白日焰火

王繼新

2015年7月18日上午約9時，美國“蘇利文兄弟”號“伯克”級驅逐艦在進行導彈發射演習時，1枚“標準”2在發射時發生爆炸（題圖），但所幸沒有造成人員受傷，僅艦艇左舷輕微受損。隨著相關現場圖片的披露，外界對美國導彈及發射系統表現出的良好安全處理性能留下了很深印象。本文就介紹一下導彈發射安全技術及相關系統。

導彈和火箭有上萬個甚至幾十萬個零部件，任何一個出現問題都可能引起多多少少的問題，而在導彈嚴酷的飛行條件下，都可能引發更大的問題出現，直至發生系統故障。導彈的故障模式雖然千差萬別，但大致可分為導彈自毀和導彈在發射系統中意外爆炸等情況。

導彈自毀導彈或火箭可能引起自毀等安全反應的大致有以下幾種情況。

一是姿態失穩。導彈飛行中，導彈自身有一套姿態控制系統保證其正常的飛行姿態，即使發生變化也能及時糾正，但當出現較大姿態動作，超出控制范圍時，即發生姿態失穩。例如，潛射導彈出水時即使出現15°～30°的姿態偏差，也可以在3～4秒的短時間內得到控制。此外，在空中飛行時，可以保證氣流等各種干擾引起的10°內的姿態變化得到糾正。但一旦飛行姿態超出控制系統能力范圍，則姿態故障不可恢復。這時導彈會向意想不到的方向飛行，甚至出現螺旋、折返等情況，可能對地面設施或發射系統造成危害，必須及時實施自毀。這種姿態失穩故障一般由彈上的安全自毀裝置自行完成炸毀，無需人為指令介入。這種情況在潛射導彈試驗中較為常見。例如俄羅斯“圓錘”導彈試驗，在2006年12月和2009年12月均發生導彈飛行姿態失控的情況，特別是2009年12月“圓錘”導彈發射后不久三級火箭發生故障，導彈在挪威上空失控，形成“螺旋”狀光跡，引發外界廣泛猜測。

二是發動機故障。發動機無法點火啟動是導彈和火箭較為常見的故障。水下發射的潛地彈道導彈一級發動機點火一般選在導彈出水約2～3秒時刻，如果出水4～5秒發動機仍未點火，即失去點火時機，這可通過壓力繼電器敏感發動機燃燒室是否點火成功以及運轉是否正常，自動判斷與自動實施是否炸毀。對于地面由發射筒彈射的地地彈道導彈來說，與上述情況相似，判斷確認空中不點火時，及時實施炸毀。如果不及時自毀，即會發生導彈砸艇或砸車的情況。2006年9月，俄羅斯“圓錘”由于火箭未啟動導致試驗失敗，導彈墜落入海。此外，有時發動機在飛行中發生過燃燒，內部壓力過大也可能發生爆炸，但同時自毀裝置也會動作，使碎片盡可能小，將其對地面的危害降到最小。例如，2013年5月5日，法國“警戒”號核潛艇進行M51潛射洲際彈道導彈發射試驗，導彈升空后一分鐘內，第一級推進器出現故障，導彈自毀裝置隨即啟動，導彈在大西洋上空自動銷毀。2008年12月和2009年7月，俄“圓錘”導彈發生兩次一級發動機爆炸。

三是程序故障。導彈從發射到飛行，直至擊中目標，需要提前設計好最佳的飛行程序，但是這種飛行程序設計可能存在缺陷，安裝可能出現問題，控制可能發生故障。最終導致導彈只能垂直飛行，無法實現程序轉彎，或導彈與運載火箭反向飛行，也可能發生發動機關機指令不準確，分離時間不精確，最終導致導彈無法進入后續程序，這些故障除了地面觀測手段發現外，主要依靠安全程控器預裝正常程序與實測對比，自動完成自毀。2005年9月，俄“圓錘”導彈由“臺風”級核潛艇“德米特里·東斯科伊”號進行首次試射（水面發射），雖然俄官方宣布試驗成功，但以后的媒體報道稱此次試驗中，導彈彈頭未能飛抵預定的靶場，在空中爆炸。2006年12月，俄在對“圓錘”導彈進行水面試射時，飛行程序發生故障導致導彈在飛行途中自行爆炸。

