文/ 趙陽

8 月29 日，美聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的德爾它4 重型火箭在執(zhí)行NROL-44 發(fā)射任務(wù)時，火箭點火后上演了一場驚心動魄的“臺上烈焰焚身，火箭巋然不動”的戲碼?；鸺举|(zhì)上是大量危險的高能推進劑的受控“爆炸”。一旦這種“爆炸”不受控 ——那就真成了爆炸了，也就是我們常說的發(fā)射失敗或異常。但現(xiàn)代運載火箭作為一種多系統(tǒng)耦合的復(fù)雜運輸工具，問題可謂常見，失敗亦是難免。面對不同階段的異?；蛘呤r，不同火箭的做法又有何不同呢？

▲ 德爾它4H 火箭點火后，火箭巋然不動

點火之后突然關(guān)機怎么辦？

8 月29 日，德爾塔4 重型火箭芯一級和助推器的3 臺RS-68 氫氧發(fā)動機在起飛前3 秒突發(fā)故障，發(fā)動機正常排出的氫氣上升后被點燃，但由于火箭未能離架，導(dǎo)致氫火迅速包圍了火箭，火箭控制系統(tǒng)自動進行了緊急關(guān)機，發(fā)射被迫中止。好在火箭整流罩內(nèi)的載荷正常，此次載荷是代號為“導(dǎo)師”的偵察衛(wèi)星最新型號。該系列衛(wèi)星與著名的“鎖眼”齊名，素以神秘和昂貴著稱，據(jù)稱衛(wèi)星造價貴過等重黃金。因此發(fā)射方對這類載荷一向小心翼翼，如履薄冰，不敢有半點差池。

巧合的是，就在去年1 月的范登堡發(fā)射場，聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的同一款火箭。在為同一個客戶發(fā)射新型鎖眼衛(wèi)星時，也曾上演過相同的“緊急關(guān)機”戲碼。好在當(dāng)時載荷也是安然無恙，幾天之后故障查明是傳感器導(dǎo)致，排除后火箭正常發(fā)射。

其實，發(fā)射前緊急關(guān)機的故障并不少見，多由發(fā)動機點火過程中發(fā)現(xiàn)異常信號而由系統(tǒng)自動觸發(fā)。比如獵鷹9 火箭2016 年2 月第四次嘗試發(fā)射SES-9 衛(wèi)星時，發(fā)動機點火系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)一臺發(fā)動機推力異常下降，火箭立即自動中止發(fā)射。這得益于牽制釋放裝置，火箭被牢牢“拽住”，并未離開發(fā)射臺。不過身為液氧煤油燃料火箭的獵鷹9 火箭缺少了氫氧燃料火箭“烈焰焚身”的效果，只是在自燃點火劑發(fā)出一陣綠光后就熄火了。事后調(diào)查稱，故障是因當(dāng)時過冷推進劑長期靜置導(dǎo)致溫度升高，而貯箱內(nèi)的增壓用氦氣借此混入推進劑并被吸入渦輪泵導(dǎo)致推力異常。

航天史上類似的情況可謂屢見不鮮，但只要火箭沒有離開發(fā)射架，大多是有補救機會的。

▲ 驚險升空的天鵝座飛船正在靠近國際空間站

▲ 織女星火箭恢復(fù)發(fā)射

升空之后如何自救？

那火箭升空后出現(xiàn)問題怎么辦呢？由于火箭脫離地面支持，基本上只能靠“自救”，常見的補救方式有兩種。

第一種，若火箭本身設(shè)計有動力冗余能力，一旦有發(fā)動機發(fā)生異常，火箭可以自動關(guān)閉故障發(fā)動機，并聯(lián)的其他發(fā)動機可以接過異常發(fā)動機的工作，通過火箭控制和導(dǎo)航系統(tǒng)的重新迭代規(guī)劃，適當(dāng)延長其余發(fā)動機的工作時間，以此拯救發(fā)射。歷史上，“土星五號”、航天飛機和“獵鷹9”都曾實際運用過動力冗余來拯救發(fā)射，所以這種設(shè)計側(cè)面拔高了火箭的可靠性。

第二種補救方式實質(zhì)上也是延長發(fā)動機的工作時間，只不過“辛苦”的是故障發(fā)動機的下一級。比如2016 年3 月，在天鵝座OA-6 任務(wù)發(fā)射過程中，宇宙神V 火箭一級的俄制RD-180 發(fā)動機突然提前5 秒關(guān)機，隨后火箭二級的 RL-10 發(fā)動機利用貯箱內(nèi)的預(yù)留推進劑延長燃燒時間長達 1 分鐘，最終仍將飛船送入軌道。

