火箭发射失败原因五花八门

文/ 松堂

自从人类发明运载火箭并正式投入使用，发射记录表上成功的多、失败的少。但这少数失败却触目惊心，特别是一些重要型号的发射失败甚至影响了历史走向。导致火箭发射失败的原因是多方面的，从历史上失败的案例分析，管理状况、气候条件、设计问题、材料使用等因素都会对火箭发射的成功与否产生重大影响。我们从历史上选出一些案例，希望有助于读者理解火箭这种工业产品的重要特性。

▲ 格洛纳斯卫星

▲ 质子M 火箭

人的影响

火箭发射时，需要大量人员参与工作。这时候发射流程的设计，人员的管理和工作态度在很大程度上影响着发射的成功与否，发射中任何一个环节出现疏漏都可能导致任务失败。

燃料加太多了也不行

2010 年12 月5 日，俄罗斯国家航天集团公司在拜科努尔航天中心为质子-M 火箭的发射作准备。这是升级版的新火箭，准备把3 颗格洛纳斯导航卫星送入太空。

加注燃料的技术人员并没有被告知，这个版本的火箭燃料储箱比以前的质子火箭更大，于是一连串灾难开始了。他们依然使用过时的程序，给上面级加满液氧——整整1.5 吨。

这个错误是致命的。当上面级试图把卫星送入轨道时，因为自己的重量太大而无法完成任务。上面级带着3 颗卫星脱离航道，坠入太平洋。

这个教训不仅告诉人们，加注燃料的时候要看说明书，而且火箭技术升级的过程要引起高度重视。改进硬件当然是非常重要的，但要注意相应修改整个发射准备流程。

▲ 东方港航天发射场的发射塔架

▲ 东方航天港发射场和拜科努尔发射场的位置关系

软件没更新的后果

东方港航天发射场本应是俄罗斯皇冠上的新明珠，成为21 世纪俄罗斯航天活动的重要中心。然而，它陷入了财务丑闻和腐败的泥潭。因此，俄罗斯需要在这里举行一次成功的发射来挽回声誉。2017 年11 月27 日，东方港实施了第二次发射。

这次发射的主要有效载荷是一颗叫做Meteor-M2-1 的气象卫星。然而，当火箭把卫星和上面级送入轨道，一起滑行的时候，卫星信号消失了。

卫星并没有向更高的轨道飞行，而是正在坠落。按照设计，“微风”上面级要在点火前取得正确的姿态。这取决于上面级是不是能够正确测定自己的高度和姿态。为了实现这个目的，“微风”采用了GPS 和格洛纳斯卫星信号。

然而，编制软件的程序员却没有更新软件，还是按照从拜科努尔发射场发射来设定的，结果上面级和卫星一起掉进了大西洋。

气候的影响

气候对航天发射的影响也是非常大的。我们经常可以看到各种因为天气影响推迟发射的报道。除了需要关注发射窗口期的天气状况，整个发射场周围的空气状况、环境温度也是需要考虑的问题，不然也有可能引发严重的事故。

被盐雾腐蚀的“猎鹰1 号”

夸贾林环礁位于夏威夷西南2500 英里处的太平洋中部。美国空军有时会从加利福尼亚州发射一枚洲际导弹，坠落到这个环礁里，以此来测试导弹性能。但是这样的试验并不经常进行，所以，美国太空探索技术公司就在这里租用了一块平地来测试自己的火箭。

2006 年3 月，马斯克创立太空探索技术公司4 年后，公司技术人员准备发射一枚猎鹰1 号火箭。 在发射前几周的测试中，火箭一直矗立在发射台上，暴露在充满盐雾的空气中。3 月26 日，“猎鹰1 号”准备携带着美国空军学院的有效载荷飞向太空。

