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俄罗斯“联盟”FG火箭发射事故初步分析

时间:10-16 00:00 阅读:105次 转载来源:战略前沿技术

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来源:俄罗斯卫星通讯社等

转自:国防科技要闻(ID:CDSTIC)

作者:军事科学院军事科学信息研究中心   廖小刚

编者按

 2018年10月11日,携带“联盟”MS-10载人飞船的“联盟”FG火箭从哈萨克斯坦拜科努尔发射场发射执行国际空间站航天员运送任务,火箭起飞约两分钟后发射故障,逃逸发动机启动将“联盟”MS-10载人飞船与火箭分离,随后飞船利用降落伞降落地面,航天员安然无恙,“联盟”FG火箭随后坠毁。这也是“联盟”FG火箭自使用以来的首次发射事故。

▲联盟FG火箭发射时序

1、任务概况

按照预定计划,“联盟”MS10飞船在发射后6个小时飞船与国际空间站的对接,并在轨停留约6个月的时间,计划于2019年4月返回地球。

(1)任务流程

北京时间2018年10月11日16时47分,“联盟”FG火箭从拜科努尔发射场发射,发射后114.16秒,逃逸塔分离;发射后117.8秒,火箭一级分离,此时高度为50千米;发射后123秒,由于火箭监测到出现异常,与整流罩相连的4台RDG固体逃逸发动机两两间隔0.32秒启动,将飞船的轨道舱和返回舱与火箭分离(参见图2,联盟飞船逃逸系统类似我国神舟飞船,此次逃逸类型应为“无塔高空逃逸”);发射后160秒,返回舱与其他部分分离进入自由降落模式再入大气层,随后在任务中心的指导下,航天员启动弹道再入模式,最大重力加速度为6.7g;发射后约7分钟,返回舱以伞降方式降落地面,地点位于在哈萨克斯坦杰兹卡兹甘以东25~30千米(距拜科努尔发射场约400千米)。

▲神舟系列飞船安全措施示意图

(2)救援过程

事故发生后,俄罗斯立即启动紧急救援程序。驻扎在杰兹卡兹甘、拜科努尔和的飞机与地面车辆启动搜索行动,俄罗斯中央军区的快速响应空降兵小组在半小时内空投伞兵到达返回舱降落地点,随后4架“米-8”直升机和一个地面小组也到达降落地点,将出舱的两位航天员送到就近的机场。经过初步医疗检查,二人状况良好,随后通过飞机返回俄罗斯和美国。

▲俄罗斯宇航员Alexey Ovchinin和美国宇航局的宇航员Nick Hague

(3)事故调查

事故发生后,俄罗斯出动24支搜救队搜寻事故残骸。返回舱也被俄罗斯国家航天集团公司和能源火箭公司回收,专家们开始破译数据,计划10月12日提供初步报告。10月11日,“联盟”FG火箭的整流罩在距离杰兹卡兹甘40千米处已经被找到;10月12日,“联盟”FG火箭的助推级、一级、二级火箭和逃逸塔残骸在卡拉干达地区找到,分布在方圆40千米的区域内。俄罗斯已经成立事故调查委员会,预计将于2周内(10月25日)提交事故调查报告。

 由于“联盟”FG同时承担国际空间站的载人和货运任务,因此在事故调查完成之前,俄罗斯已经暂停所有载人航天发射任务。

2、事故原因分析

从火箭发射时序来看,事故发生在火箭助推级与火箭一级刚刚分离时,因此极有可能是分离时出现的问题。据俄新社的报道,根据遥测数据分析,似乎是捆绑的4枚助推级火箭中的一枚火箭未能成功分离,导致其与火箭一级储箱碰撞,导致一级储箱破裂未能成功点火,火箭姿态失去控制。

主要证据如下:在4枚助推火箭与一级分离过程中,助推器会对称地向远方飞去,就像在天空中画出一个巨大的十字——“科罗廖夫十字”(参见图3)。但在此次发射过程中,却出现很多碎片与浓烟,随后的“科罗廖夫十字”也显得支离破碎,似乎有碎片飞出。

▲左为正常情况下的助推器分离——科罗廖夫十字

右为此次发射分离画面

此外,火箭的故障指令一般是根据火箭第一、二级角速度传感器的数据而发出的。当这些传感器检测到一级火箭偏差超过7度或在二级偏差超过10度时,就会生成“avariya”(事故)命令,触发紧急逃生序列。然而,在四个助推器分离时,故障检测系统有6秒钟的暂停,避免因助推级分离时的剧烈晃动导致误判。从发射时序看,助推级与一级分离是发射后的117.8秒,故障指令发出时间是约123秒,刚好是故障检测系统暂停的6秒间隔。因此,从发射时序也可以判断出故障与助推级分离有关。

