美國(guó)“安塔瑞斯”火箭發(fā)射失利商業(yè)航天活動(dòng)首次受挫

郭筱曦 張蕊（北京空間科技信息研究所）

美國(guó)東部時(shí)間2014年10月28日18：22，執(zhí)行第三次“商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)”（CRS）合同任務(wù)（Orb－3）的安塔瑞斯－130（Antares－130）火箭發(fā)射，但火箭在升空6 s后發(fā)生爆炸，火箭落回發(fā)射臺(tái)時(shí)又引起了二次爆炸，火箭及其搭載的“天鵝座”（Cygnus）飛船隨即損毀。這既是“安塔瑞斯”火箭首次夜間發(fā)射，也是其首次發(fā)射失敗，同時(shí)是“天鵝座”任務(wù)的首次失敗。

1 運(yùn)載火箭概況

美國(guó)軌道科學(xué)公司（OSC）“安塔瑞斯”系列火箭屬于固液混合型中型運(yùn)載火箭，有兩級(jí)型（110型、120型、130型）和三級(jí)型（121型、122型、131型、132型）兩類(lèi)共7種構(gòu)型，近地軌道運(yùn)載能力4.6～6t。所有構(gòu)型都以基本型為基礎(chǔ)，即采用2臺(tái)AJ26液氧/煤油發(fā)動(dòng)機(jī)作為第一級(jí)、標(biāo)準(zhǔn)3.945m整流罩、通用電氣、機(jī)械設(shè)備、反作用控制系統(tǒng)及飛行儀器。第二級(jí)采用由阿連特技術(shù)系統(tǒng)公司（ATK）建造的固體燃料火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，可選用卡斯托－30A、30B或30XL（Castor－30A、30B或30XL）型號(hào)（發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)見(jiàn)本刊2014年第6期），對(duì)應(yīng)的型號(hào)分別為安塔瑞斯－110、120和130火箭，相應(yīng)運(yùn)力分別為4.6t、4.75t和5.1t。其中，安塔瑞斯－110和120火箭先后于2013年4月21日和2014年1月9日成功首飛。

為提高火箭的近地軌道運(yùn)載能力，安塔瑞斯－130火箭第二級(jí)采用卡斯托－30XL發(fā)動(dòng)機(jī)，為容納該發(fā)動(dòng)機(jī)增加的長(zhǎng)度，火箭使用了1.86m的整流罩支架。支架的應(yīng)用使該型號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)型的整流罩動(dòng)靜態(tài)包絡(luò)線相同。安塔瑞斯－130火箭高42.5m，發(fā)射質(zhì)量達(dá)296t。

“安塔瑞斯”系列火箭各構(gòu)型配置

火箭第一級(jí)參數(shù)

“安塔瑞斯”火箭整箭參數(shù)

2 事故情況與原因調(diào)查

發(fā)射前倒計(jì)時(shí)操作非常順利，火箭和飛船一切正常。發(fā)射前2h，團(tuán)隊(duì)開(kāi)始推進(jìn)劑加注操作。在倒計(jì)時(shí)的過(guò)程中，發(fā)射團(tuán)隊(duì)完成了一系列運(yùn)載火箭和地面系統(tǒng)的檢查，都得到標(biāo)稱結(jié)果。美國(guó)東部時(shí)間2014年10月28日18：22：38，火箭第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。計(jì)算機(jī)確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火良好，火箭被準(zhǔn)許起飛。一升空，2臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)就達(dá)到額定性能的108%，初始推重比很高。

升空后，運(yùn)載火箭尾段就出現(xiàn)煙霧和火焰，僅數(shù)秒后爆炸，形成巨大的火球，隨后開(kāi)始落回地面。火箭墜落到美國(guó)弗吉尼亞州中大西洋地區(qū)航天發(fā)射中心（MARS）0A發(fā)射臺(tái)的設(shè)施上，第一級(jí)的液體推進(jìn)劑迅速引燃了上面級(jí)的固體燃料，燃燒持續(xù)了數(shù)分鐘。