以上是導彈發射過程中最常見的自毀故障，而就自毀來說，導彈程序執行機構故障和偏離軌道、非常超程和失聯等都可能造成導彈啟動自毀程序，但這些故障大多不會出現在發射初始階段。

地面爆炸實際上，導彈發射時在發射系統中的點火過程是最危險的，這時可能發生導彈限動點火問題，就是導彈在發射箱或發射架上啟動點火時意外爆炸。限動點火不僅會摧毀導彈，而且會對發射系統甚至艦艇和發射車等造成意外損壞，危害非常大。例如，美國“密蘇里”號戰列艦在波斯灣活動時，“戰斧”導彈在其裝甲箱式發射裝置中就出現過限動點火問題；美國在沙漠風暴行動中，發射的228枚“戰斧”中的1枚在其點火時助推器爆炸；“海麻雀”導彈也發生過在艦艇附近爆炸。如果這些導彈是在垂直發射系統中爆炸，便是一起重大甚至災難性事故，在限動點火過程中會有幾百分之一的概率發生災難性后果。

由于導彈在發射過程中存在空中和地面兩種故障可能，因此導彈發射安全系統設計為彈上和發射裝置上兩種，分別對應導彈自毀和發射裝置的限動點火等危險情況。

導彈彈上安全系統導彈彈上安全在導彈設計中實際屬于導彈安全保險系統。安全保險裝置的主要功能如下：一是在導彈勤務處理、發射時及安全距離內，保證引信處于安全狀態，以保證操作人員和設備的安全；二是導彈在飛行過程中，按預設程序可靠地解除保險，引信處于待發裝態；三是當引信探測到目標后，給出引爆信號時，可靠地使傳爆序列起爆，引爆戰斗部；四是當導彈出現異常時，按預定的自毀指令引爆戰斗部，銷毀導彈。其中，導彈安全自毀系統由彈載設備自行實施對飛行中故障彈進行炸毀。其任務是當導彈失靈或發生故障時，為確保發射首區和航區的安全，達到保密的目的，令導彈自毀。

判別導彈是否有故障的依據及對故障彈的處理原則包括故障彈的識別方法和自毀準則。識別故障的方法是：導彈在飛行過程中外彈道參數的位置量、速度分量或遙測參數中的發動機燃燒室壓力、彈體姿態角，飛行程序角（物）等某一參數超過誤差允許值，都被認為導彈出了故障。自毀準則是：對于故障彈絕不允許危及靶場和航區人員生命財產安全；對于不影響安全的故障彈，采取不終止發動機推力或不炸毀導彈，飛行試驗繼續進行，這樣便于多回收一些有價值的試驗數據，可對故障進行分析和研究，實施相應的改進措施，減少和消除導彈飛行中的故障。通常要求安全自毀系統具備兩個特點：一是出低空自毀方案，一旦出現一級發動機不點火或出現大姿態失穩故障時，使故障彈在適當的低空自毀，將對潛艇或發射場的危害減小到最低限度；二是采用小型安全自毀設備，以適應導彈儀器艙空間小的特點。

通常導彈研制完成后，需要對其安全自毀裝置進行專門測試。例如，美國在SL-AMRAAM中距空空導彈研制完成后，于2006年10月在瑞典北部的維斯德爾導彈試驗場對其自毀系統進行了測試。包括1次對付靶機（相對于目標縮比了尺寸）的遙測射擊和2次演示地面發射的AMRAAM導彈的指令自毀/預編程自毀能力。試驗全部成功，其中遙測射擊直接命中了靶機。這種指令自毀/預編程自毀能力使系統在城區作戰時附帶損傷降低，或降低對友軍的傷害。

發射裝置安全系統導彈在儲存或發射瞬間發生故障的概率非常高，如果發生意外爆炸將帶來連鎖爆炸反應或人員傷亡，因此發射裝置安全系統是遏止爆炸或將爆炸損失降到最低的手段。

該系統主要依靠彈上的發動機燃燒室壓力傳感器、助推器溫度傳感器和發射艙室溫度及壓力傳感器等一系列傳感器，通過中央控制系統將傳感器的數據進行處理，綜合判斷導彈狀態，一旦符合報警準則即啟動安全系統。首先切斷導彈彈上電源，以及發射裝置供電系統，然后發射保障系統中的噴淋系統，為發射裝置和導彈迅速降溫，或者壓制爆炸火焰，將燃燒隔離在較小區域內，最后啟動燃氣排氣排導系統，將有毒廢氣迅速排導到艙室外部。為應對限動點火等直接威脅艦船或車輛安全的情況，大部分發射裝置都設計了發射裝置安全系統。例如，美國艦載的MK41發射系統的每個8格模塊都裝有一套噴淋系統。當發射箱溫度過高時，可進行噴水冷卻，然后通過燃氣排導系統清理發射空間。

