高能裝藥飛行器試驗(yàn)安全 風(fēng)險(xiǎn)分析

徐松林，郭濤

（1.91550 部隊(duì)41 分隊(duì)，大連 116023；2.中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院，北京 100076）

固體推進(jìn)劑是固推飛行器的動(dòng)力源，其能量性能對(duì)飛行器飛行能力和導(dǎo)彈武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能影響重大。美國三叉戟Ⅱ?qū)椇吞帐戏刺箍藢?dǎo)彈等推進(jìn)系統(tǒng)采用的NEPE 推進(jìn)劑就是一種新型高能量推進(jìn)劑，在飛行器中使用廣泛。高能推進(jìn)劑具有高能炸藥的起爆和爆轟特性，進(jìn)一步增加了推進(jìn)系統(tǒng)的操作使用危險(xiǎn)[1]。NEPE 推進(jìn)劑中大量RDX、HMX炸藥的加入，使得推進(jìn)劑危險(xiǎn)等級(jí)由1.3 級(jí)（燃燒危險(xiǎn)）上升為1.1 級(jí)（整體爆轟性），推進(jìn)系統(tǒng)裝配測(cè)試廠房危險(xiǎn)等級(jí)也從C2 級(jí)升高至A2 級(jí)[2-3]。文中就高能推進(jìn)系統(tǒng)在試驗(yàn)場(chǎng)的安全試驗(yàn)影響因素進(jìn)行了梳理分析，對(duì)其爆炸危險(xiǎn)性進(jìn)行理論計(jì)算，以便降低試驗(yàn)過程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，提高試驗(yàn)安全性與防護(hù)性能。

1 飛行器安全事故梳理

火箭的推進(jìn)系統(tǒng)（或動(dòng)力裝置）是產(chǎn)生推力推動(dòng)火箭運(yùn)動(dòng)的整套裝置，是其重要組成部分，通常由發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)架、推進(jìn)劑以及保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作所 必需的導(dǎo)管、附件、固定裝置等組成[4-5]。

近幾十年來，隨著固體推進(jìn)劑能量的不斷提高及推進(jìn)系統(tǒng)尺寸的不斷增大，由意外情況、人為操作失誤導(dǎo)致的推進(jìn)系統(tǒng)/固體火箭/導(dǎo)彈安全事故也越來越多。國內(nèi)外曾出現(xiàn)過各種事故，有的甚至是損失慘重的爆炸事件。表1 即為公開文獻(xiàn)報(bào)道的一些典型安全事故，可以看出，技術(shù)準(zhǔn)備過程中的操作不當(dāng)是絕大部分事故的元兇。

表1 推進(jìn)系統(tǒng)典型安全事故實(shí)例Tab.1 Safety accident examples of propulsion system

2 高能裝藥飛行器試驗(yàn)危險(xiǎn)因素分析

高能推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)陣地技術(shù)準(zhǔn)備過程復(fù)雜。理論與試驗(yàn)研究表明，影響推進(jìn)系統(tǒng)安全操作、使用性能的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目是多方面的，產(chǎn)生的安全問題或隱患往往是多個(gè)項(xiàng)目綜合作用的結(jié)果。如操作人員安全意識(shí)不 強(qiáng)、業(yè)務(wù)不熟練，操作規(guī)程不夠完善，檢測(cè)儀器、專業(yè)工具校準(zhǔn)維護(hù)不及時(shí)，試驗(yàn)環(huán)境不合格等[6-7]。

2.1 操作人員風(fēng)險(xiǎn)描述

高能推進(jìn)系統(tǒng)試驗(yàn)操作人員安全隱患主要來源于操作人員安全意識(shí)不強(qiáng)、無證上崗、業(yè)務(wù)不熟練、疲勞操作等，其風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)描述及可能后果見表2。

表2 操作人員風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目檢查Tab.2 Risk project inspection of operators