事故發(fā)生后，軌道科學(xué)公司執(zhí)行副總裁弗蘭克·庫(kù)爾伯特森暫任事故調(diào)查負(fù)責(zé)人。次日一早，工作人員對(duì)瓦勒普斯的發(fā)射設(shè)施和周邊區(qū)域進(jìn)行了航空勘測(cè)。很快，一隊(duì)來(lái)自美國(guó)航空航天局（NASA）、美國(guó)弗吉尼亞州中大西洋地區(qū)航天發(fā)射中心和軌道科學(xué)公司的代表進(jìn)入發(fā)射場(chǎng)，進(jìn)行發(fā)射綜合設(shè)施和相關(guān)設(shè)施的初步評(píng)估。同一天，軌道科學(xué)公司組建常設(shè)的事故調(diào)查委員會(huì)（AIB），包括公司管理人員及來(lái)自NASA和國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)（NTSB）的代表，聯(lián)邦航空管理局也將對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督。同時(shí)任命公司先進(jìn)項(xiàng)目組副總裁兼總工程師戴夫·斯蒂夫?yàn)槭鹿收{(diào)查委員會(huì)常務(wù)主席，他是一位經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師，精通運(yùn)載火箭工程和運(yùn)營(yíng)。

軌道科學(xué)公司11月5日稱，當(dāng)前調(diào)查重點(diǎn)集中于第一級(jí)的2臺(tái)AJ26發(fā)動(dòng)機(jī)。已有證據(jù)強(qiáng)有力地表明，其中一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪泵在點(diǎn)火15s后失效，被認(rèn)為是火箭爆炸的主因。公司董事長(zhǎng)兼首席執(zhí)行官戴維·湯普森說(shuō)：“此時(shí)此刻，我們認(rèn)為故障可能源于渦輪泵機(jī)械裝置或直接受其影響，但確認(rèn)此事還需進(jìn)一步分析。”

軌道科學(xué)公司采用AJ26發(fā)動(dòng)機(jī)的事實(shí)本就飽受詬病。該發(fā)動(dòng)機(jī)前身是NK－33，為40多年前蘇聯(lián)命途多舛的N－1登月火箭建造，從1969年2月－1972年11月，N－1火箭先后4次發(fā)射無(wú)一成功。20世紀(jì)90年代中期，美國(guó)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)公司（現(xiàn)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)-洛克達(dá)因公司，Aerojet Rocketdyne）和軌道科學(xué)公司以每臺(tái)110萬(wàn)美元的成本從俄羅斯采購(gòu)了36臺(tái)NK－33發(fā)動(dòng)機(jī)，添加了現(xiàn)代化電子設(shè)備和其他性能優(yōu)化，并更名為AJ26。2014年5月，一臺(tái)指定專用于2015年發(fā)射的AJ26發(fā)動(dòng)機(jī)在NASA斯坦尼斯航天中心的試驗(yàn)臺(tái)上爆炸。這2次事故之間是否有關(guān)聯(lián)，或是否代表系統(tǒng)性缺陷，尚待分曉。

3 事故對(duì)后續(xù)發(fā)射的影響

事故造成的直接財(cái)產(chǎn)損失不大

所幸的是這次爆炸事故并未造成人員傷亡。

0A發(fā)射臺(tái)是唯一有資格發(fā)射“安塔瑞斯”火箭的發(fā)射臺(tái)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的整體調(diào)查結(jié)果指出，地面系統(tǒng)受到的損失相當(dāng)嚴(yán)重，但發(fā)射綜合基礎(chǔ)設(shè)施的主要部分沒(méi)有受到嚴(yán)重?fù)p壞，盡管仍需一定維修。

