(yè)載人亞軌道飛行器太空船－2（SpaceShip Two）在美國加州墜毀，機上2名飛行員一死一傷。從載人航天活動開展以來直至今日，全世界已有18名航天員在載人軌道飛行任務中遇難，2人死于亞軌道飛行試驗，11名航天員在訓練和演習中殉職。

但正如NASA在官方聲明中所說，我們從每次成功和挫敗中不斷學習，今天的失利不會阻擋我們繼續(xù)向前的腳步。90多年前，現(xiàn)代火箭技術之父羅伯特·戈達德預言人類可以到達月球時，所有人都在嘲笑他。彼時，戈達德回應：“很難說有什么辦不到的事情，因為昨天的夢想，可以是今天的希望，而且還可以成為明天的現(xiàn)實。”現(xiàn)在，這句話被刻在以他名字命名的NASA戈達德航天中心的一塊紀念碑上，永恒不朽。

以太空探索為畢生事業(yè)的人不會獨行，即使失敗，也會有更多的人站在巨人的肩膀上繼續(xù)前進。