“質(zhì)子”運(yùn)載火箭又“栽”了

諸葛言

2014年5月16日，俄羅斯“質(zhì)子-M”運(yùn)載火箭在發(fā)射俄羅斯“快訊-AM4R”通信衛(wèi)星時(shí)，由于火箭第三級(jí)出現(xiàn)故障，結(jié)果造成“箭毀星亡”，其中部分火箭殘骸落入我國(guó)黑龍江省。俄羅斯已成立專門委員會(huì)調(diào)查事故原因，預(yù)計(jì)將于6月中旬前得出最終結(jié)論。

事故連連

近些年，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(jì)損失，而且使俄羅斯航天工業(yè)的信譽(yù)遭受重創(chuàng)，嚴(yán)重影響了俄羅斯航天大國(guó)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(shí)，由于火箭升空17秒后，第一級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障意外關(guān)閉，結(jié)果導(dǎo)致攜帶衛(wèi)星的火箭墜落在距發(fā)射臺(tái)約2.5千米的發(fā)射場(chǎng)附近。其失敗原因是火箭上的角速度傳感器安裝不正確，導(dǎo)致偏航軸失去穩(wěn)定，進(jìn)而墜落并爆炸。2013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(zhǎng)職務(wù)，同時(shí)任命國(guó)防部副部長(zhǎng)奧列格·奧斯塔片科接任航天局局長(zhǎng)，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(jī)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(jí)火箭發(fā)射俄羅斯“快訊-MD2”和“印尼電信-3”通信衛(wèi)星時(shí)失敗，失敗原因是由于火箭“微風(fēng)-M”上面級(jí)推進(jìn)器燃料輸送故障所致。同年8月15日，赫魯尼切夫國(guó)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(yùn)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(hào)火箭發(fā)射“地球-IK-2”軍民兩用測(cè)量衛(wèi)星時(shí)失敗，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(jí)火箭發(fā)射“快訊-AM4”新型通信衛(wèi)星時(shí)失敗，失敗原因是火箭的上面級(jí)控制系統(tǒng)程序編寫出現(xiàn)錯(cuò)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(yùn)飛船時(shí)失敗，飛船殘骸墜落在俄羅斯阿爾泰共和國(guó)境內(nèi)，失敗原因是火箭燃?xì)廨斔凸苈范氯?，這是該型號(hào)火箭在30年發(fā)射史上第一次出現(xiàn)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(shí)失敗，未能將該衛(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，失敗原因是火箭第三級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障。

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(shí)失敗，使3顆GLONASS-M導(dǎo)航衛(wèi)星全部葬身于太平洋中，失敗原因是加注的燃料比正常的多出了1.5噸，造成火箭質(zhì)量過(guò)大，使火箭偏離軌道。為此，俄羅斯航天局副局長(zhǎng)列米舍夫斯基被解職，時(shí)任俄航天局局長(zhǎng)佩爾米諾夫也受到處分，隨后也被調(diào)離了局長(zhǎng)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(yùn)載火箭，因?yàn)檫@種火箭是目前俄羅斯運(yùn)載能力最強(qiáng)的運(yùn)載火箭，主要用于發(fā)射國(guó)內(nèi)外商業(yè)衛(wèi)星。

“質(zhì)子”系列運(yùn)載火箭是前蘇聯(lián)時(shí)代研制的第一種非導(dǎo)彈衍生的、專為航天任務(wù)設(shè)計(jì)的大型運(yùn)載器，由位于莫斯科的赫魯尼切夫國(guó)家航天研究與生產(chǎn)中心打造，20世紀(jì)60年代就開(kāi)始使用了，后經(jīng)不斷改進(jìn)一直用到今天。它包括二級(jí)型、三級(jí)型（“質(zhì)子-K”、“質(zhì)子-M”）、四級(jí)型（“質(zhì)子-K/D”系列上面級(jí)、“質(zhì)子-K”/“微風(fēng)-M”上面級(jí)和“質(zhì)子-M”/“微風(fēng)-M”上面級(jí)），但都采用常規(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(jí)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(guó)內(nèi)外商業(yè)通信衛(wèi)星，發(fā)射費(fèi)用為1～1.12億美元。