導彈發射安全系統的構成受到導彈內部空間和發射裝置大小的局限，而且反應必須迅速可靠，因此設計和運行要求較高。

彈上安全系統通常的導彈或運載火箭安全自毀系統有兩套，包括彈上安全自毀及接收地面無線電指令自毀，互為備份。彈上安全自毀裝置一般由測量判斷、控制及執行三部分組成。測量判斷部分用以測量和判斷導彈故障并給出相應的信號，一般由彈載慣性器件及其它有關傳感器或外彈道測量系統完成；控制部分用以接收故障信號，按給定程序發出自毀指令，一般由彈載程序控制器完成；執行部分，用以執行自毀指令，實施導彈自毀，一般由保險引爆器及各種爆炸器完成。地面無線電指令自毀系統，則由地面測控站與彈上安全無線電指令接收機、天線組成，并通過安全程控器或計算機和自毀爆炸裝置實施自毀。所謂“敏感裝置”，簡單來說就是慣性平臺、壓力繼電器、各種傳感器，它們裝在需要敏感之部位，測量導彈的飛行位置、速度、程序角與時間等數據，敏感測量到的數據送到彈上安全程控器或計算機，與事先裝定的正確值比較。安全程控器或計算機和彈上安全無線電指令接收機，其外表就像是一臺電子儀器或彈上計算機的樣子。自毀爆炸裝置通常是一種直徑約10多厘米的圓筒，它是一種聚能定向爆炸器，安裝在需要炸毀的部位，如推進劑箱間段、固體發動機的封頭以及儀器艙等。固體導彈一般采用柱形和線形爆炸器串聯引爆方案，即保險引爆器、柱形爆炸器、線形爆炸器依次引爆，線形爆炸器切開發動機外殼，柱形爆炸器利用高能裝藥的聚能效應引爆后把發動機炸毀。

我們以最為經典的“薩姆”2型導彈來說明導彈保險機構和自毀裝置的工作過程：導彈發射后，導彈的縱向過載使無線電引信的慣性啟動器工作，解除導彈的一級保險；如果發生導彈發動機燃燒室壓力過大或姿態失穩情況，傳感器發出告警信號；如果持續時間超過預定值，自毀裝置啟動，在低空引爆導彈；如果導彈姿態控制系統糾正錯誤恢復正常，導彈在飛行8～11秒后，液體發動機工作產生的壓力使氧化劑壓力信號器觸點閉合，解除導彈的二級保險；當導彈距目標525米時，制導站發出指令，導彈解除三級保險，引信處于待發狀態；如導彈未與目標遭遇，在導彈發射60秒后，引信發出自毀信號，戰斗部爆炸，導彈在空中自毀，以確保安全和防止泄密。“響尾蛇”導彈的引戰系統設置了三級保險和遙控解鎖，從而具有極高的安全性，保證筒彈在貯存、運輸、測試、轉裝以及其它勤務處理時，戰斗部不發生意外爆炸，并保證導彈發射時具有大于300米的安全距離。

發射裝置安全系統通常艦載垂直發射裝置或車載發射系統的發射安全系統包括：自動噴淋系統、注水系統、通風系統、滅火系統等。其中，自動噴淋系統在彈庫中會設有兩個獨立系統，一個是彈箱噴淋系統，一個是彈庫噴淋系統。每個彈箱通過獨立的閥門與彈箱噴淋系統相連，當彈箱內的溫度超過導彈貯存的允許溫度（75℃～80℃）時，在發控系統控制下，冷卻水直接噴向導彈戰斗部。該系統主要由溫度敏感元件（熱電偶或溫度繼電器）、發控系統、電磁閥和淡水壓力貯罐等組成。因艦上不允許有高壓貯罐，所以壓力貯罐壓力大約1.5兆帕，系統內溫度敏感元件感受發射箱內溫度，自動控制噴淋系統起動。當貯存的淡水用完之后，系統接通艦艇防火水管，改用海水冷卻。彈庫噴淋系統用于防止彈庫通道失火，當通道溫度超出允許值時，即自動起動噴淋系統或者用手動控制起動。系統中的排水分系繞，排除彈箱和彈庫中的積水。彈庫內的電氣接線箱和電纜等都采用防水密封結構和防爆。注水系統在彈箱或彈庫中的導彈意外點火時啟動，向發射箱或彈庫噴注大量海水淹沒發動機降溫，注水系統主要由光熱傳感器、控制器、電磁閥、電動水泵等組成。導彈發射后，通風系統將干燥清潔空氣注入壓力室，清除和稀釋有毒與可燃氣體，通風系統主要由控制器、電磁閥和通風機等組成。