但是当准备点火前两秒，推进剂阀门打开时，一个铝制螺母忽然脱落，导致燃料泄出。火箭点火升空34 秒后，泄露的燃料起火烧穿了一条气动管线，导致发动机熄火。随后的分析显示，盐雾腐蚀了铝合金，削弱了螺母的强度，使其在发射压力下失效，进而导致发射失败。

▲ 竖立在发射台上的“猎鹰1 号”

▲ 太平洋上的夸贾林环礁

被冻坏的挑战者号

1986 年1 月27 日， 航 天飞机固体火箭发动机项目主管艾伦·麦克唐纳的面前放着一张纸，上面说挑战者号航天飞机可以在第二天早上安全发射，但他没有签字。

他的犹豫与温度有关。他向美国宇航局建议，当温度低于53华氏度时，不应发射航天飞机。当地的天气预报显示气温为25华氏度，固体助推器能承受的最低气温是50 华氏度，所以他没有签字。

麦克唐纳主要担心O 型环，它布置在环绕固体助推器壳体的位置上，以密封里面的气体。麦克唐纳预测，由于低温，密封圈可能在发射过程中失效，可能导致航天飞机在发射台上爆炸。

但是，美国宇航局无视他的警告，还是打算让挑战者号起飞，发射时温度是华氏36 度，眼尖的观测者看到密封圈的裂口泄漏出烟雾，O 型环失效了。但烟雾很快又消失了，这是因为固体燃料的添加剂里有铝。燃烧产生的氧化铝填充到橡胶失效形成的空洞里，暂时封住缺口。

然而这只是暂时的。挑战者号升空后，强风不断冲击着它。飞行了大约一分钟后，风切变撕裂了O 型环上的破洞，火焰从固体火箭助推器中喷涌而出，加速扩散。强大的空气动力把航天飞机的燃料储箱和轨道器完全撕裂。包括麦克唐纳在内的目击者惊恐地后退着。解体后的固体火箭并没有熄火，它在空中一边旋转一边喷射，展示出一幅可怕的场景。

航天飞机上的7 名航天员全部死亡。挑战者号灾难的教训是显而易见的，也是痛苦的。像发射载具这样的高精度设备是经过精心优化的，只能在特定的环境和条件下工作。不能满足这些条件，就要推迟发射。

▲ 点火升空的挑战者号航天飞机

▲ 挑战者号航天飞机在升空过程中爆炸

▲ 俄罗斯发射两颗Kanopus-ST 遥感卫星

▲ Kanopus-ST 卫星

设计缺陷的影响

火箭的设计肯定是保障火箭发射成功的重中之重，在构成火箭的成千上万个零部件中，任何一个微小的细节没有考虑到，都有可能引发严重的后果。

不肯松开的夹子

2015 年12 月5 日，俄罗斯发射了两颗叫做Kanopus-ST 的卫星。据说这是一对气象卫星，但是西方研究者认为它们分别携带了微波辐射计和高分辨率相机，是两颗侦察卫星。发射过程看起来一切顺利，但是第二颗卫星和火箭分离时却出了问题。

一共有4 个夹子把卫星固定在“伏尔加”上面级上。其中只有3 个打开了，还有一个却纹丝不动。工程师们束手无策，因为没有紧急分离的设置。塔斯社援引俄罗斯军方消息人士的话称：“技术开发人员没有设想在电驱动活塞机构无法解锁的情况下使用的紧急算法。”

卫星和上面级围绕着地球旋转了好几天，最终落回大气层燃烧，烧焦的碎片落入了大西洋。

脑血栓的上面级

有时一个小小的设计缺陷会带来很大的麻烦。

2014 年8 月22 日的一次发射就是这样。欧洲版联盟火箭从法属圭亚那发射两颗伽利略导航卫星，火箭起飞后飞行正常，直到“微风”上面级出现问题。火箭第四级即“微风”上面级使用肼燃料，而肼在华氏35 度就会结冰。考虑“微风”要在低温下飞行，因此必须采取措施来为肼储箱保温。