2.2 技術(shù)文書風(fēng)險(xiǎn)描述

隨著高能推進(jìn)系統(tǒng)及其導(dǎo)彈武器系統(tǒng)研制不斷深入，技術(shù)狀態(tài)也在不斷更新，因此要求配套的培訓(xùn)教程、操作規(guī)程和維護(hù)保養(yǎng)細(xì)則等技術(shù)文書也與之相適應(yīng)、完善。此外，大多數(shù)技術(shù)文書缺乏試驗(yàn)場(chǎng)實(shí)踐檢驗(yàn)，技術(shù)文書的文件版本及適用范圍也需要特別關(guān)注。技術(shù)文書風(fēng)險(xiǎn)描述見表3。

2.3 儀器工具風(fēng)險(xiǎn)描述

儀器、工具等經(jīng)校準(zhǔn)后有一定的有效期，超出 該有效期使用時(shí)，檢測(cè)儀器的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確度、靈敏度等性能指標(biāo)往往不能滿足要求。若檢測(cè)儀器、專用設(shè)備、工具的校準(zhǔn)、維護(hù)、更新不及時(shí)，會(huì)影響檢測(cè)的準(zhǔn)確性和操作的精確性。儀器工具風(fēng)險(xiǎn)描述見表4。

2.4 試驗(yàn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)描述

高能推進(jìn)系統(tǒng)的試驗(yàn)環(huán)境對(duì)其安全操作使用也 是非常重要的，如廠房供電，產(chǎn)品試驗(yàn)時(shí)的狀態(tài)，警示標(biāo)識(shí)等。試驗(yàn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)描述見表5。

表4 儀器工具風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目檢查Tab.4 Project risk inspection of instruments and tools

表5 試驗(yàn)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目檢查Tab.5 Risk project inspection of test environment

3 高能推進(jìn)系統(tǒng)爆炸危險(xiǎn)性計(jì)算

根據(jù)固體發(fā)動(dòng)機(jī)爆炸的特點(diǎn)，其危害性主要有三個(gè)方面：碎片危害、燃燒危害、沖擊波超壓破壞[8-10]。因?yàn)楦吣芡七M(jìn)系統(tǒng)的NEPE 推進(jìn)劑中含有大量的高能炸藥，一旦發(fā)生意外，大部分推進(jìn)劑直接發(fā)生爆炸，只有少量的推進(jìn)劑燃燒造成燃燒危害。此外，燃燒室爆炸壓強(qiáng)較大時(shí)，其造成的殼體碎片也只有14~15塊，從質(zhì)量和數(shù)量上來講，這種危險(xiǎn)性都不大。因此，本研究主要從沖擊波超壓來描述高能推進(jìn)系統(tǒng)的爆炸危險(xiǎn)。

假定目前試驗(yàn)中的小型和大型高能推進(jìn)系統(tǒng)NEPE 裝藥量分別為200 kg 和100 000 kg，該NEPE推進(jìn)劑的爆炸當(dāng)量為1.35 倍TNT，則其等效質(zhì)量me分別為270 kg 和135 000 kg。根據(jù)式（1）和式（2）可獲得距離推進(jìn)系統(tǒng)爆炸點(diǎn)R 處的沖擊波超壓Δpm，如圖1 所示。其對(duì)人員、裝備造成的殺傷作用見表6。

圖1 兩種高能推進(jìn)系統(tǒng)的沖擊波超壓值Fig.1 Shock wave overpressure value of two high energy propulsion systems

表6 兩種高能推進(jìn)系統(tǒng)意外爆炸時(shí)的破壞效應(yīng)Tab.6 Damage effect of accidental detonation of two high energy propulsion systems

4 結(jié)語

隨著運(yùn)載火箭、航天飛機(jī)、導(dǎo)彈武器、衛(wèi)星和飛船等現(xiàn)代飛行器的不斷發(fā)展，對(duì)作為動(dòng)力裝置的推進(jìn)系統(tǒng)提出了更高的要求，特別是其能量特性。高能炸藥在固體推進(jìn)劑中的大量應(yīng)用，一方面大幅提高了推進(jìn)系統(tǒng)的能量性能，但另一方面在一定程度上也降低了其操作使用安全性。采用高能推進(jìn)系統(tǒng)的飛行器裝備試驗(yàn)已經(jīng)在各類試驗(yàn)場(chǎng)不斷開展，因此有必要預(yù)先對(duì)其試驗(yàn)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行深入分析，以便降低試驗(yàn)過程中的潛在危險(xiǎn)，保障試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)安全、順利地進(jìn)行。