白日焰火

王继新

2015年7月18日上午约9时，美国“苏利文兄弟”号“伯克”级驱逐舰在进行导弹发射演习时，1枚“标准”2在发射时发生爆炸（题图），但所幸没有造成人员受伤，仅舰艇左舷轻微受损。随着相关现场图片的披露，外界对美国导弹及发射系统表现出的良好安全处理性能留下了很深印象。本文就介绍一下导弹发射安全技术及相关系统。

导弹和火箭有上万个甚至几十万个零部件，任何一个出现问题都可能引起多多少少的问题，而在导弹严酷的飞行条件下，都可能引发更大的问题出现，直至发生系统故障。导弹的故障模式虽然千差万别，但大致可分为导弹自毁和导弹在发射系统中意外爆炸等情况。

导弹自毁导弹或火箭可能引起自毁等安全反应的大致有以下几种情况。

一是姿态失稳。导弹飞行中，导弹自身有一套姿态控制系统保证其正常的飞行姿态，即使发生变化也能及时纠正，但当出现较大姿态动作，超出控制范围时，即发生姿态失稳。例如，潜射导弹出水时即使出现15°～30°的姿态偏差，也可以在3～4秒的短时间内得到控制。此外，在空中飞行时，可以保证气流等各种干扰引起的10°内的姿态变化得到纠正。但一旦飞行姿态超出控制系统能力范围，则姿态故障不可恢复。这时导弹会向意想不到的方向飞行，甚至出现螺旋、折返等情况，可能对地面设施或发射系统造成危害，必须及时实施自毁。这种姿态失稳故障一般由弹上的安全自毁装置自行完成炸毁，无需人为指令介入。这种情况在潜射导弹试验中较为常见。例如俄罗斯“圆锤”导弹试验，在2006年12月和2009年12月均发生导弹飞行姿态失控的情况，特别是2009年12月“圆锤”导弹发射后不久三级火箭发生故障，导弹在挪威上空失控，形成“螺旋”状光迹，引发外界广泛猜测。

二是发动机故障。发动机无法点火启动是导弹和火箭较为常见的故障。水下发射的潜地弹道导弹一级发动机点火一般选在导弹出水约2～3秒时刻，如果出水4～5秒发动机仍未点火，即失去点火时机，这可通过压力继电器敏感发动机燃烧室是否点火成功以及运转是否正常，自动判断与自动实施是否炸毁。对于地面由发射筒弹射的地地弹道导弹来说，与上述情况相似，判断确认空中不点火时，及时实施炸毁。如果不及时自毁，即会发生导弹砸艇或砸车的情况。2006年9月，俄罗斯“圆锤”由于火箭未启动导致试验失败，导弹坠落入海。此外，有时发动机在飞行中发生过燃烧，内部压力过大也可能发生爆炸，但同时自毁装置也会动作，使碎片尽可能小，将其对地面的危害降到最小。例如，2013年5月5日，法国“警戒”号核潜艇进行M51潜射洲际弹道导弹发射试验，导弹升空后一分钟内，第一级推进器出现故障，导弹自毁装置随即启动，导弹在大西洋上空自动销毁。2008年12月和2009年7月，俄“圆锤”导弹发生两次一级发动机爆炸。

三是程序故障。导弹从发射到飞行，直至击中目标，需要提前设计好最佳的飞行程序，但是这种飞行程序设计可能存在缺陷，安装可能出现问题，控制可能发生故障。最终导致导弹只能垂直飞行，无法实现程序转弯，或导弹与运载火箭反向飞行，也可能发生发动机关机指令不准确，分离时间不精确，最终导致导弹无法进入后续程序，这些故障除了地面观测手段发现外，主要依靠安全程控器预装正常程序与实测对比，自动完成自毁。2005年9月，俄“圆锤”导弹由“台风”级核潜艇“德米特里·东斯科伊”号进行首次试射（水面发射），虽然俄官方宣布试验成功，但以后的媒体报道称此次试验中，导弹弹头未能飞抵预定的靶场，在空中爆炸。2006年12月，俄在对“圆锤”导弹进行水面试射时，飞行程序发生故障导致导弹在飞行途中自行爆炸。

