“质子”运载火箭又“栽”了

诸葛言

2014年5月16日，俄罗斯“质子-M”运载火箭在发射俄罗斯“快讯-AM4R”通信卫星时，由于火箭第三级出现故障，结果造成“箭毁星亡”，其中部分火箭残骸落入我国黑龙江省。俄罗斯已成立专门委员会调查事故原因，预计将于6月中旬前得出最终结论。

事故连连

近些年，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遭受重创，严重影响了俄罗斯航天大国的地位。

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，由于火箭升空17秒后，第一级发动机出现故障意外关闭，结果导致携带卫星的火箭坠落在距发射台约2.5千米的发射场附近。其失败原因是火箭上的角速度传感器安装不正确，导致偏航轴失去稳定，进而坠落并爆炸。2013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，失败原因是由于火箭“微风-M”上面级推进器燃料输送故障所致。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，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，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，飞船残骸坠落在俄罗斯阿尔泰共和国境内，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年发射史上第一次出现失败。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，未能将该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，失败原因是火箭第三级发动机发生故障。

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，使3颗GLONASS-M导航卫星全部葬身于太平洋中，失败原因是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，因为这种火箭是目前俄罗斯运载能力最强的运载火箭，主要用于发射国内外商业卫星。

“质子”系列运载火箭是前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，由位于莫斯科的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，后经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），但都采用常规推进剂，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，发射费用为1～1.12亿美元。

“质子-M”火箭是在“质子-K”火箭基础上研制的。“质子-K”火箭也曾辉煌过，前苏联“礼炮”系列、“和平”号空间站各舱段舱体等都是用它送上太空的。“质子-K/D”系列上面级还发射各类大型空间探测器。“质子-K”的第1级采用6台RD-275发动机并捆绑了6个助推器，第2级采用3台RD-0210和1台RD-0211发动机，第3级采用1台RD-0213主发动机和1台RD-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”火箭的77%的系统和部件直接取自“质子-K”，18%为改进的部件，只有5%的部件是新研制的。“质子-M”和“质子-K”火箭的最大区别是前者换用了新型制导与控制系统，用数字化系统取代了模拟式系统。“质子-M”火箭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级的仪器舱内。其近地轨道运载能力提升到21吨。

1992年，俄罗斯与美国合资成立了国际发射服务公司（ILS），将“质子-M”/“微风-M”上面级火箭投入国际发射市场。该火箭就是在“质子-M”的基础上增加了“微风-M”上面级火箭。该火箭年生产能力约为12枚，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。

其中被称为“太空摆渡车”的“微风-M”上面级火箭长2.65米，直径4米，采用14D30发动机，起飞质量22.17吨，推进剂质量19.8吨，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，在太空飞行的时间不少于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，其推进系统由1台泵压式摆动主发动机、4台游机（每台能够为主发动机提供精确的校正推力）和12个姿控（定向与稳定）发动机组成、空中点火次数多，工作时间较长，因此更容易出现故障。

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”火箭和“微风-M”上面级，因为在目前俄罗斯还没有取代它们的运载器。只有到“安加拉”新一代大型运载火箭问世后，“质子-M”和“质子-M”/“微风-M”上面级火箭才能退役。endprint

如何改进

每次发生火箭失败事故后，俄罗斯都立即成立专门委员会，对事故原因进行调查。大量调查结果表明，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，出现的故障有些是人为失误造成的，有些源自生产环节出现的产品质量问题，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。

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。需要的是以更加严格、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，“质子-M”、“质子-M”/“微风-M”火箭的一些发射故障都可归结为人为因素。例如，有的是由于燃料加注错误造成，有的是因为程序编写错误导致，还有的是因为传感器安装不正确。针对这种情况，一方面应提高人员的责任意识和质量意识，另外还必须建立起严格的质量管理规范，加强发射前的评审。“联盟-U”是俄罗斯最成熟和可靠的运载火箭之一，共进行过745次发射，发射成功率高达97.2%。而就是这样一种非常成熟的运载火箭，由于生产环节出现问题，燃料输送管路在发射过程中发生堵塞造成了燃气发生器故障，导致火箭发射失败。这表明，即使最成熟的运载火箭，也要高度重视生产环节的质量管理。

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。

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。endprint