郭筱曦 王霄 （北京空間科技信息研究所）

莫斯科時(shí)間2015年4月28日10∶09（北京時(shí)間15∶09），聯(lián)盟-2.1a火箭按計(jì)劃從哈薩克斯坦境內(nèi)的拜科努爾航天發(fā)射中心點(diǎn)火起飛，執(zhí)行進(jìn)步M-27M飛船的發(fā)射任務(wù)。該飛船是2015年俄羅斯第2艘向“國(guó)際空間站”運(yùn)送補(bǔ)給的貨運(yùn)飛船。它在入軌后即發(fā)生了嚴(yán)重的并發(fā)故障，地面無法與其取得聯(lián)系，處于失控翻滾狀態(tài)。俄羅斯聯(lián)邦航天局（Roscosmos）在莫斯科時(shí)間4月29日晚間宣布，此次任務(wù)無法挽救是不可避免的事實(shí)。進(jìn)步M-27M于5月8日再入大氣層。該任務(wù)失敗造成的損失估計(jì)達(dá)26億盧布（約合5050萬(wàn)美元）。

1 此次事故情況

事故基本情況

莫斯科時(shí)間4月28日10:09，聯(lián)盟-2.1a運(yùn)載火箭點(diǎn)火升空。10:18，即在火箭飛行了8min46s后，進(jìn)步M-27M飛船與其分離。在此之前，火箭運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，未報(bào)告任何異常，看起來是一次完美的發(fā)射。

進(jìn)步M-27M“帶病”被送入軌道

第一次故障先兆出現(xiàn)在關(guān)鍵的第三級(jí)火箭關(guān)機(jī)和船箭分離時(shí)的前后。在船箭分離前1.5s，火箭遙測(cè)數(shù)據(jù)完全丟失，飛船數(shù)據(jù)也出現(xiàn)中斷。北美防空聯(lián)合司令部（NORAD）提供的軌道參數(shù)顯示，飛船進(jìn)入了高于目標(biāo)的軌道。船箭分離之后，飛船的遙測(cè)數(shù)據(jù)呈間歇性下傳，所收集的數(shù)據(jù)僅夠任務(wù)控制中心確認(rèn)進(jìn)步M-27M飛船太陽(yáng)電池翼成功展開，但無法確認(rèn)飛船上航向-NA（KURS-NA）交會(huì)系統(tǒng)天線展開狀態(tài)和推進(jìn)系統(tǒng)加壓狀態(tài)等。因此，任務(wù)被立即從6h的“快速交會(huì)”飛行模式切換至常規(guī)的兩晝夜交會(huì)飛行模式，讓地面控制人員有更多時(shí)間排查故障。如問題可以解決，則飛船可于4月30日與空間站對(duì)接。

莫斯科時(shí)間4月28日當(dāng)天，飛船在4次飛經(jīng)俄羅斯地面站測(cè)控范圍時(shí)，任務(wù)控制中心都無法確認(rèn)飛船系統(tǒng)狀況。在飛船第3次經(jīng)過俄羅斯地面站時(shí)，通過甚高頻下傳了一段長(zhǎng)14s的視頻，顯示航向-NA系統(tǒng)被置于“測(cè)試模式”，同時(shí)顯示了“姿態(tài)失控”等一系列告警。在飛船第4次經(jīng)過俄羅斯地面站時(shí)打開了外部攝像機(jī)，成功向地面下傳了一段長(zhǎng)數(shù)分鐘的視頻，清晰顯示飛船正在快速、不受控制地翻滾，證實(shí)了飛船遭遇嚴(yán)重故障，同時(shí)顯示多個(gè)角速度傳感器失靈告警。

俄羅斯地面控制人員一直在向進(jìn)步M-27M飛船發(fā)送指令試圖停止其旋轉(zhuǎn)，但沒有產(chǎn)生任何效果。在一個(gè)整夜的時(shí)間里，飛船都在軌道上被動(dòng)快速翻滾，使挽救任務(wù)的可能性更加渺茫。

