失敗背后有玄機(jī)

□ 徐振亮

2022年全球共執(zhí)行186次軌道級發(fā)射，其中完全成功178次，部分成功1次，失敗7次，完全成功率95.7%。失敗的火箭共有6型，分別是美國的阿斯特拉3.3型火箭（2次）、歐空局的“織女星”-C、日本的“艾普斯龍”增強(qiáng)型、印度的SSLV、中國民營航天企業(yè)的“雙曲線一號”和“朱雀二號”。那么這些火箭發(fā)射失敗的原因何在？

首先是火箭發(fā)動機(jī)故障。

發(fā)動機(jī)為火箭提供動力，堪稱火箭的“心臟”，一旦出現(xiàn)故障，極易導(dǎo)致發(fā)射失敗。問題是，發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件眾多，工作環(huán)境惡劣，相對比較容易出現(xiàn)故障。據(jù)統(tǒng)計，發(fā)動機(jī)故障導(dǎo)致火箭發(fā)射失敗的比例接近50%。在2022年7次發(fā)射失敗中，除阿斯特拉3.3型火箭第一次失敗、印度SSLV火箭失敗外，其余的5次失敗均直接由發(fā)動機(jī)故障導(dǎo)致，占比高達(dá)71%。

具體來講，在5次發(fā)動機(jī)故障中，有3次問題出在主發(fā)動機(jī)上。主發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障，相當(dāng)于人的心房、心室有問題，必然導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

6月13日發(fā)射失敗的美國阿斯特拉3.3型火箭就是二子級液體發(fā)動機(jī)燃料消耗過快，提前關(guān)機(jī)。12月21日，歐空局的“織女星”-C因二子級固體發(fā)動機(jī)出現(xiàn)負(fù)壓，引發(fā)故障。

除主發(fā)動機(jī)外，火箭上還有提供姿態(tài)控制輔助動力的姿控發(fā)動機(jī)，其一旦有問題，火箭飛行姿態(tài)就容易出現(xiàn)較大偏差，進(jìn)而導(dǎo)致任務(wù)失敗。

其次是基礎(chǔ)性質(zhì)量問題。

具體分析2022年這些發(fā)射失敗事件，其中有一些是技術(shù)性質(zhì)量問題導(dǎo)致的，還有一些則暴露了常規(guī)產(chǎn)品性能存在缺陷、操作失誤等基礎(chǔ)性質(zhì)量問題。

2月11日，阿斯特拉3.3型火箭年內(nèi)第一次發(fā)射失敗，直接原因是整流罩分離故障和軟件故障，當(dāng)時整流罩未能在二子級發(fā)動機(jī)點(diǎn)火之前正確分離。事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，分離系統(tǒng)的線纜布置設(shè)計錯誤，導(dǎo)致分離時序與預(yù)期不一致，使整流罩分離失敗。此外，該火箭的軟件存在數(shù)據(jù)包丟失的情況，導(dǎo)致其二子級發(fā)動機(jī)無法利用推力矢量控制系統(tǒng)進(jìn)行姿態(tài)控制。雖然制造商認(rèn)為火箭這兩個問題是“獨(dú)立的”，并非連鎖反應(yīng)，但也表明這次發(fā)射失敗的根本原因是產(chǎn)品設(shè)計存在缺陷，技術(shù)不過關(guān)，質(zhì)量把控不到位。

8月7日，印度SSLV火箭發(fā)射后，前三級都飛行正常并完成分離，但四子級（又稱速度修正模塊）原本應(yīng)工作燃燒20秒，卻只燃燒了0.1秒，使得火箭無法達(dá)到預(yù)定的飛行高度，進(jìn)入了錯誤的橢圓軌道。事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，火箭四子級飛行時，加速度傳感器出現(xiàn)故障，使計算機(jī)根據(jù)故障切換到錯誤軌道，導(dǎo)致整個任務(wù)失敗。這是典型的器件級產(chǎn)品質(zhì)量問題，很小的加速度傳感器故障釀成了重大事故。

通過分析這些發(fā)射失敗案例可以看出，火箭發(fā)射是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，一旦設(shè)計、生產(chǎn)等任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)細(xì)微問題，都有可能導(dǎo)致發(fā)射任務(wù)失敗。

總之，火箭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高，決定了航天發(fā)射是高風(fēng)險的系統(tǒng)工程。簡單分析2022年發(fā)射失敗情況，我們會發(fā)現(xiàn)多數(shù)是由一些質(zhì)量“小事”導(dǎo)致的，可以說“失敗是差一點(diǎn)的成功”。

不論怎樣，確保發(fā)射成功是火箭永恒的主題，也是火箭研發(fā)人員永恒的追求。在失敗面前，全球火箭研發(fā)人員不會氣餒，通過吸取失敗教訓(xùn)、排除故障隱患、彌補(bǔ)薄弱環(huán)節(jié)、不斷改進(jìn)迭代，相信2023年航天發(fā)射一定能邁上更高的臺階，創(chuàng)造更大的輝煌。