事故現(xiàn)場(chǎng)照片

瓦勒普斯環(huán)境工作組也在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行評(píng)估。初步觀察結(jié)果是發(fā)射失敗的環(huán)境影響大部分存在于瓦勒普斯島南部三分之一緊鄰發(fā)射臺(tái)的區(qū)域之內(nèi)，海岸警衛(wèi)隊(duì)和弗吉尼亞海洋資源委員會(huì)報(bào)告未監(jiān)測(cè)到任何明顯的水污染跡象。此外，初步評(píng)估還未顯示對(duì)魚(yú)類(lèi)和野生動(dòng)植物資源有任何明顯影響。

隨火箭爆炸而損毀的貨物包括飛船所載食物、乘組設(shè)備、“國(guó)際空間站”硬件、艙外活動(dòng)和計(jì)算機(jī)設(shè)備等。同時(shí)損毀的還有行星實(shí)驗(yàn)室公司（Planet Labs）的26顆小衛(wèi)星和行星資源公司（Planetary Resource）的優(yōu)先技術(shù)驗(yàn)證器攔截者－3（Arkyd－3）小衛(wèi)星。

NASA“國(guó)際空間站”項(xiàng)目經(jīng)理稱，損失的貨物都不是絕對(duì)重要的。因攜帶了超過(guò)900kg的科學(xué)貨物，此次事故對(duì)“國(guó)際空間站”運(yùn)行的短期影響限于站上正在進(jìn)行的研究活動(dòng)。站上食物還可維持?jǐn)?shù)月，2014年10月29日發(fā)射的俄羅斯進(jìn)步 M－25M貨運(yùn)飛船已為空間站送去補(bǔ)給。

對(duì)美國(guó)載人航天商業(yè)化影響有限，軌道科學(xué)公司受創(chuàng)嚴(yán)重

總裝中的“天鵝座”貨運(yùn)飛船

NASA在事故發(fā)生之后發(fā)布的官方聲明已明確表示，此次火箭發(fā)射失利不會(huì)影響其后續(xù)商業(yè)貨運(yùn)任務(wù)推進(jìn)。NASA致力于扭轉(zhuǎn)或至少改善自2011年航天飛機(jī)退役之后存在的借助他國(guó)航天器進(jìn)入太空進(jìn)行“國(guó)際空間站”貨物補(bǔ)給和乘員輪換的局面。近年來(lái)，NASA推行商業(yè)航天的意志愈加堅(jiān)決，涉及領(lǐng)域從近地空間拓展到深空。有理由相信，不論是NASA還是商業(yè)公司，都已從這種新型公私合作關(guān)系中廣泛受益。受火箭爆炸事故影響最大的莫過(guò)于軌道科學(xué)公司本身在美國(guó)載人航天商業(yè)化進(jìn)程中的作用和地位。

2014年9月，NASA剛宣布面向私人企業(yè)為“國(guó)際空間站”下一輪貨運(yùn)任務(wù)征詢方案，且不僅限于首輪獲選的太空探索技術(shù)公司（SpaceX）和軌道科學(xué)公司。軌道科學(xué)公司在這一輪貨運(yùn)合同中唯一的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手—太空探索技術(shù)公司迄今為止的表現(xiàn)非常出色，于2012年5月完成“龍”貨運(yùn)飛船的首次驗(yàn)證飛行，其后分別于2012年10月、2013年3月、2014年4月和9月、2015年1月發(fā)射5次合同補(bǔ)給任務(wù)，均獲完全成功。此外，NASA已于2014年9月敲定由太空探索技術(shù)公司的載人“龍”飛船和波音公司的乘員空間運(yùn)輸－100（CST－100）飛船共同為其執(zhí)行未來(lái)的“國(guó)際空間站”載人運(yùn)輸任務(wù)。如果一切按計(jì)劃進(jìn)行，首次載人驗(yàn)證飛行任務(wù)將于2017年進(jìn)行。

