俄罗斯重整火箭工业

□ 诸葛言

“质子”-M火箭

2014年5月16日，俄罗斯发射“快讯”-AM4R通信卫星的“质子”-M运载火箭的第三级出现故障，在飞行546秒后下坠，当时距卫星入轨仅剩50秒，结果造成“箭毁星亡”。

据俄罗斯网站6月8日报道，“质子”-M事故调查委员会已得出了调查结论：事故的原因是组装过程中发生生产事故，导致火箭第三级发动机涡轮泵机组轴承损坏，使该火箭提前37秒熄火。

事故连连

近几年，俄罗斯每年都出现火箭发射失败的事故。这不仅给俄罗斯造成了巨大的经济损失，而且使俄罗斯航天工业的信誉也受到了重创，严重影响了其航天大国的地位。

2013年7月2日，俄罗斯用“质子”-M火箭发射3颗GLONASS-M导航卫星时，火箭升空17秒后第一级发动机出现故障意外关闭，导致星箭俱毁。其失败原因是火箭上的角速度传感器安装不正确，使偏航轴失去稳定，进而坠落并爆炸。同年10月10日，俄罗斯总统普京签署命令，解除弗拉基米尔·波波夫金联邦航天局局长职务，同时任命国防部副部长奥列格·奥斯塔片科接任航天局局长，这一人事任免命令除与发射事故多有关外，也与俄罗斯航天机构改革相关。

2012年8月6日，俄罗斯用“质子”-M/“微风”-M上面级火箭发射俄罗斯“快讯”-MD2和印尼“电信”-3通信卫星时失败，原因是由于“微风”-M上面级发动机燃料输送故障所致。同年8月15日，赫鲁尼切夫国家航天科研生产中心总经理弗拉基米尔·涅斯捷罗夫因此辞职。

2011年是俄罗斯运载火箭近年发射失败最多的一年。2月1日，俄罗斯用“隆声”号火箭发射“地球”-IK-2军民两用测量卫星时失败，原因是火箭的控制系统失灵。8月18日，俄罗斯用“质子”-M/“微风”-M上面级火箭发 射“快讯”-AM4 新型通 信卫星时失败，原因是火箭的上面级控制系统程序编写出现错误。8月24日，俄罗斯用“联盟”-U火箭发射“进步”M-12M货运飞船时失败，原因是火箭燃气输送管路堵塞所致，这是该型号火箭在30年发射史上的第一次失败。12月23日，俄罗斯用“联盟”-2.1b火箭发射“子午线”-5军民两用通信卫星时失败，未能将卫星送入环绕地球的预定轨道，随后卫星在秋明州托博尔斯克市附近坠毁，原因是火箭第三级发动机发生故障。

“质子”-M火箭采用水平方式运输

2010年12月5日，俄罗斯用“质子”-M火箭发射3颗GLONASS-M导航卫星时失败，3颗卫星全部葬身于太平洋中，原因是火箭加注的燃料比正常的多出了1.5吨，造成火箭质量过大，使火箭偏离轨道。为此，俄罗斯航天局副局长列米舍夫斯基被解职，时任俄航天局局长佩尔米诺夫也受到处分，随后也被调离了局长岗位。

“质子”老矣

在上述发射失败中，次数最多、损失最重的是“质子”系列运载火箭。这种火箭是俄罗斯目前运载能力最强的，主要用于发射国内外商业卫星。

“质子”是苏联时代研制的第一种非导弹衍生的、专为航天任务设计的大型运载器，由赫鲁尼切夫国家航天研究与生产中心打造，20世纪60年代就开始使用了，之后 不断改进，一直用到今天。它包括二级型、三级型（“质子”-K、“质子”-M）、四级型（“质子”-K/D系列上面级、“质子”-K/“微风”-M上面级和“质子”-M/“微风”-M上面级），它们都采用常规推进剂，即偏二甲肼和四氧化二碳。目前用得最多的是“质子”-M、“质子”-M/“微风”-M上面级两种火箭，前者用于发射GLONASS-M导航卫星，后者用于发射国内外商业通信卫星。

“质子”-M是在“质子”-K的基础上研制的。“质子”-K的第1级采用6台РД-275发动机并捆绑了6个助推器，第2级采用3台РД-0210和1台РД-0211发动机，第3级采用1台РД-0213主发动机和1台РД-0214游动发动机为火箭的飞行提供动力和姿态控制。其近地轨道运载能力为19吨。