這次提前關(guān)機看似輕描淡寫，但其實兇險異常，因為RD-180 只要再提前關(guān)機一秒，發(fā)射就會失敗，這時火箭二級就算用光預(yù)留推進劑也是“回天乏術(shù)”。而對不具備動力冗余功能的運載火箭而言，動力系統(tǒng)在飛行段出現(xiàn)故障是致命的，很容易導(dǎo)致不可逆的發(fā)射失敗。

那么，一旦運載火箭出現(xiàn)了發(fā)射失敗，之后自然要痛定思痛，從頭再來。比如9 月2 日剛剛完成恢復(fù)發(fā)射的織女星火箭，一次將13 個國家21 家客戶的53 顆衛(wèi)星送入軌道，在順利完成自己“重生之旅”的同時也打破了歐洲的一箭多星紀錄。

該火箭之前曾在2019 年7 月的發(fā)射中出現(xiàn)事故，之后便陷入沉寂。事故調(diào)查認為，火箭固體裝藥燃燒產(chǎn)生的高溫燃氣沖擊了其二級的結(jié)構(gòu)，致使二級碳纖維結(jié)構(gòu)被燒穿，最終導(dǎo)致火箭在飛行中解體。而根本原因是在制造火箭時，其二級熱防護層厚度差了約1 毫米，并逃過了質(zhì)控檢查，最終導(dǎo)致此次事故。

▲ 心宿二火箭爆炸場景

▲ 電子號火箭恢復(fù)發(fā)射

發(fā)射失敗如何東山再起？

發(fā)射失敗后，研發(fā)人員一般會針對整個火箭的分系統(tǒng)進行系統(tǒng)的復(fù)盤分析，在解決問題的同時，有時也會深挖痛點，對火箭進行改進提升。因此發(fā)射失敗通常也是運載火箭更新、換代、挖潛的絕佳契機。

例如，與織女星火箭同為微小衛(wèi)星發(fā)射領(lǐng)域主力的電子號火箭，也在近期完成了其發(fā)射失敗后的恢復(fù)發(fā)射。而之前該火箭在7 月4 日的一次發(fā)射中，由于一處電氣連接失效，導(dǎo)致電動泵斷電，發(fā)動機提前關(guān)機導(dǎo)致其發(fā)射失敗。

通過舉一反三，火箭實驗室公司還順手對該火箭上驅(qū)動發(fā)動機電動泵用的電池組進行了減重設(shè)計，使新火箭的近地軌道運力得到了提升。

無獨有偶，太空探索技術(shù)公司也曾借用“歸零”的機會改進火箭。2015年7 月，在執(zhí)行CRS-7 國際空間站貨運任務(wù)的過程中，因獵鷹9 號火箭二級貯箱COPV 支撐桿件不合格，火箭凌空解體，箭船俱毀。緊接著當(dāng)年 12 月，太空探索技術(shù)公司一恢復(fù)發(fā)射就直接推出了全新的“獵鷹9”全推力版本。

這次升級可謂“大刀闊斧”，公司不但采用了過冷推進劑，還加長了火箭二級貯箱，換用了更長更堅固的碳纖維級間段，增加了一二級分離用的液壓推桿，還改良發(fā)動機艙，升級回收著陸腿，最后還提高了梅林1D 發(fā)動機的推力，最終使火箭近地軌道運力提升高達33%。

不過要說起失敗后大改的典型，可能要數(shù)心宿二火箭了，比起“獵鷹9”的升級改造，這型火箭直接選擇更換發(fā)動機。

2014 年10 月，心宿二火箭執(zhí)行天鵝座發(fā)射任務(wù)時，升空僅15 秒，火箭一級的AJ-26 發(fā)動機突然爆炸。事故分析推測是碎屑或制造缺陷導(dǎo)致發(fā)動機泵軸承損壞，進而引發(fā)連鎖反應(yīng)導(dǎo)致爆炸。而火箭一級的兩臺AJ-26 發(fā)動機實際上就是40 多年前蘇聯(lián)時期庫存的NK-33 發(fā)動機，于上世紀90 年代購入美國后翻修而來，因此價格極其低廉。于是公司不得不忍痛棄用該型發(fā)動機，改用RD-181 發(fā)動機，最終于2016 年10 月恢復(fù)發(fā)射。