但“微风”内部有着危险的设计。有两条管路部署在同一个支护结构上，一条用来输送肼，一条用来输送低温氦。氦管路降低了支护结构的温度，同样也降低了肼管道的温度，里面的肼冻结了。就像血栓一样，冻结的肼阻断了流动，上面级失去了推力，导致两颗功能正常的卫星进入了错误轨道。

▲ 联盟火箭从法属圭亚那的库鲁航天中心发射升空

▲ 微风上面级将卫星释放到太空

省钱省出大问题

航天发射耗资巨大，但是能够用于航天发射的资金总是有限的。当前国际航天发射市场竞争激烈，降低火箭的发射成本也是运载火箭的开发和经营者们需要考虑的大问题。由此，因为省钱而产生的问题也就发生了。

▲ 猎鹰9 火箭发射升空后爆炸

▲ 阿尔坎塔拉航天基地1997 年航拍图

便宜钢材没好货

2015 年6 月28 日发射，美国太空探索技术公司准备用猎鹰9 火箭发射一艘货运飞船前往国际空间站，还搭载了一台叫做国际对接适配器的气闸舱。

火箭起飞后140 秒时，数据流提醒任务控制中心，出问题了。当时第二级火箭没有按计划点火，而且液氧压力骤降。观察家说，火箭升空时，发射台上冒出一股白色蒸汽，笼罩着火箭，这是另一个可怕的迹象。10 秒钟之后，火箭爆炸解体，掉进了海里。

液体火箭发动机需要一定的设备，来把燃料和氧化剂送进燃烧室。在猎鹰9 上，采用高压氦气来实现这个过程。在起飞时，这部分氦气被存储在高压储箱里。

▲ 2015 年6 月28 日猎鹰9 火箭点火发射

但是在发射过程中，固定液氦储箱的两个支杆中，有一个发生了断裂，脱落的储箱砸在了下面的设备上。太空探索技术公司说：“这在不到一秒钟的时间内造成了第二级内部的高压事件，该级已无法保持其结构完整性。”。

根据后续调查，原因是太空探索技术公司为了降低成本，用了普通工业钢材来制造储箱支撑结构。在液氦的低温下，钢材迅速冷脆，导致了失败。

▲ 巴西VLS-1 火箭竖立在发射台上

阿尔坎塔拉镇发射场爆炸事故

2003 年，巴西热切地希望自己能成为下一个航天国家。巴西的自然条件得天独厚，赤道从它北部穿过，这对航天发射场的选址来说几乎是完美的，可以最大程度利用地球自转来赋予火箭初始速度。但就在预定发射日期前3 天，阿尔坎塔拉镇发射场发生了一次大爆炸。

一股高高的黑烟柱从固体燃料火箭VLS-1所在的地方升起，火箭爆炸了。事故造成21 人死亡，多人受伤。

美联社称，随后的调查揭露了“该死的”事实。报告列举了几种隐患，任何一种都可能造成灾难。挥发性气体聚集的时候，传感器居然失灵了。火箭受到电磁干扰，不知道哪里发生的放电现象，点燃了火箭四个固体燃料助推器中的一个，导致了灾难。但是，报告更加关注的是这个发射场松懈的管理模式。

报告指出：“我们注意到了风险管理层的缺乏。发射场的工人身形瘦削、工作过度”。而那一年巴西政府用于航天计划的预算不超过2000万美元，而同年印度的航天预算都达到了3 亿美元之多。

阿尔坎塔拉事故的教训很明显：在航天发射活动中，省钱必须排在安全性的后面，虽然完备的保障措施需要投入更多人力，而且不便宜，但它们是必要的。

火箭本身也有类似的问题。固体火箭助推器可能更容易使用，但也更危险。一旦固体火箭发动机点火，就不能关闭甚至降低推力。因此，如果一定要使用固体火箭，最好增加一些额外的保护措施。