□ 諸葛言

“質(zhì)子”-M火箭

2014年5月16日，俄羅斯發(fā)射“快訊”-AM4R通信衛(wèi)星的“質(zhì)子”-M運載火箭的第三級出現(xiàn)故障，在飛行546秒后下墜，當(dāng)時距衛(wèi)星入軌僅剩50秒，結(jié)果造成“箭毀星亡”。

據(jù)俄羅斯網(wǎng)站6月8日報道，“質(zhì)子”-M事故調(diào)查委員會已得出了調(diào)查結(jié)論：事故的原因是組裝過程中發(fā)生生產(chǎn)事故，導(dǎo)致火箭第三級發(fā)動機渦輪泵機組軸承損壞，使該火箭提前37秒熄火。

事故連連

近幾年，俄羅斯每年都出現(xiàn)火箭發(fā)射失敗的事故。這不僅給俄羅斯造成了巨大的經(jīng)濟損失，而且使俄羅斯航天工業(yè)的信譽也受到了重創(chuàng)，嚴(yán)重影響了其航天大國的地位。

2013年7月2日，俄羅斯用“質(zhì)子”-M火箭發(fā)射3顆GLONASS-M導(dǎo)航衛(wèi)星時，火箭升空17秒后第一級發(fā)動機出現(xiàn)故障意外關(guān)閉，導(dǎo)致星箭俱毀。其失敗原因是火箭上的角速度傳感器安裝不正確，使偏航軸失去穩(wěn)定，進(jìn)而墜落并爆炸。同年10月10日，俄羅斯總統(tǒng)普京簽署命令，解除弗拉基米爾·波波夫金聯(lián)邦航天局局長職務(wù)，同時任命國防部副部長奧列格·奧斯塔片科接任航天局局長，這一人事任免命令除與發(fā)射事故多有關(guān)外，也與俄羅斯航天機構(gòu)改革相關(guān)。

2012年8月6日，俄羅斯用“質(zhì)子”-M/“微風(fēng)”-M上面級火箭發(fā)射俄羅斯“快訊”-MD2和印尼“電信”-3通信衛(wèi)星時失敗，原因是由于“微風(fēng)”-M上面級發(fā)動機燃料輸送故障所致。同年8月15日，赫魯尼切夫國家航天科研生產(chǎn)中心總經(jīng)理弗拉基米爾·涅斯捷羅夫因此辭職。

2011年是俄羅斯運載火箭近年發(fā)射失敗最多的一年。2月1日，俄羅斯用“隆聲”號火箭發(fā)射“地球”-IK-2軍民兩用測量衛(wèi)星時失敗，原因是火箭的控制系統(tǒng)失靈。8月18日，俄羅斯用“質(zhì)子”-M/“微風(fēng)”-M上面級火箭發(fā) 射“快訊”-AM4 新型通 信衛(wèi)星時失敗，原因是火箭的上面級控制系統(tǒng)程序編寫出現(xiàn)錯誤。8月24日，俄羅斯用“聯(lián)盟”-U火箭發(fā)射“進(jìn)步”M-12M貨運飛船時失敗，原因是火箭燃?xì)廨斔凸苈范氯?，這是該型號火箭在30年發(fā)射史上的第一次失敗。12月23日，俄羅斯用“聯(lián)盟”-2.1b火箭發(fā)射“子午線”-5軍民兩用通信衛(wèi)星時失敗，未能將衛(wèi)星送入環(huán)繞地球的預(yù)定軌道，隨后衛(wèi)星在秋明州托博爾斯克市附近墜毀，原因是火箭第三級發(fā)動機發(fā)生故障。

“質(zhì)子”-M火箭采用水平方式運輸

2010年12月5日，俄羅斯用“質(zhì)子”-M火箭發(fā)射3顆GLONASS-M導(dǎo)航衛(wèi)星時失敗，3顆衛(wèi)星全部葬身于太平洋中，原因是火箭加注的燃料比正常的多出了1.5噸，造成火箭質(zhì)量過大，使火箭偏離軌道。為此，俄羅斯航天局副局長列米舍夫斯基被解職，時任俄航天局局長佩爾米諾夫也受到處分，隨后也被調(diào)離了局長崗位。

“質(zhì)子”老矣

在上述發(fā)射失敗中，次數(shù)最多、損失最重的是“質(zhì)子”系列運載火箭。這種火箭是俄羅斯目前運載能力最強的，主要用于發(fā)射國內(nèi)外商業(yè)衛(wèi)星。