以上是导弹发射过程中最常见的自毁故障，而就自毁来说，导弹程序执行机构故障和偏离轨道、非常超程和失联等都可能造成导弹启动自毁程序，但这些故障大多不会出现在发射初始阶段。

地面爆炸实际上，导弹发射时在发射系统中的点火过程是最危险的，这时可能发生导弹限动点火问题，就是导弹在发射箱或发射架上启动点火时意外爆炸。限动点火不仅会摧毁导弹，而且会对发射系统甚至舰艇和发射车等造成意外损坏，危害非常大。例如，美国“密苏里”号战列舰在波斯湾活动时，“战斧”导弹在其装甲箱式发射装置中就出现过限动点火问题；美国在沙漠风暴行动中，发射的228枚“战斧”中的1枚在其点火时助推器爆炸；“海麻雀”导弹也发生过在舰艇附近爆炸。如果这些导弹是在垂直发射系统中爆炸，便是一起重大甚至灾难性事故，在限动点火过程中会有几百分之一的概率发生灾难性后果。

由于导弹在发射过程中存在空中和地面两种故障可能，因此导弹发射安全系统设计为弹上和发射装置上两种，分别对应导弹自毁和发射装置的限动点火等危险情况。

导弹弹上安全系统导弹弹上安全在导弹设计中实际属于导弹安全保险系统。安全保险装置的主要功能如下：一是在导弹勤务处理、发射时及安全距离内，保证引信处于安全状态，以保证操作人员和设备的安全；二是导弹在飞行过程中，按预设程序可靠地解除保险，引信处于待发装态；三是当引信探测到目标后，给出引爆信号时，可靠地使传爆序列起爆，引爆战斗部；四是当导弹出现异常时，按预定的自毁指令引爆战斗部，销毁导弹。其中，导弹安全自毁系统由弹载设备自行实施对飞行中故障弹进行炸毁。其任务是当导弹失灵或发生故障时，为确保发射首区和航区的安全，达到保密的目的，令导弹自毁。

判别导弹是否有故障的依据及对故障弹的处理原则包括故障弹的识别方法和自毁准则。识别故障的方法是：导弹在飞行过程中外弹道参数的位置量、速度分量或遥测参数中的发动机燃烧室压力、弹体姿态角，飞行程序角（物）等某一参数超过误差允许值，都被认为导弹出了故障。自毁准则是：对于故障弹绝不允许危及靶场和航区人员生命财产安全；对于不影响安全的故障弹，采取不终止发动机推力或不炸毁导弹，飞行试验继续进行，这样便于多回收一些有价值的试验数据，可对故障进行分析和研究，实施相应的改进措施，减少和消除导弹飞行中的故障。通常要求安全自毁系统具备两个特点：一是出低空自毁方案，一旦出现一级发动机不点火或出现大姿态失稳故障时，使故障弹在适当的低空自毁，将对潜艇或发射场的危害减小到最低限度；二是采用小型安全自毁设备，以适应导弹仪器舱空间小的特点。

通常导弹研制完成后，需要对其安全自毁装置进行专门测试。例如，美国在SL-AMRAAM中距空空导弹研制完成后，于2006年10月在瑞典北部的维斯德尔导弹试验场对其自毁系统进行了测试。包括1次对付靶机（相对于目标缩比了尺寸）的遥测射击和2次演示地面发射的AMRAAM导弹的指令自毁/预编程自毁能力。试验全部成功，其中遥测射击直接命中了靶机。这种指令自毁/预编程自毁能力使系统在城区作战时附带损伤降低，或降低对友军的伤害。

发射装置安全系统导弹在储存或发射瞬间发生故障的概率非常高，如果发生意外爆炸将带来连锁爆炸反应或人员伤亡，因此发射装置安全系统是遏止爆炸或将爆炸损失降到最低的手段。