莫斯科時(shí)間4月29日凌晨04:50，進(jìn)步M-27M飛船再次進(jìn)入地面站測(cè)控范圍，地面團(tuán)隊(duì)嘗試向飛船發(fā)送指令將其切換至手動(dòng)對(duì)接模式，但依然沒有接收到任何數(shù)據(jù)。更嚴(yán)峻的問題是要節(jié)省飛船電力，因?yàn)樽园l(fā)射起，飛船太陽(yáng)電池翼就沒有保持對(duì)日定向。另外，飛船推進(jìn)劑供給狀況以及推進(jìn)劑是否足夠挽救任務(wù)也存在不確定性。在發(fā)射24h后，可能由于電池耗盡，飛船不再向地面發(fā)送任何數(shù)據(jù)。因?yàn)闆]有機(jī)會(huì)與飛船通信，任務(wù)控制中心也沒有機(jī)會(huì)關(guān)掉飛船上的非必要系統(tǒng)。

美國(guó)戰(zhàn)略司令部（USSTRATCOM）還跟蹤到至少44個(gè)來自飛船或火箭第三級(jí)的碎片，分布在近地點(diǎn)153～180km、遠(yuǎn)地點(diǎn)172～365km的軌道上，考慮到碎片質(zhì)量和軌道高度都很低，大部分碎片軌道壽命也極低。

美國(guó)軍方認(rèn)為，碎片出現(xiàn)及其在軌道上的擴(kuò)散證實(shí)曾發(fā)生高能事件，或是加壓系統(tǒng)（推進(jìn)劑貯箱／管道系統(tǒng)、加壓劑貯箱／管道系統(tǒng)、氣瓶、壓力容器）出現(xiàn)破裂，或是第三級(jí)火箭與飛船之間發(fā)生碰撞。美國(guó)空軍一位新聞發(fā)言人稱:“考慮到（碎片高度），以及飛船比預(yù)定初始軌道高30～40km的事實(shí)，我們可以肯定地說，在船箭分離時(shí)刻發(fā)生了爆炸。”

由于沒有能力指揮飛船，考慮到碎片數(shù)量，飛船可能受損嚴(yán)重，以及電池不再為飛船供電，在所有嘗試聯(lián)系飛船的努力均以失敗告終后，4月29日，任務(wù)控制中心被迫接受了任務(wù)失敗的事實(shí)。

俄官方關(guān)于事故的說明

莫斯科時(shí)間4月29日晚間，俄羅斯聯(lián)邦航天局發(fā)表正式聲明，稱此次任務(wù)失敗已成事實(shí)。據(jù)俄羅斯航天官員稱，現(xiàn)在可以確定，飛船與火箭第三級(jí)分離時(shí)出現(xiàn)了嚴(yán)重問題。數(shù)據(jù)分析顯示，當(dāng)時(shí)火箭和飛船的數(shù)據(jù)幾乎同時(shí)丟失，這表明發(fā)生了致使任務(wù)失敗的災(zāi)難性事件。專家還確認(rèn)，飛船主推進(jìn)系統(tǒng)失壓，飛船進(jìn)入翻滾狀態(tài)，每4.5s旋轉(zhuǎn)一周。

在此次任務(wù)被正式認(rèn)定為失敗后，俄羅斯聯(lián)邦航天局組織相關(guān)機(jī)構(gòu)和專家開始對(duì)進(jìn)步M-27M飛船故障原因進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，包括對(duì)火箭第三級(jí)性能進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析；對(duì)飛船下傳的有限遙測(cè)數(shù)據(jù)也進(jìn)行了詳細(xì)檢查,以拼合出最有可能的故障情形。

失控的進(jìn)步M-27M貨運(yùn)飛船最后再入大氣層

莫斯科時(shí)間5月12日,俄羅斯聯(lián)邦航天局公布了初步調(diào)查結(jié)果:火箭第三級(jí)主發(fā)動(dòng)機(jī)開機(jī)之后,氧化劑貯箱和燃燒劑貯箱接連失壓,是導(dǎo)致飛船偏離目標(biāo)軌道的直接原因。但針對(duì)根本原因的調(diào)查工作還在繼續(xù)，還需進(jìn)行更深入的理論分析、計(jì)算建模和一系列試驗(yàn)。

6月1日，負(fù)責(zé)調(diào)查此次事故的俄羅斯跨部門委員會(huì)會(huì)議公布了最終調(diào)查結(jié)果：由于飛船和火箭的頻率和動(dòng)態(tài)特性導(dǎo)致兩者配合出現(xiàn)問題，結(jié)果導(dǎo)致運(yùn)載火箭第三級(jí)和貨運(yùn)飛船分離異常，飛船損壞。在研制飛船和火箭組合體時(shí)并沒充分考慮其結(jié)構(gòu)特性。目前，俄羅斯聯(lián)邦航天局已針對(duì)飛船和火箭組合體的進(jìn)一步飛行試驗(yàn)制定工作計(jì)劃。