“質(zhì)子-M”火箭是在“質(zhì)子-K”火箭基礎(chǔ)上研制的。“質(zhì)子-K”火箭也曾輝煌過(guò)，前蘇聯(lián)“禮炮”系列、“和平”號(hào)空間站各艙段艙體等都是用它送上太空的?！百|(zhì)子-K/D”系列上面級(jí)還發(fā)射各類大型空間探測(cè)器?！百|(zhì)子-K”的第1級(jí)采用6臺(tái)RD-275發(fā)動(dòng)機(jī)并捆綁了6個(gè)助推器，第2級(jí)采用3臺(tái)RD-0210和1臺(tái)RD-0211發(fā)動(dòng)機(jī)，第3級(jí)采用1臺(tái)RD-0213主發(fā)動(dòng)機(jī)和1臺(tái)RD-0214游動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)為火箭的飛行提供動(dòng)力和姿態(tài)控制。其近地軌道運(yùn)載能力為19噸。

“質(zhì)子-M”火箭的77%的系統(tǒng)和部件直接取自“質(zhì)子-K”，18%為改進(jìn)的部件，只有5%的部件是新研制的?！百|(zhì)子-M”和“質(zhì)子-K”火箭的最大區(qū)別是前者換用了新型制導(dǎo)與控制系統(tǒng)，用數(shù)字化系統(tǒng)取代了模擬式系統(tǒng)?！百|(zhì)子-M”火箭采用自主慣性制導(dǎo)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括1個(gè)精確的三軸陀螺穩(wěn)定平臺(tái)和1臺(tái)有三重冗余通道的箭載計(jì)算機(jī)。這臺(tái)數(shù)字計(jì)算機(jī)根據(jù)3個(gè)通道中少數(shù)服從多數(shù)的表決結(jié)果向控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出飛行控制指令。穩(wěn)定平臺(tái)、計(jì)算機(jī)和其他電子設(shè)備均安裝在第3級(jí)的儀器艙內(nèi)。其近地軌道運(yùn)載能力提升到21噸。

1992年，俄羅斯與美國(guó)合資成立了國(guó)際發(fā)射服務(wù)公司（ILS），將“質(zhì)子-M”/“微風(fēng)-M”上面級(jí)火箭投入國(guó)際發(fā)射市場(chǎng)。該火箭就是在“質(zhì)子-M”的基礎(chǔ)上增加了“微風(fēng)-M”上面級(jí)火箭。該火箭年生產(chǎn)能力約為12枚，它全長(zhǎng)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(yùn)載能力6噸。

其中被稱為“太空擺渡車”的“微風(fēng)-M”上面級(jí)火箭長(zhǎng)2.65米，直徑4米，采用14D30發(fā)動(dòng)機(jī)，起飛質(zhì)量22.17噸，推進(jìn)劑質(zhì)量19.8噸，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(shí)間3000秒，飛行中重復(fù)點(diǎn)火次數(shù)達(dá)8次，在太空飛行的時(shí)間不少于24小時(shí)，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，其推進(jìn)系統(tǒng)由1臺(tái)泵壓式擺動(dòng)主發(fā)動(dòng)機(jī)、4臺(tái)游機(jī)（每臺(tái)能夠?yàn)橹靼l(fā)動(dòng)機(jī)提供精確的校正推力）和12個(gè)姿控（定向與穩(wěn)定）發(fā)動(dòng)機(jī)組成、空中點(diǎn)火次數(shù)多，工作時(shí)間較長(zhǎng)，因此更容易出現(xiàn)故障。

不過(guò)，俄羅斯赫魯尼切夫國(guó)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”火箭和“微風(fēng)-M”上面級(jí)，因?yàn)樵谀壳岸砹_斯還沒(méi)有取代它們的運(yùn)載器。只有到“安加拉”新一代大型運(yùn)載火箭問(wèn)世后，“質(zhì)子-M”和“質(zhì)子-M”/“微風(fēng)-M”上面級(jí)火箭才能退役。endprint