“質(zhì)子”是蘇聯(lián)時代研制的第一種非導(dǎo)彈衍生的、專為航天任務(wù)設(shè)計的大型運載器，由赫魯尼切夫國家航天研究與生產(chǎn)中心打造，20世紀(jì)60年代就開始使用了，之后 不斷改進(jìn)，一直用到今天。它包括二級型、三級型（“質(zhì)子”-K、“質(zhì)子”-M）、四級型（“質(zhì)子”-K/D系列上面級、“質(zhì)子”-K/“微風(fēng)”-M上面級和“質(zhì)子”-M/“微風(fēng)”-M上面級），它們都采用常規(guī)推進(jìn)劑，即偏二甲肼和四氧化二碳。目前用得最多的是“質(zhì)子”-M、“質(zhì)子”-M/“微風(fēng)”-M上面級兩種火箭，前者用于發(fā)射GLONASS-M導(dǎo)航衛(wèi)星，后者用于發(fā)射國內(nèi)外商業(yè)通信衛(wèi)星。

“質(zhì)子”-M是在“質(zhì)子”-K的基礎(chǔ)上研制的。“質(zhì)子”-K的第1級采用6臺РД-275發(fā)動機并捆綁了6個助推器，第2級采用3臺РД-0210和1臺РД-0211發(fā)動機，第3級采用1臺РД-0213主發(fā)動機和1臺РД-0214游動發(fā)動機為火箭的飛行提供動力和姿態(tài)控制。其近地軌道運載能力為19噸。

“質(zhì)子”-M的77%的系統(tǒng)和部件直接取自“質(zhì)子”-K，18%的部件為改進(jìn)的部件，只有5%的部件是新研制的，它和“質(zhì)子”-K的最大區(qū)別是更換了新的制導(dǎo)與控制系統(tǒng)，用數(shù)字化系統(tǒng)取代了模擬系統(tǒng)?！百|(zhì)子”-M采用自主慣性制導(dǎo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括1個精確的三軸陀螺穩(wěn)定平臺和1臺有三重冗余信息通道的箭載計算機，這臺數(shù)字計算機根據(jù)3個通道中少數(shù)服從多數(shù)的表決結(jié)果向控制執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出飛行控制指令。穩(wěn)定平臺、計算機和其他電子設(shè)備均安裝在第3級上面的儀器艙內(nèi)。其近地軌道運載能力為21噸。

“聯(lián)盟”-U火箭

1992年，俄羅斯與美國合資成立了國際發(fā)射服務(wù)公司，將“質(zhì)子”-M/“微風(fēng)”-M上面級火箭投入國際發(fā)射市場。該火箭是在“質(zhì)子”-M的基礎(chǔ)上增加了“微風(fēng)”-M上面級火箭，它全長58米，最大直徑7.4米，起飛質(zhì)量690噸，起飛推力9600千牛，地球同步軌道運載能力6噸，年生產(chǎn)能力約為12枚。

其中被稱為太空擺渡車的“微風(fēng)”-M上面級火箭推進(jìn)劑采用四氧化二氮/偏二甲肼，真空推力19.62千牛，工作時間3000秒，飛行中重復(fù)點火次數(shù)達(dá)8次，在太空飛行不少于24小時，可幫助衛(wèi)星進(jìn)入低、中、高和地球同步軌道。但由于它構(gòu)造復(fù)雜（推進(jìn)系統(tǒng)由1臺泵壓式擺動主發(fā)動機、4臺游機和12個姿控發(fā)動機組成）、空中點火次數(shù)多，工作時間較長，因此，它更容易出現(xiàn)故障。

“隆聲”號火箭

“聯(lián)盟”-2.1b火箭

“質(zhì)子”-M/“微風(fēng)”-M火箭

“微風(fēng)”-M上面級與衛(wèi)星對接

“聯(lián)盟”-ST火箭

不過，俄羅斯赫魯尼切夫國家航天研究與生產(chǎn)中心現(xiàn)在仍在繼續(xù)制造“質(zhì)子”-M和“微風(fēng)”-M上面級，因為目前俄羅斯還沒有取代它們的運載器。只有到“安加拉”新一代運載火箭問世后，它們才能退役。