据最新报道,俄罗斯国家航天集团公司已经将事故调查重点放在助推级分离过程,判断可能与分离机构或助推级的安装件有关。

  3、事故对国际空间站运行造成严重影响

此次事故不仅使困难重重的俄罗斯航天事业“雪上加霜”,极大影响俄罗斯在国际发射市场的形象,更严重的是严重影响国际空间站的安全运行。由于目前承担国际空间站载人运输任务的只有俄罗斯的“联盟”FG火箭/“联盟”MS飞船,波音公司和SpaceX的商用飞船预计不会在2019年中期之前投入使用。因此此次发射故障将非常不利于国际空间站在轨航天员的安全以及国际空间站的日常运行。

首先,国际空间站载人运输任务将暂停。由于事故调查刚刚启动,距离找到问题原因、解决问题和事故归零还需要很长时间,因此国际空间站载人运输任务将不得不面临中止的窘境。俄罗斯国家航天集团公司总经理罗戈津10月12日表示,将于2019年恢复“联盟”FG火箭的发射,但只是预测,能否实现尚未可知。

其次,影响国际空间站的正常运行。根据预定计划,“联盟”MS10飞船除携带两名航天员外,还有62千克货物,其中包括5个装有食品和其他物资的集装箱,其中包括一台3D生物打印机及其生产材料。而在2019年4月返回地球时,还将搭载1名来自阿拉伯联合酋长国的乘员,后者将乘坐“联盟” MS 12抵达空间站进行短暂访问。而此次发射事故将使得上述计划落空。而美俄在轨航天员原定的太空行走也因为此次事故被取消,很多科学实验都将不得不取消或推迟。

更严重的是,目前国际空间站只有1艘“联盟”MS 9飞船,而这艘飞船最晚将于2019年1月返回地球。因此从安全角度考虑,如果在此之前没有新的“联盟”MS飞船抵达国际空间站,目前在轨3名航天员将于2019年1月返回地球,届时国际空间站自2000年10月以来将首次出现没有航天员以及没有飞船值守的局面。出现这种局面后,不仅会极大浪费国际空间站资源,还不利于国际空间站的在轨安全运行。

4、几点看法

一是高度重视载人运输的安全性。首先,火箭/飞船要有可靠的逃逸设计,这可以在发生故障时确保航天员的安全。历史上,俄罗斯/苏联分别于1975年和1983年两次发射事故中利用逃逸系统挽救航天员生命。1975年,“联盟”18A飞船未能与火箭三级分离,随后飞船利用自身发动机与三级分离返回地面;1983年“联盟”T-10a飞船在发射前数秒时火箭发生爆炸,逃逸塔被激活,将返回舱弹射远离爆炸的火箭,最终航天员安全落地,这也是历史上唯一一次使用逃逸塔实现逃生。虽然俄罗斯航天发射多次发生事故,但是拥有可靠的逃逸设计,多名航天员先后从发射事故中安全逃逸。而与之相反,美国“挑战者”号航天飞机由于没有逃逸救生设计,7名航天员在发射事故中全部遇难。

其次,制定好火箭的应急处理程序。此次事故发生后,航天员能在较短时间内成功找到就是因为预先部署了大量的救援人员。俄罗斯在火箭发射轨迹下方共部署16个预置救援地点,确保一旦发生意外可以在最短时间内找到航天员并开展医疗救护。而此次事故后,俄罗斯在半个小时抵达返回舱坠落地点开展救援也充分证明了应急预置程序的重要性。

 二是确保火箭生产的自主可控。由于历史原因,俄罗斯很多类型的火箭零部件都依赖国外进口尤其是乌克兰,“联盟”FG火箭也不例外,乌克兰为该型火箭提供航电系统。在俄罗斯与乌克兰因为克里米亚半岛问题关系严重恶化的情况下,还要依赖对手提供重要零部件这简直是不可想象的。据称,乌克兰最初并不愿意为俄罗斯提供零部件,后来美国NASA不得不通过美国国务院才使乌克兰同意继续为“联盟”FG火箭提供零部件。此次事故虽然可能与乌克兰提供的零部件无关,但是如此重要的火箭却依赖对手提供零部件,这无疑是巨大的安全隐患。为此俄罗斯加快“联盟”2火箭的研制,希望最快于2019年取代“联盟”FG火箭执行载人运输任务,而“联盟”2火箭最大优势就是所有零部件全部国产化,全部由俄罗斯国内生产。

三是要必须拥有多种可靠的载人运输系统系统。目前国际空间站的载人运输系统只有一种,因此一旦出现问题就会导致无火箭可用的困境。而国际空间站货运系统则不同,包括美国的“猎鹰”9火箭/“龙”飞船、“安塔瑞斯”火箭/“天鹅座”飞船,俄罗斯的“联盟”火箭/“进步”飞船,欧洲的ATV和日本的HTV等系统,尽管“猎鹰”9火箭/“龙”飞船和“安塔瑞斯”火箭/“天鹅座”飞船都发生过事故,但因为有其他货运系统提供补充,因此并没有对国际空间站的运行造成严重影响。美国对未来商业航天载人运输系统的规划中,选择了两种载人运输系统——SpaceX公司的载人“龙”飞船和波音公司的“星际客船”,也是考虑到一旦一种系统发生问题,还可以依靠另外一种系统作为补充。

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