6月9日，俄羅斯聯(lián)邦航天局重新調(diào)整了2015年的載人航天發(fā)射計(jì)劃，貨運(yùn)飛船的發(fā)射計(jì)劃也做出了相應(yīng)調(diào)整。

2 事故后續(xù)影響取決于調(diào)查結(jié)果

俄羅斯航天官員在宣布任務(wù)失敗時(shí)不無悲傷地說:進(jìn)步M-27M飛船到不了“國(guó)際空間站”了。但這不會(huì)對(duì)在站上生活和工作的6名航天員構(gòu)成直接威脅。站上有充足的補(bǔ)給品，至少能維持4個(gè)月正常運(yùn)行，且進(jìn)步M-26M飛船還正在與空間站對(duì)接，可為空間站提供推進(jìn)保障。

定于今年下半年發(fā)射的第5艘日本“H-2轉(zhuǎn)移飛行器”

唯一會(huì)威脅空間站運(yùn)行的是“聯(lián)盟”／“進(jìn)步”飛船長(zhǎng)期停飛或“聯(lián)盟”系列火箭Block I第三級(jí)停用的可能性，考慮到“聯(lián)盟”／“進(jìn)步”這兩種飛船上各系統(tǒng)的高度通用性，Block I也是目前所有執(zhí)行俄羅斯“國(guó)際空間站”載人及貨運(yùn)任務(wù)的聯(lián)盟-U、FG和2.1a火箭通用的部件。從目前的調(diào)查結(jié)果看，聯(lián)盟-2.1a火箭和進(jìn)步M-M飛船都不會(huì)停飛，但兩者可能不會(huì)再組合飛行。

繼2014年10月美國(guó)“天鵝座”飛船在執(zhí)行第3次任務(wù)發(fā)射時(shí)火箭爆炸、船箭俱毀而導(dǎo)致停飛后，“進(jìn)步”飛船如今也陷入困境?！斑M(jìn)步”是目前唯一能向空間站轉(zhuǎn)移補(bǔ)加推進(jìn)劑的飛船，是空間站維持自身軌道、執(zhí)行碎片規(guī)避機(jī)動(dòng)和調(diào)整姿態(tài)所必需的。除“進(jìn)步”飛船以外，當(dāng)前在用的“國(guó)際空間站”貨運(yùn)飛船只有美國(guó)太空探索技術(shù)公司的“龍”飛船（今年6月28日發(fā)射時(shí)失?。┖腿毡尽癏-2轉(zhuǎn)移飛行器” （將于今年下半年發(fā)射）?！疤禊Z座”貨運(yùn)飛船有望于今年年底復(fù)飛。歐洲“自動(dòng)轉(zhuǎn)移飛行器”本也可以向空間站運(yùn)送補(bǔ)加推進(jìn)劑，但它已于年初結(jié)束第5次任務(wù)后正式退役。不過，進(jìn)步M-28M于今年7月3日由聯(lián)盟-U火箭發(fā)射成功。

3 俄羅斯飛船近年故障頻發(fā)

打造聯(lián)盟-2.1a運(yùn)載火箭

總體而言，俄羅斯的載人及貨運(yùn)飛船技術(shù)高度成熟，并具備每年多艘的生產(chǎn)制造與發(fā)射能力?！奥?lián)盟”／“進(jìn)步”系列飛船經(jīng)數(shù)十年飛行和改進(jìn)，已被公認(rèn)為全球可靠性最高的載人／貨運(yùn)飛船。但最近幾年來，這兩個(gè)系列飛船均頻發(fā)在軌故障，地面系統(tǒng)運(yùn)行也不太穩(wěn)定，甚至在2011年8月出現(xiàn)了“進(jìn)步”系列飛船歷史上第一次發(fā)射失敗，引起業(yè)內(nèi)對(duì)俄羅斯載人航天能力水平下滑和管理混亂的質(zhì)疑。