失敗原因

每次發(fā)生火箭失敗事故后，俄羅斯都立即成立專門的調(diào)查委員會，對事故原因進(jìn)行調(diào)查。大量調(diào)查結(jié)果表明，俄羅斯火箭發(fā)射失敗的主要原因是對航天產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性缺少監(jiān)督。因為發(fā)射失敗的都是老火箭，它們設(shè)計完善、技術(shù)成熟、性能可靠，所以問題不是出在火箭的設(shè)計上，而是出在產(chǎn)品的質(zhì)量和組織管理上。

運載火箭由多個分系統(tǒng)的成千上萬個零組件、元器件組成，由于某個零組件、元器件失效或誤動作而導(dǎo)致發(fā)射失敗的事故屢見不鮮。在造成發(fā)射失敗的分系統(tǒng)故障中，動力裝置系統(tǒng)占了首位；其次是控制系統(tǒng)；然后則是結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。造成故障的原因有多種，如設(shè)計上的原因、生產(chǎn)過程中帶來的缺陷、元器件質(zhì)量不穩(wěn)定、環(huán)境的影響和操作失誤。

俄羅斯副總理羅戈津指出，事故發(fā)生的深層次原因是俄羅斯航天工業(yè)產(chǎn)能過剩，企業(yè)同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，沒有建立有效的管理機制，對俄羅斯航天事業(yè)發(fā)展目的理解仍不清晰。俄羅斯航天學(xué)院通訊院士安德列·伊奧寧表示，火箭事故的深層原因應(yīng)該在航天領(lǐng)域系統(tǒng)問題中尋找，這些意外事故并非是航天局高層具體人員工作不力的結(jié)果，而是在工業(yè)、經(jīng)濟、教育、工人和工程師培訓(xùn)方面積存的系統(tǒng)問題，因此需要航天領(lǐng)域進(jìn)行改革。現(xiàn)在需要的不是揪自己頭發(fā)，而是以更加嚴(yán)格、循序漸進(jìn)的、更強的政治意志和速度來實施改革。

從技術(shù)上講，在火箭結(jié)構(gòu)設(shè)計中末級火箭最為復(fù)雜，需要在滿足可靠工作要求的前提下，盡可能減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提高整個火箭的效率。俄羅斯幾次火箭發(fā)射失利均與末級動力系統(tǒng)有關(guān)，因此，末級火箭設(shè)計和質(zhì)量控制必須引起足夠重視。

另外，一些發(fā)射故障可歸結(jié)為人為因素。針對這種情況，一方面應(yīng)提高人員的責(zé)任意識和質(zhì)量意識，還必須建立起嚴(yán)格的質(zhì)量管理規(guī)范，加強發(fā)射前的評審。

必須改革

俄羅斯高層認(rèn)為，俄羅斯火箭頻頻出現(xiàn)事故主要有以下幾個原因：一是產(chǎn)品質(zhì)量管控不嚴(yán)，使產(chǎn)品質(zhì)量下降，根源是沒有聯(lián)合控制體系，這與俄羅斯在企業(yè)中極大地縮減軍用研究機構(gòu)，缺少對產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的監(jiān)督有關(guān)。二是對航天企業(yè)監(jiān)管不到位，不能及時糾正航天企業(yè)不合規(guī)范的做法，雖然在事故發(fā)生后對相關(guān)的責(zé)任人進(jìn)行了處理，但是沒有建立專門的監(jiān)管體系和嚴(yán)格的監(jiān)管制度。三是管理模式落后，缺少激勵機制，有的仍采用“大鍋飯”的管理模式，使員工的責(zé)任意識不強，沒有競爭意識，企業(yè)缺乏活力。四是有時不按航天科研試驗規(guī)律辦事，例如，為了政治需要和領(lǐng)導(dǎo)意志而出現(xiàn)有章不循的現(xiàn)象，甚至未經(jīng)過嚴(yán)格測試、全面檢查進(jìn)入發(fā)射程序的情況也時有發(fā)生。五是不注重人才培養(yǎng)，人才結(jié)構(gòu)斷層，俄羅斯航天領(lǐng)域的專家主體集中在50～60歲年齡段，而年輕航天人員質(zhì)量意識和責(zé)任意識不強，能力水平不高，缺乏經(jīng)驗。六是資金投入不足，工業(yè)基礎(chǔ)弱化，結(jié)果使設(shè)備陳舊零部件短缺，航天器老化，更新?lián)Q代不及時，科研能力下降，目前，俄羅斯使用的所有運載火箭都已有幾十年歷史，系統(tǒng)本身就存在老化的問題。