據(jù)報(bào)道，事故發(fā)生當(dāng)天，軌道科學(xué)公司市值已下跌2.6億美元。

繼續(xù)履行NASA貨運(yùn)發(fā)射合同，加速發(fā)動(dòng)機(jī)更新?lián)Q代

2014年11月5日，軌道科學(xué)公司宣布了根據(jù)NASA“商業(yè)補(bǔ)給服務(wù)”計(jì)劃繼續(xù)履行合同，承諾及加速更新“安塔瑞斯”火箭主推進(jìn)系統(tǒng)的全面計(jì)劃。在事故根本原因調(diào)查清楚并解決之前，“安塔瑞斯”火箭不會(huì)再發(fā)射。軌道科學(xué)公司本打算在2017年更換“安塔瑞斯”火箭上的AJ26發(fā)動(dòng)機(jī)，現(xiàn)在計(jì)劃提前；本應(yīng)再進(jìn)行5次發(fā)射運(yùn)送包含在合同中的其余貨物，現(xiàn)在將設(shè)法僅用4次發(fā)射完成，進(jìn)度相當(dāng)緊張。

2014年12月，軌道科學(xué)公司與聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司簽訂合同，將在2015年第4季度用宇宙神－5火箭從卡納維拉爾角發(fā)射下一次“天鵝座”飛船貨運(yùn)任務(wù)（Orb－4），如有需要將在2016年購(gòu)買(mǎi)第2枚火箭。宇宙神－5火箭能讓“天鵝座”飛船多運(yùn)35%貨物。與此同時(shí)，加速“安塔瑞斯”火箭主推進(jìn)系統(tǒng)升級(jí)工作，已確認(rèn)購(gòu)買(mǎi)60臺(tái)同樣由俄羅斯制造的RD181發(fā)動(dòng)機(jī)用以替換AJ26發(fā)動(dòng)機(jī)，首批新發(fā)動(dòng)機(jī)預(yù)計(jì)于2015年中運(yùn)抵“安塔瑞斯”裝配工廠，開(kāi)始火箭總裝和測(cè)試，并在2016年第1、第2和第4季度用升級(jí)后的“安塔瑞斯”火箭發(fā)射余下3次“天鵝座”飛船貨運(yùn)任務(wù)（Orb－5、6、7）。

人們必須接受的是，航天事業(yè)向來(lái)充滿艱辛，災(zāi)難總會(huì)發(fā)生。人們以為阿波羅－1（Apollo-1）不會(huì)爆炸起火，但還沒(méi)發(fā)射就令全體乘員喪命；阿波羅－13出現(xiàn)多系統(tǒng)故障的幾率只有十億分之一，但它還是發(fā)生了；“挑戰(zhàn)者”（Challenger）和“哥倫比亞”航天飛機(jī)失事的畫(huà)面也猶在眼前。“安塔瑞斯”火箭爆炸后僅3天，商業(yè)載人亞軌道飛行器太空船－2（SpaceShip Two）在美國(guó)加州墜毀，機(jī)上2名飛行員一死一傷。從載人航天活動(dòng)開(kāi)展以來(lái)直至今日，全世界已有18名航天員在載人軌道飛行任務(wù)中遇難，2人死于亞軌道飛行試驗(yàn)，11名航天員在訓(xùn)練和演習(xí)中殉職。

但正如NASA在官方聲明中所說(shuō)，我們從每次成功和挫敗中不斷學(xué)習(xí)，今天的失利不會(huì)阻擋我們繼續(xù)向前的腳步。90多年前，現(xiàn)代火箭技術(shù)之父羅伯特·戈達(dá)德預(yù)言人類(lèi)可以到達(dá)月球時(shí)，所有人都在嘲笑他。彼時(shí)，戈達(dá)德回應(yīng)：“很難說(shuō)有什么辦不到的事情，因?yàn)樽蛱斓膲?mèng)想，可以是今天的希望，而且還可以成為明天的現(xiàn)實(shí)。”現(xiàn)在，這句話被刻在以他名字命名的NASA戈達(dá)德航天中心的一塊紀(jì)念碑上，永恒不朽。

以太空探索為畢生事業(yè)的人不會(huì)獨(dú)行，即使失敗，也會(huì)有更多的人站在巨人的肩膀上繼續(xù)前進(jìn)。