如何改進(jìn)

每次發(fā)生火箭失敗事故后，俄羅斯都立即成立專門委員會(huì)，對(duì)事故原因進(jìn)行調(diào)查。大量調(diào)查結(jié)果表明，發(fā)射失敗的主要原因是對(duì)航天產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性缺少監(jiān)督。因?yàn)榘l(fā)射失敗的都是老火箭，它們?cè)O(shè)計(jì)完善、技術(shù)成熟、性能可靠，出現(xiàn)的故障有些是人為失誤造成的，有些源自生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，所以問(wèn)題不是出在火箭的設(shè)計(jì)上，而是出在產(chǎn)品的質(zhì)量和組織管理上。

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(guò)剩，企業(yè)同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，沒(méi)有建立有效的管理機(jī)制，對(duì)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(wèn)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(jì)、教育、工人和工程師培訓(xùn)方面積存的系統(tǒng)問(wèn)題，因此需要航天領(lǐng)域進(jìn)行改革。需要的是以更加嚴(yán)格、循序漸進(jìn)的、更強(qiáng)的政治意志和速度來(lái)實(shí)施改革。

從技術(shù)上講，在火箭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，末級(jí)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(gè)火箭的效率。俄羅斯幾次火箭發(fā)射失利均與末級(jí)動(dòng)力系統(tǒng)有關(guān)，因此，末級(jí)火箭設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制必須引起足夠重視。

另外，“質(zhì)子-M”、“質(zhì)子-M”/“微風(fēng)-M”火箭的一些發(fā)射故障都可歸結(jié)為人為因素。例如，有的是由于燃料加注錯(cuò)誤造成，有的是因?yàn)槌绦蚓帉戝e(cuò)誤導(dǎo)致，還有的是因?yàn)閭鞲衅靼惭b不正確。針對(duì)這種情況，一方面應(yīng)提高人員的責(zé)任意識(shí)和質(zhì)量意識(shí)，另外還必須建立起嚴(yán)格的質(zhì)量管理規(guī)范，加強(qiáng)發(fā)射前的評(píng)審?！奥?lián)盟-U”是俄羅斯最成熟和可靠的運(yùn)載火箭之一，共進(jìn)行過(guò)745次發(fā)射，發(fā)射成功率高達(dá)97.2%。而就是這樣一種非常成熟的運(yùn)載火箭，由于生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，燃料輸送管路在發(fā)射過(guò)程中發(fā)生堵塞造成了燃?xì)獍l(fā)生器故障，導(dǎo)致火箭發(fā)射失敗。這表明，即使最成熟的運(yùn)載火箭，也要高度重視生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量管理。

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(gè)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(méi)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(jī)構(gòu)，缺少對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的監(jiān)督有關(guān)。

二是對(duì)航天企業(yè)監(jiān)管不到位，不能及時(shí)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(duì)相關(guān)的責(zé)任人進(jìn)行了處理，但是沒(méi)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(lì)機(jī)制，有的仍采用“大鍋飯”的管理模式，使員工的責(zé)任意識(shí)不強(qiáng)，沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，企業(yè)缺乏活力。

四是有時(shí)不按航天科研試驗(yàn)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(guò)嚴(yán)格測(cè)試、全面檢查進(jìn)入發(fā)射程序的情況也時(shí)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(shí)和責(zé)任意識(shí)不強(qiáng)，能力水平不高，缺乏經(jīng)驗(yàn)。

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(shí)，科研能力下降。目前，俄羅斯使用的所有運(yùn)載火箭都已有幾十年歷史，系統(tǒng)本身就存在老化的問(wèn)題。

俄羅斯要針對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行“大手術(shù)”，包括加大資金投入，提高航天領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)能力，其中最大的問(wèn)題還是航天領(lǐng)域體制和管理上的問(wèn)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(yùn)。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(duì)原有的體制進(jìn)行改革，但改革并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，因此業(yè)內(nèi)對(duì)改革的呼聲越來(lái)越強(qiáng)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(jī)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(guó)的形象，人們還在拭目以待。endprint