請(qǐng)注意，在此次事故中飛船在入軌時(shí)出現(xiàn)了“過度執(zhí)行”?；仡?014年，聯(lián)盟TMA-12M、14M載人飛船發(fā)生了兩次在軌故障，雖故障情形各不相同，但這兩次飛船入軌過程中也都出現(xiàn)了“過度執(zhí)行”，即實(shí)際軌道參數(shù)高于目標(biāo)軌道參數(shù)，其中，聯(lián)盟TMA-12M飛船“過度執(zhí)行”引起的軌道偏差間接導(dǎo)致了故障發(fā)生，是俄羅斯載人及貨運(yùn)飛船在采用“快速交會(huì)”模式后首次臨時(shí)中止。聯(lián)盟TMA-14M飛船在入軌后左舷太陽(yáng)電池翼未能按計(jì)劃展開，飛船保持單側(cè)翼展開的飛行姿態(tài)與空間站對(duì)接。

進(jìn)步M-27M飛船所采用的航向-NA系統(tǒng)是基于雷達(dá)的交會(huì)系統(tǒng)，繼承了“航向”等舊型號(hào)特性，能保證飛船執(zhí)行完全自動(dòng)化的交會(huì)、接近和對(duì)接程序，并改進(jìn)性能、減輕質(zhì)量、降低功耗，使系統(tǒng)效率更高。新型航向-NA系統(tǒng)在2012年7月發(fā)射的進(jìn)步M-15M飛船和2013年11月發(fā)射的進(jìn)步M-21M飛船上進(jìn)行過2次飛行試驗(yàn)，但都未成功，導(dǎo)致進(jìn)步M-15M飛船二次對(duì)接失敗，進(jìn)步M-21M飛船自動(dòng)對(duì)接失敗。2013年4月，進(jìn)步M-19M飛船采用另一新型號(hào)航向-A系統(tǒng)，其中一根天線在對(duì)接過程中也未能正常展開。

4 執(zhí)行此次任務(wù)的運(yùn)輸系統(tǒng)

運(yùn)載火箭

這是第2次用聯(lián)盟-2.1a運(yùn)載火箭發(fā)射“進(jìn)步”系列飛船。自1973年起，均由聯(lián)盟-U火箭執(zhí)行“進(jìn)步”系列飛船的發(fā)射任務(wù)。上一次使用聯(lián)盟-2.1a火箭發(fā)射“進(jìn)步”飛船非常成功，將進(jìn)步M-25M飛船幾乎毫無偏差地送入目標(biāo)軌道，顯示了新型號(hào)火箭的出色能力。

俄羅斯主力“聯(lián)盟”系列火箭衍生自冷戰(zhàn)時(shí)期研制的R-7導(dǎo)彈。聯(lián)盟-2.1a是“聯(lián)盟”系列火箭的新型號(hào)，與此前的“聯(lián)盟”型號(hào)火箭幾乎相同，只將控制系統(tǒng)從模擬式升級(jí)到數(shù)字式，可提高火箭的靈活性和穩(wěn)定性。

貨運(yùn)飛船

從1973年開始，“禮炮”系列空間站的研制方TsKBEM（現(xiàn)名為俄羅斯S.P.科羅廖夫能源火箭航天集團(tuán)公司）先后研制并發(fā)射了“進(jìn)步”、進(jìn)步M和進(jìn)步M1三種型號(hào)的貨運(yùn)飛船，至今成功發(fā)射過各型號(hào)的“進(jìn)步”系列貨運(yùn)飛船149艘。現(xiàn)役的進(jìn)步M-M是進(jìn)步M的子型號(hào)，于2008年首飛，采用三艙設(shè)計(jì)，能夠獨(dú)立飛行30天。按照2015年公布的最新計(jì)劃，將于今年11月升級(jí)為進(jìn)步-MS，并繼續(xù)執(zhí)行“國(guó)際空間站”貨運(yùn)任務(wù)，每艘飛船外部安裝4個(gè)發(fā)射貨柜，每次可發(fā)射24顆立方體衛(wèi)星。

進(jìn)步M-27M飛船共攜帶了879kg推進(jìn)劑、49kg氧氣、42kg水和1418kg干貨。干貨包括備用配件、補(bǔ)給品和科學(xué)實(shí)驗(yàn)材料。“進(jìn)步”系列貨運(yùn)飛船運(yùn)送每千克貨物的成本為22000～25000美元。