近日，據(jù)美媒報(bào)道，8月29日美國(guó)德?tīng)査?重型運(yùn)載火箭在執(zhí)行NROL-44發(fā)射任務(wù)時(shí)，出現(xiàn)發(fā)射中止的原因已經(jīng)查明，故障系發(fā)射臺(tái)有調(diào)節(jié)器被卡住，并計(jì)劃于9月18日重新發(fā)射升空。
火箭本質(zhì)上是大量危險(xiǎn)高能推進(jìn)劑的受控“爆炸”。一旦這種“爆炸”不受控，那就真成爆炸了，也就是人們常說(shuō)的發(fā)射失敗或異常。但現(xiàn)代運(yùn)載火箭作為一種多系統(tǒng)耦合的復(fù)雜運(yùn)輸工具，問(wèn)題可謂常見(jiàn)，失敗亦是難免。面對(duì)不同階段的異?；蚴r(shí)，不同火箭的做法又有何不同呢？
點(diǎn)火之后突然關(guān)機(jī)怎么辦？
8月29日，德?tīng)査?火箭芯一級(jí)和助推器的3臺(tái)RS-68氫氧發(fā)動(dòng)機(jī)在起飛前3秒突發(fā)故障，發(fā)動(dòng)機(jī)正常排出的氫氣上升后被點(diǎn)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(dòng)進(jìn)行了緊急關(guān)機(jī)，發(fā)射被迫中止。
德?tīng)査?火箭發(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(hào)為“導(dǎo)師”的偵察衛(wèi)星最新型號(hào)。該系列衛(wèi)星與著名的“鎖眼”齊名，素以神秘和昂貴著稱(chēng)，據(jù)稱(chēng)衛(wèi)星造價(jià)貴過(guò)等重黃金。因此發(fā)射方對(duì)這類(lèi)載荷一向小心翼翼，如履薄冰，不敢有半點(diǎn)差池。
巧合的是，在2018年12月9日的范登堡空軍基地發(fā)射場(chǎng)，聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的同一款火箭，在為同一個(gè)客戶(hù)發(fā)射新型鎖眼衛(wèi)星時(shí)，也曾上演過(guò)相同的“緊急關(guān)機(jī)”戲碼。好在當(dāng)時(shí)載荷也是安然無(wú)恙，幾天之后故障查明是傳感器導(dǎo)致，排除后火箭于2019年1月將衛(wèi)星發(fā)射升空。
2018年12月9日，德?tīng)査?火箭發(fā)射被迫中止
其實(shí)，發(fā)射前緊急關(guān)機(jī)的故障并不少見(jiàn)，多由發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火過(guò)程中發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)而由系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)。
比如獵鷹9火箭曾在2016年2月第四次嘗試發(fā)射SES-9衛(wèi)星時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)推力異常下降，火箭立即自動(dòng)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(kāi)發(fā)射臺(tái)。不過(guò)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(diǎn)火劑發(fā)出一陣綠光后就熄火了。
牽制釋放裝置可以牢牢“拽住”火箭
事后調(diào)查稱(chēng)，故障是因當(dāng)時(shí)過(guò)冷推進(jìn)劑長(zhǎng)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(jìn)劑并被吸入渦輪泵導(dǎo)致推力異常。
航天史上類(lèi)似的情況可謂屢見(jiàn)不鮮，但只要火箭沒(méi)有離開(kāi)發(fā)射架，大多是有補(bǔ)救機(jī)會(huì)的。
升空之后如何自救？
那火箭升空后出現(xiàn)問(wèn)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(jiàn)的補(bǔ)救方式有兩種。
第一種，若火箭本身設(shè)計(jì)有動(dòng)力冗余能力，一旦有發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生異常，火箭可以自動(dòng)關(guān)閉故障發(fā)動(dòng)機(jī)，并聯(lián)的其他發(fā)動(dòng)機(jī)可以接過(guò)異常發(fā)動(dòng)機(jī)的工作，通過(guò)火箭控制和導(dǎo)航系統(tǒng)的重新迭代規(guī)劃，適當(dāng)延長(zhǎng)其余發(fā)動(dòng)機(jī)的工作時(shí)間，以此拯救發(fā)射。歷史上，“土星五號(hào)”、航天飛機(jī)和“獵鷹9”都曾實(shí)際運(yùn)用過(guò)動(dòng)力冗余來(lái)拯救發(fā)射，所以這種設(shè)計(jì)側(cè)面拔高了火箭的可靠性。
第二種補(bǔ)救方式實(shí)質(zhì)上也是延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作時(shí)間，只不過(guò)“辛苦”的是故障發(fā)動(dòng)機(jī)的下一級(jí)。比如2016年3月，在天鵝座OA-6任務(wù)發(fā)射過(guò)程中，宇宙神5火箭一級(jí)的俄制RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)突然提前5秒關(guān)機(jī)，隨后火箭二級(jí)的RL-10發(fā)動(dòng)機(jī)利用貯箱內(nèi)的預(yù)留推進(jìn)劑延長(zhǎng)燃燒時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1分鐘，最終仍將飛船送入軌道。