该系统主要依靠弹上的发动机燃烧室压力传感器、助推器温度传感器和发射舱室温度及压力传感器等一系列传感器，通过中央控制系统将传感器的数据进行处理，综合判断导弹状态，一旦符合报警准则即启动安全系统。首先切断导弹弹上电源，以及发射装置供电系统，然后发射保障系统中的喷淋系统，为发射装置和导弹迅速降温，或者压制爆炸火焰，将燃烧隔离在较小区域内，最后启动燃气排气排导系统，将有毒废气迅速排导到舱室外部。为应对限动点火等直接威胁舰船或车辆安全的情况，大部分发射装置都设计了发射装置安全系统。例如，美国舰载的MK41发射系统的每个8格模块都装有一套喷淋系统。当发射箱温度过高时，可进行喷水冷却，然后通过燃气排导系统清理发射空间。

导弹发射安全系统的构成受到导弹内部空间和发射装置大小的局限，而且反应必须迅速可靠，因此设计和运行要求较高。

弹上安全系统通常的导弹或运载火箭安全自毁系统有两套，包括弹上安全自毁及接收地面无线电指令自毁，互为备份。弹上安全自毁装置一般由测量判断、控制及执行三部分组成。测量判断部分用以测量和判断导弹故障并给出相应的信号，一般由弹载惯性器件及其它有关传感器或外弹道测量系统完成；控制部分用以接收故障信号，按给定程序发出自毁指令，一般由弹载程序控制器完成；执行部分，用以执行自毁指令，实施导弹自毁，一般由保险引爆器及各种爆炸器完成。地面无线电指令自毁系统，则由地面测控站与弹上安全无线电指令接收机、天线组成，并通过安全程控器或计算机和自毁爆炸装置实施自毁。所谓“敏感装置”，简单来说就是惯性平台、压力继电器、各种传感器，它们装在需要敏感之部位，测量导弹的飞行位置、速度、程序角与时间等数据，敏感测量到的数据送到弹上安全程控器或计算机，与事先装定的正确值比较。安全程控器或计算机和弹上安全无线电指令接收机，其外表就像是一台电子仪器或弹上计算机的样子。自毁爆炸装置通常是一种直径约10多厘米的圆筒，它是一种聚能定向爆炸器，安装在需要炸毁的部位，如推进剂箱间段、固体发动机的封头以及仪器舱等。固体导弹一般采用柱形和线形爆炸器串联引爆方案，即保险引爆器、柱形爆炸器、线形爆炸器依次引爆，线形爆炸器切开发动机外壳，柱形爆炸器利用高能装药的聚能效应引爆后把发动机炸毁。

我们以最为经典的“萨姆”2型导弹来说明导弹保险机构和自毁装置的工作过程：导弹发射后，导弹的纵向过载使无线电引信的惯性启动器工作，解除导弹的一级保险；如果发生导弹发动机燃烧室压力过大或姿态失稳情况，传感器发出告警信号；如果持续时间超过预定值，自毁装置启动，在低空引爆导弹；如果导弹姿态控制系统纠正错误恢复正常，导弹在飞行8～11秒后，液体发动机工作产生的压力使氧化剂压力信号器触点闭合，解除导弹的二级保险；当导弹距目标525米时，制导站发出指令，导弹解除三级保险，引信处于待发状态；如导弹未与目标遭遇，在导弹发射60秒后，引信发出自毁信号，战斗部爆炸，导弹在空中自毁，以确保安全和防止泄密。“响尾蛇”导弹的引战系统设置了三级保险和遥控解锁，从而具有极高的安全性，保证筒弹在贮存、运输、测试、转装以及其它勤务处理时，战斗部不发生意外爆炸，并保证导弹发射时具有大于300米的安全距离。

发射装置安全系统通常舰载垂直发射装置或车载发射系统的发射安全系统包括：自动喷淋系统、注水系统、通风系统、灭火系统等。其中，自动喷淋系统在弹库中会设有两个独立系统，一个是弹箱喷淋系统，一个是弹库喷淋系统。每个弹箱通过独立的阀门与弹箱喷淋系统相连，当弹箱内的温度超过导弹贮存的允许温度（75℃～80℃）时，在发控系统控制下，冷却水直接喷向导弹战斗部。该系统主要由温度敏感元件（热电偶或温度继电器）、发控系统、电磁阀和淡水压力贮罐等组成。因舰上不允许有高压贮罐，所以压力贮罐压力大约1.5兆帕，系统内温度敏感元件感受发射箱内温度，自动控制喷淋系统起动。当贮存的淡水用完之后，系统接通舰艇防火水管，改用海水冷却。弹库喷淋系统用于防止弹库通道失火，当通道温度超出允许值时，即自动起动喷淋系统或者用手动控制起动。系统中的排水分系绕，排除弹箱和弹库中的积水。弹库内的电气接线箱和电缆等都采用防水密封结构和防爆。注水系统在弹箱或弹库中的导弹意外点火时启动，向发射箱或弹库喷注大量海水淹没发动机降温，注水系统主要由光热传感器、控制器、电磁阀、电动水泵等组成。导弹发射后，通风系统将干燥清洁空气注入压力室，清除和稀释有毒与可燃气体，通风系统主要由控制器、电磁阀和通风机等组成。