整裝待發(fā)的“安加拉”-1.22PP輕型運載火箭

所以，俄羅斯要針對上述問題進(jìn)行“大手術(shù)”，包括加大資金投入，提高航天領(lǐng)域競爭能力，其中最大的問題還是航天領(lǐng)域體制和管理上的問題。俄羅斯政府雖然也采取了許多措施，但也未能有效遏制發(fā)射失敗的厄運。早在幾年前，俄羅斯航天局就向政府多次遞交了改革方案，力圖對原有的體制進(jìn)行改革，但改革并沒有實質(zhì)性進(jìn)展，因此業(yè)內(nèi)對改革的呼聲越來越強烈。

2013年12月2日，俄羅斯總統(tǒng)普京簽署命令，以航天儀器制造研究院股份公司為基礎(chǔ)，組建聯(lián)合火箭航天公司（股份公司）。此舉是俄羅斯航天部門改革的關(guān)鍵之步，自此俄羅斯航天領(lǐng)域的所有企業(yè)都將并入到該公司。俄羅斯航天局仍然保留，行業(yè)內(nèi)的科研院所和地面基礎(chǔ)設(shè)施機構(gòu)仍留存在航天局，但其職能發(fā)生了改變。醞釀多年的俄羅斯航天領(lǐng)域的改革艱難地走出了第一步。此次改革能否促使俄羅斯航天工業(yè)擺脫低谷，重振航天大國的形象，人們還在拭目以待。

打造新箭

7月9日，俄羅斯新型運載火箭“安加拉”-1.22PP在普列謝茨克發(fā)射場首次發(fā)射成功。

“安加拉”火箭是俄羅斯自蘇聯(lián)解體后開發(fā)的新型系列火箭，耗資數(shù)十億美元。它分輕型、中型、重型幾種，可將2噸～40噸有效載荷送入近地軌道，可以滿足近地軌道許多航天發(fā)射的要求，完成各類發(fā)射任務(wù)。俄羅斯希望借此一方面在國際衛(wèi)星發(fā)射市場保持長久競爭力，另一方面擺脫對蘇聯(lián)加盟共和國在硬件生產(chǎn)和發(fā)射場地上的依賴，其發(fā)展受到俄官方高度重視。

俄國防部表示，“安加拉”系列火箭不會使用各類庚基有毒燃料，此舉將大幅提高火箭的環(huán)境安全指數(shù)。此次試射的是該火箭的一個定制版本——“安加拉”-1.22PP輕型運載火箭，它長40米，重180噸，攜帶模擬載荷，可向低地球軌道發(fā)射3.5噸的有效載荷。該火箭第一級采用液氧煤油發(fā)動機，第二級采用氫氧燃料。

“安加拉”輕型火箭將被用于補充“聯(lián)盟”系列火箭載人發(fā)射；“安加拉”-3中型火箭可發(fā)射14.6噸的有效載荷；“安加拉”-5重型火箭可發(fā)射24.5噸的有效載荷。俄羅斯還計劃研制發(fā)射能力更大的“安加拉”-7火箭，可發(fā)射40噸的有效載荷。

“安加拉”系列運載火箭所有組件都盡量采用通用的模塊化組件，大大提高了火箭研制的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化水平。“通用火箭模塊”既是“安加拉”所有型號的第1級，也是“安加拉”-3和5的助推器，而各型號火箭采用了相同的第2級發(fā)動機。采用通用的模塊化設(shè)計，可以實現(xiàn)關(guān)鍵部件的批量化生產(chǎn)，根據(jù)需要組裝不同型號的火箭，既降低了火箭研發(fā)和生產(chǎn)成本，也加快了系列化火箭的發(fā)射步伐。

另外，俄羅斯聯(lián)邦航天局計劃在今年8月份召開會議，與航天企業(yè)商討研制用于月球火星任務(wù)的超重型運載火箭。超重型運載火箭并不是“安加拉”火箭的翻新版，是獨立的運載火箭，將服務(wù)于俄羅斯的月球火星項目。

俄羅斯聯(lián)邦航天局局長奧斯塔片科透露，俄羅斯將首先建造低地軌道運載能力為70噸～80噸的火箭，然后通過改造，火箭的運載能力逐步升至120噸，直至190噸。火箭的研制將會借鑒“安加拉”火箭的研制經(jīng)驗，尤其是發(fā)動機，這將大大降低成本。

由此可見，俄羅斯火箭有望東山再起，更上一層樓。

“安加拉”系列新型運載火箭