導彈故障原因2015年7月“蘇利文兄弟”號發生的事故中，爆炸的是“標準”2BlockⅢA艦空導彈。導彈剛從MK41垂直發射系統射出就發生爆炸，碎片四濺，并導致艦艉發生火災，導致船艦左舷受損，但無人員受傷。艦上的官兵反應及時，迅速撲滅了火災。負責為美國海軍建造和維修艦艇及其系統的NAVSEA公司，已針對這起事件展開調查。從目前看可以肯定的是，導彈發生了故障，從畫面碎皮較為細小的情況看，導彈至少啟動了彈上自毀裝置，成功將導彈破壞為對人員和平臺及發射裝置危險最小的碎片。那么，究竟導彈發生了什么樣的故障導致其啟動自毀裝置了呢？雖然我們無法得到直接證據來說明故障原因，但從導彈服役情況可以對其作出大致分析。

此次爆炸的“標準”2BlockⅢA導彈是BlockⅢ的改造型，加入了Mk125戰斗部，戰斗部爆片具有更大的速度，對來襲目標的毀傷能力更大，還加入了Mk45 Mod9目標探測裝置，進一步增加了反掠海目標的能力。1992年，BlockⅢA獲得批量生產許可，1994年1月首先裝備在“維克斯堡”號導彈巡洋艦上。

“標準”2BlockⅢA艦空導彈為了提高射程采用了MK30/70固態火箭+MK12加力器的動力方案，也就是尾部增加了一級火箭助推器，這使其發射起飛過程更加復雜。從美軍公布的照片看，導彈在甲板上空不足10米即被引爆成為較小的碎片，在這么短的時間內導彈一是無法拋棄助推器，二是未進入程序轉彎，三是從軌跡上看沒有姿態失穩后修正彈道的軌跡，因此可以判斷導彈故障可能發生在發射箱內或發射出筒瞬間。而這一階段發生導致自毀的故障的最大可能是發動機壓力失常。而造成發動機壓力失常很有可能是因為導彈服役時間過長，導致導彈固體燃料發動機中的火藥柱斷裂或松動，造成燃燒面積擴大，瞬間導致燃燒失控，燃燒室內的壓力陡然增大。而這一故障很可能不是導彈本身故障，而是發生在助推器上。

導彈自毀處置由于導彈設計時在級間段或發動機燃燒室內安裝有壓力傳感器，以判斷發動機是否點火或壓力是否正常。當發動機點火時，燃燒室的壓力使壓力繼電器的觸點斷開不點火自毀電路，解除不點火信號。如發動機不點火，即燃燒室壓力沒有建立或不能斷開壓力繼電器觸點，則給出“不點火”信號，而如果導彈燃燒失常，導致發動機壓力過高，可能造成發動機爆炸，則壓力傳感器將異常信號送至自毀裝置，經過適當延時，導彈在起飛后瞬間自毀爆炸，避免導彈在發射箱中爆炸，破壞發射裝置。從美軍公布的此次事故照片看，導彈爆炸后較大碎片均落入海中，只有部分小碎片飛濺到船艦左舷。

發射裝置處置美國海軍方面稱，“沙利文兄弟”號的導彈爆炸導致尾部發生火災。雖然從圖片無法看到MK41發射裝置是否啟動安全處理系統，但從安全處置程序上看，爆炸燃燒碎片很可能進入發射井/箱中，發射裝置應該啟動噴淋系統，同時啟動通風系統，但尚不可能啟動注水系統。

總之，應該說這是一次成功的故障和事故處置的案例，而且表明導彈發射安全系統的必要性。