宇宙神5火箭一級(jí)使用的RD-180發(fā)動(dòng)機(jī)
這次提前關(guān)機(jī)看似輕描淡寫(xiě)，但其實(shí)兇險(xiǎn)異常，因?yàn)镽D-180只要再提前關(guān)機(jī)一秒，發(fā)射就會(huì)失敗，這時(shí)火箭二級(jí)就算用光預(yù)留推進(jìn)劑也是“回天乏術(shù)”。而對(duì)不具備動(dòng)力冗余功能的運(yùn)載火箭而言，動(dòng)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(yùn)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(lái)。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(gè)國(guó)家21家客戶(hù)的53顆衛(wèi)星送入軌道，在順利完成自己“重生之旅”的同時(shí)也打破了歐洲的一箭多星紀(jì)錄。
織女星火箭實(shí)施“一箭53星”發(fā)射任務(wù)
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(rèn)為，火箭固體裝藥燃燒產(chǎn)生的高溫燃?xì)鉀_擊了其二級(jí)的結(jié)構(gòu)，致使二級(jí)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(shí)，其二級(jí)熱防護(hù)層厚度差了約1毫米，并逃過(guò)了質(zhì)控檢查，最終導(dǎo)致此次事故。
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(huì)針對(duì)整個(gè)火箭的分系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的復(fù)盤(pán)分析，在解決問(wèn)題的同時(shí)，有時(shí)也會(huì)深挖痛點(diǎn)，對(duì)火箭進(jìn)行改進(jìn)提升。因此發(fā)射失敗通常也是運(yùn)載火箭更新、換代、挖潛的絕佳契機(jī)。
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(hào)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(dòng)泵斷電，發(fā)動(dòng)機(jī)提前關(guān)機(jī)導(dǎo)致其發(fā)射失敗。通過(guò)舉一反三，火箭實(shí)驗(yàn)室公司還順手對(duì)該火箭上驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)泵用的電池組進(jìn)行了減重設(shè)計(jì)，使新火箭的近地軌道運(yùn)力得到了提升。
獵鷹9火箭發(fā)射升空
無(wú)獨(dú)有偶，SpaceX公司也曾借用“歸零”的機(jī)會(huì)改進(jìn)火箭。2015年7月，在執(zhí)行CRS-7國(guó)際空間站貨運(yùn)任務(wù)的過(guò)程中，因獵鷹9火箭二級(jí)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，SpaceX公司恢復(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(jí)可謂“大刀闊斧”，公司不但采用了過(guò)冷推進(jìn)劑，還加長(zhǎng)了火箭二級(jí)貯箱，換用了更長(zhǎng)更堅(jiān)固的碳纖維級(jí)間段，增加了一二級(jí)分離用的液壓推桿，還改良發(fā)動(dòng)機(jī)艙，升級(jí)回收著陸腿，最后還提高了梅林1D發(fā)動(dòng)機(jī)的推力，最終使火箭近地軌道運(yùn)力提升高達(dá)33%。
不過(guò)要說(shuō)起失敗后大改的典型，可能要數(shù)安塔瑞斯火箭了，比起“獵鷹9”的升級(jí)改造，這型火箭直接選擇更換發(fā)動(dòng)機(jī)。
安塔瑞斯火箭升空時(shí)發(fā)生爆炸
2014年10月，安塔瑞斯火箭執(zhí)行天鵝座發(fā)射任務(wù)時(shí)，升空僅15秒，火箭一級(jí)的AJ-26發(fā)動(dòng)機(jī)突然爆炸。事故分析推測(cè)是碎屑或制造缺陷導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)泵軸承損壞，進(jìn)而連鎖反應(yīng)導(dǎo)致爆炸。而火箭一級(jí)的兩臺(tái)AJ-26發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上就是40多年前蘇聯(lián)時(shí)期庫(kù)存的NK-33發(fā)動(dòng)機(jī)，于上世紀(jì)90年代購(gòu)入美國(guó)后翻修而來(lái)，因此價(jià)格極其低廉。于是公司不得不忍痛棄用該型發(fā)動(dòng)機(jī)，改用RD-181發(fā)動(dòng)機(jī)，最終于2016年10月恢復(fù)發(fā)射。
來(lái)源：中國(guó)航天報(bào)
聲明：轉(zhuǎn)載此文是出于傳遞更多信息之目的。若有來(lái)源標(biāo)注錯(cuò)誤或侵犯了您的合法權(quán)益，請(qǐng)作者持權(quán)屬證明與本網(wǎng)聯(lián)系，我們將及時(shí)更正、刪除，謝謝。
聯(lián)系客服