“质子”-M的77%的系统和部件直接取自“质子”-K，18%的部件为改进的部件，只有5%的部件是新研制的，它和“质子”-K的最大区别是更换了新的制导与控制系统，用数字化系统取代了模拟系统。“质子”-M采用自主惯性制导系统，该系统包括1个精确的三轴陀螺稳定平台和1台有三重冗余信息通道的箭载计算机，这台数字计算机根据3个通道中少数服从多数的表决结果向控制执行机构发出飞行控制指令。稳定平台、计算机和其他电子设备均安装在第3级上面的仪器舱内。其近地轨道运载能力为21吨。

“联盟”-U火箭

1992年，俄罗斯与美国合资成立了国际发射服务公司，将“质子”-M/“微风”-M上面级火箭投入国际发射市场。该火箭是在“质子”-M的基础上增加了“微风”-M上面级火箭，它全长58米，最大直径7.4米，起飞质量690吨，起飞推力9600千牛，地球同步轨道运载能力6吨，年生产能力约为12枚。

其中被称为太空摆渡车的“微风”-M上面级火箭推进剂采用四氧化二氮/偏二甲肼，真空推力19.62千牛，工作时间3000秒，飞行中重复点火次数达8次，在太空飞行不少于24小时，可帮助卫星进入低、中、高和地球同步轨道。但由于它构造复杂（推进系统由1台泵压式摆动主发动机、4台游机和12个姿控发动机组成）、空中点火次数多，工作时间较长，因此，它更容易出现故障。

“隆声”号火箭

“联盟”-2.1b火箭

“质子”-M/“微风”-M火箭

“微风”-M上面级与卫星对接

“联盟”-ST火箭

不过，俄罗斯赫鲁尼切夫国家航天研究与生产中心现在仍在继续制造“质子”-M和“微风”-M上面级，因为目前俄罗斯还没有取代它们的运载器。只有到“安加拉”新一代运载火箭问世后，它们才能退役。

失败原因

每次发生火箭失败事故后，俄罗斯都立即成立专门的调查委员会，对事故原因进行调查。大量调查结果表明，俄罗斯火箭发射失败的主要原因是对航天产品质量和可靠性缺少监督。因为发射失败的都是老火箭，它们设计完善、技术成熟、性能可靠，所以问题不是出在火箭的设计上，而是出在产品的质量和组织管理上。

运载火箭由多个分系统的成千上万个零组件、元器件组成，由于某个零组件、元器件失效或误动作而导致发射失败的事故屡见不鲜。在造成发射失败的分系统故障中，动力装置系统占了首位；其次是控制系统；然后则是结构系统。造成故障的原因有多种，如设计上的原因、生产过程中带来的缺陷、元器件质量不稳定、环境的影响和操作失误。

俄罗斯副总理罗戈津指出，事故发生的深层次原因是俄罗斯航天工业产能过剩，企业同质化现象严重，没有建立有效的管理机制，对俄罗斯航天事业发展目的理解仍不清晰。俄罗斯航天学院通讯院士安德列·伊奥宁表示，火箭事故的深层原因应该在航天领域系统问题中寻找，这些意外事故并非是航天局高层具体人员工作不力的结果，而是在工业、经济、教育、工人和工程师培训方面积存的系统问题，因此需要航天领域进行改革。现在需要的不是揪自己头发，而是以更加严格、循序渐进的、更强的政治意志和速度来实施改革。

从技术上讲，在火箭结构设计中末级火箭最为复杂，需要在满足可靠工作要求的前提下，尽可能减轻结构质量，提高整个火箭的效率。俄罗斯几次火箭发射失利均与末级动力系统有关，因此，末级火箭设计和质量控制必须引起足够重视。