导弹故障原因2015年7月“苏利文兄弟”号发生的事故中，爆炸的是“标准”2BlockⅢA舰空导弹。导弹刚从MK41垂直发射系统射出就发生爆炸，碎片四溅，并导致舰艉发生火灾，导致船舰左舷受损，但无人员受伤。舰上的官兵反应及时，迅速扑灭了火灾。负责为美国海军建造和维修舰艇及其系统的NAVSEA公司，已针对这起事件展开调查。从目前看可以肯定的是，导弹发生了故障，从画面碎皮较为细小的情况看，导弹至少启动了弹上自毁装置，成功将导弹破坏为对人员和平台及发射装置危险最小的碎片。那么，究竟导弹发生了什么样的故障导致其启动自毁装置了呢？虽然我们无法得到直接证据来说明故障原因，但从导弹服役情况可以对其作出大致分析。

此次爆炸的“标准”2BlockⅢA导弹是BlockⅢ的改造型，加入了Mk125战斗部，战斗部爆片具有更大的速度，对来袭目标的毁伤能力更大，还加入了Mk45 Mod9目标探测装置，进一步增加了反掠海目标的能力。1992年，BlockⅢA获得批量生产许可，1994年1月首先装备在“维克斯堡”号导弹巡洋舰上。

“标准”2BlockⅢA舰空导弹为了提高射程采用了MK30/70固态火箭+MK12加力器的动力方案，也就是尾部增加了一级火箭助推器，这使其发射起飞过程更加复杂。从美军公布的照片看，导弹在甲板上空不足10米即被引爆成为较小的碎片，在这么短的时间内导弹一是无法抛弃助推器，二是未进入程序转弯，三是从轨迹上看没有姿态失稳后修正弹道的轨迹，因此可以判断导弹故障可能发生在发射箱内或发射出筒瞬间。而这一阶段发生导致自毁的故障的最大可能是发动机压力失常。而造成发动机压力失常很有可能是因为导弹服役时间过长，导致导弹固体燃料发动机中的火药柱断裂或松动，造成燃烧面积扩大，瞬间导致燃烧失控，燃烧室内的压力陡然增大。而这一故障很可能不是导弹本身故障，而是发生在助推器上。

导弹自毁处置由于导弹设计时在级间段或发动机燃烧室内安装有压力传感器，以判断发动机是否点火或压力是否正常。当发动机点火时，燃烧室的压力使压力继电器的触点断开不点火自毁电路，解除不点火信号。如发动机不点火，即燃烧室压力没有建立或不能断开压力继电器触点，则给出“不点火”信号，而如果导弹燃烧失常，导致发动机压力过高，可能造成发动机爆炸，则压力传感器将异常信号送至自毁装置，经过适当延时，导弹在起飞后瞬间自毁爆炸，避免导弹在发射箱中爆炸，破坏发射装置。从美军公布的此次事故照片看，导弹爆炸后较大碎片均落入海中，只有部分小碎片飞溅到船舰左舷。

发射装置处置美国海军方面称，“沙利文兄弟”号的导弹爆炸导致尾部发生火灾。虽然从图片无法看到MK41发射装置是否启动安全处理系统，但从安全处置程序上看，爆炸燃烧碎片很可能进入发射井/箱中，发射装置应该启动喷淋系统，同时启动通风系统，但尚不可能启动注水系统。

总之，应该说这是一次成功的故障和事故处置的案例，而且表明导弹发射安全系统的必要性。