另外，一些发射故障可归结为人为因素。针对这种情况，一方面应提高人员的责任意识和质量意识，还必须建立起严格的质量管理规范，加强发射前的评审。

必须改革

俄罗斯高层认为，俄罗斯火箭频频出现事故主要有以下几个原因：一是产品质量管控不严，使产品质量下降，根源是没有联合控制体系，这与俄罗斯在企业中极大地缩减军用研究机构，缺少对产品质量和可靠性的监督有关。二是对航天企业监管不到位，不能及时纠正航天企业不合规范的做法，虽然在事故发生后对相关的责任人进行了处理，但是没有建立专门的监管体系和严格的监管制度。三是管理模式落后，缺少激励机制，有的仍采用“大锅饭”的管理模式，使员工的责任意识不强，没有竞争意识，企业缺乏活力。四是有时不按航天科研试验规律办事，例如，为了政治需要和领导意志而出现有章不循的现象，甚至未经过严格测试、全面检查进入发射程序的情况也时有发生。五是不注重人才培养，人才结构断层，俄罗斯航天领域的专家主体集中在50～60岁年龄段，而年轻航天人员质量意识和责任意识不强，能力水平不高，缺乏经验。六是资金投入不足，工业基础弱化，结果使设备陈旧零部件短缺，航天器老化，更新换代不及时，科研能力下降，目前，俄罗斯使用的所有运载火箭都已有几十年历史，系统本身就存在老化的问题。

整装待发的“安加拉”-1.22PP轻型运载火箭

所以，俄罗斯要针对上述问题进行“大手术”，包括加大资金投入，提高航天领域竞争能力，其中最大的问题还是航天领域体制和管理上的问题。俄罗斯政府虽然也采取了许多措施，但也未能有效遏制发射失败的厄运。早在几年前，俄罗斯航天局就向政府多次递交了改革方案，力图对原有的体制进行改革，但改革并没有实质性进展，因此业内对改革的呼声越来越强烈。

2013年12月2日，俄罗斯总统普京签署命令，以航天仪器制造研究院股份公司为基础，组建联合火箭航天公司（股份公司）。此举是俄罗斯航天部门改革的关键之步，自此俄罗斯航天领域的所有企业都将并入到该公司。俄罗斯航天局仍然保留，行业内的科研院所和地面基础设施机构仍留存在航天局，但其职能发生了改变。酝酿多年的俄罗斯航天领域的改革艰难地走出了第一步。此次改革能否促使俄罗斯航天工业摆脱低谷，重振航天大国的形象，人们还在拭目以待。

打造新箭

7月9日，俄罗斯新型运载火箭“安加拉”-1.22PP在普列谢茨克发射场首次发射成功。

“安加拉”火箭是俄罗斯自苏联解体后开发的新型系列火箭，耗资数十亿美元。它分轻型、中型、重型几种，可将2吨～40吨有效载荷送入近地轨道，可以满足近地轨道许多航天发射的要求，完成各类发射任务。俄罗斯希望借此一方面在国际卫星发射市场保持长久竞争力，另一方面摆脱对苏联加盟共和国在硬件生产和发射场地上的依赖，其发展受到俄官方高度重视。

俄国防部表示，“安加拉”系列火箭不会使用各类庚基有毒燃料，此举将大幅提高火箭的环境安全指数。此次试射的是该火箭的一个定制版本——“安加拉”-1.22PP轻型运载火箭，它长40米，重180吨，携带模拟载荷，可向低地球轨道发射3.5吨的有效载荷。该火箭第一级采用液氧煤油发动机，第二级采用氢氧燃料。

“安加拉”轻型火箭将被用于补充“联盟”系列火箭载人发射；“安加拉”-3中型火箭可发射14.6吨的有效载荷；“安加拉”-5重型火箭可发射24.5吨的有效载荷。俄罗斯还计划研制发射能力更大的“安加拉”-7火箭，可发射40吨的有效载荷。

“安加拉”系列运载火箭所有组件都尽量采用通用的模块化组件，大大提高了火箭研制的通用化、标准化和系列化水平。“通用火箭模块”既是“安加拉”所有型号的第1级，也是“安加拉”-3和5的助推器，而各型号火箭采用了相同的第2级发动机。采用通用的模块化设计，可以实现关键部件的批量化生产，根据需要组装不同型号的火箭，既降低了火箭研发和生产成本，也加快了系列化火箭的发射步伐。

另外，俄罗斯联邦航天局计划在今年8月份召开会议，与航天企业商讨研制用于月球火星任务的超重型运载火箭。超重型运载火箭并不是“安加拉”火箭的翻新版，是独立的运载火箭，将服务于俄罗斯的月球火星项目。

俄罗斯联邦航天局局长奥斯塔片科透露，俄罗斯将首先建造低地轨道运载能力为70吨～80吨的火箭，然后通过改造，火箭的运载能力逐步升至120吨，直至190吨。火箭的研制将会借鉴“安加拉”火箭的研制经验，尤其是发动机，这将大大降低成本。

由此可见，俄罗斯火箭有望东山再起，更上一层楼。

“安加拉”系列新型运载火箭