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灰色的9月1日:航天火箭爆炸引关注

时间:2016年09月07日 信息来源:中国青年报 点击: 【字体:

9月1日,据美国宇航局(NASA)消息,美国私人航天企业太空探索技术公司SpaceX在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地测试无人火箭时发生爆炸,目前没有人员伤亡报告。事发发射台紧邻美国宇航局肯尼迪航天中心,通常用于SpaceX公司发射猎鹰火箭。视觉中国供图


9月的第一天,对人类的航天事业而言,注定是灰色的一天。互联网上先后传出两则航天发射失利的消息,其中一条很快得到美国官方的证实:火箭爆炸了。


根据9月1日晚间美国宇航局(NASA)消息,美国私营航天公司太空探索技术公司(SpaceX)“猎鹰9号”火箭,在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地测试时发生爆炸,其装载的以色列SCC公司的Amos-6通信卫星同时被炸毁。


这并非人类航天发射史上第一次失利,却十分罕见地流出了发射失败的爆炸视频,经互联网传播后引发一股不小的旋风,“冲击”“震撼”“揪心”,让航天发射这个原本有一定门槛的高冷事件,再次走入大众视线。而这次发射失利所牵扯到的SpaceX及其掌舵人埃隆·马斯克,Facebook及其创始人扎克伯格等备受关注的科技企业、明星企业家,也给这场舆论热议上足了料。


有可能是“低级错误”导致的发射失败


好在,这次事故中没有人员伤亡。爆炸发生后,人们最关心的问题莫过于“为什么会爆炸”。


事实上,SpaceX也在第一时间给出了造成此次爆炸事故的初步原因——在推进剂填充操作时发生的问题。埃隆·马斯克在社交网站上发文称,“‘猎鹰9号’是在推进剂填充操作时发生的事故。起因应该是火箭上面级的氧气罐出现了故障,但具体原因仍不清楚。我们会尽快查明原因。”


在接受中国青年报·中青在线记者采访时,中国航天科技集团五院研究员庞之浩说,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。本次“猎鹰9号”的爆炸是在火箭加注燃料时发生的,这在火箭故障中不多见,可能是源于“低级错误”,属于动力系统或控制系统故障。


庞之浩推测,有以下几种可能:其一是氧箱压力过大。他说,这次火箭爆炸是从火箭二级氧箱加注燃料时开始出现异常。去年6月“猎鹰9号”发射时爆炸,是因为二级氧箱氦气瓶支架强度不够,折断后氦气泄漏,氧箱压力过大,氧箱撕裂,导致爆炸。这次爆炸有可能是重蹈覆辙。


其二则很可能是因为低层次错误,即程序控制出现了错误。庞之浩推测,本应该启动测试一级,结果启动了二级程序,二级点火了,但整个系统处于非起飞的系留牵制状态,飞不走就只能爆炸,再引发一级爆炸。他说,任何误操作和程序混乱都可能导致二级点火。


第三种可能即是生产过程中带来的缺陷。庞之浩认为,运载火箭在生产过程中,如果质量控制不严,会致使产品内部存在缺陷,如暗伤、多余物等,这些缺陷对火箭来说都是致命问题。比如,欧洲“阿里安”火箭,就曾因发动机有多余物而导致发射时爆炸。


在庞之浩看来,这很可能也是“猎鹰9号”发射故障的原因。例如,火箭支臂上的燃料输送管破裂导致燃料溢出,加上支臂或箭上燃料接口电气设备点燃的可能性较大。外部爆燃击穿二级燃料箱,引爆后破坏一级引爆,同时整流罩与卫星落地引爆胼燃料。


第四种可能是元器件质量不稳定。曾经,俄罗斯火箭在加注燃料时,因传感器故障燃料加注多了,从而导致发射时爆炸。“猎鹰9号”出现故障也可能是这方面的原因——SpaceX公司为了降低成本,采用低成本采购,用便宜许多的工业级元器件替代成本高昂的宇航级元器件。


当然,也不排除发射流程存在问题的可能。庞之浩说,SpaceX公司的发射操作原则是显著地减少操作人员以及在发射场消耗的时间,目的是在发射“猎鹰9号”火箭时操作既简单又高效,并具有较高的成本效率。其标称的发射操作时间为16天(从火箭运抵发射场开始)。然而,过于简化流程,降低成本,势必增加风险。


庞之浩表示,此次爆炸给商业航天公司一个教训,即应在低成本和高可靠性之间寻找更好的平衡点,最好留有一定的富余,加有一定保险。


探索太空有风险,多次成功也不能表明次次成功


这次爆炸事件中,火箭上所搭载的AMOS-6卫星,恰好是Facebook互联网工程的重要组成部分。按照Facebook创始人扎克伯格此前在社交网站上的说法,他原本想利用卫星的服务,为撒哈拉沙漠地区的非洲人民提供无线网络连接,这也是他世界无线网计划中的重要一环。


发生爆炸时,扎克伯格正在非洲,他对火箭爆炸并损坏卫星的消息“深感失望”。


然而,航天发射的成功或失败,却不以这位互联网大佬的个人情绪而转移。翻阅人类太空探索史,很容易就能发现,失败这个字眼尽管并不让人喜欢,但确实真实地存在着,而且其比例还不小。


即便是美国,这样成熟的、先进的航天强家,失败同样不可避免。美国阿波罗计划曾发生两次灾难性事故,一次是阿波罗一号飞船在地面训练时,舱内的纯氧产生剧烈燃烧,航天员遇难;另一次是阿波罗13号飞船的氧气罐由于搅拌发生爆炸,导致整个任务失败。


“探索太空是需要付出一定代价的,多次成功也不能表明次次成功。”庞之浩接受中国青年报·中青在线记者采访时说,几乎所有发射运载火箭的国家都有过失败的教训。面对火箭发射失利时,应该保持理性的态度,毕竟,航天是一个高风险的事业,尽管航天人会尽最大努力将风险降到最低,但仍不能排除事故发生的可能,因此,当意外发生时,他还希望大家能够理解。


从另一个角度来看,有时,失败的确是成功之母。以探月为例,截至2014年,世界上共进行了129次月球探测活动,其成功率仅有51%。但几乎没有人会认为,那49%的失败尝试都是没有意义的。


一个真实的故事流传颇广:美国没能把阿波罗13号送上月球,3位宇航员在太空中经历了缺少电力、饮用水等问题,但仍然成功返回了地球,还被美国人称之为“辉煌的失败”。毕竟,这正是科学路上必须积累的教训。


中国火箭发射的成功率比美俄都要高?


当然,每每发生火箭失利事件之后,总能听到这样一种声音,即为何美俄的航天失利消息较多,中国的只要一发射就能成功,真是这样吗?


这并非是一种错觉。刚刚过去的“十二五”,我国专门致力于火箭和卫星研制的中央企业——中国航天科技集团公司,共成功发射了86箭138星,发射成功率达97.7%,创造了世界最高航天发射成功率。其中,去年共发射19箭45星,全部成功。


不过,就此推论说中国火箭发射的成功率比美俄都要高,则有失偏颇。


按照庞之浩的说法,对比国内外航天发射时,除了要看成功率的高低,还要参考发射的次数,这是因为发射的总次数越多,其成功率低的可能性越大。公开资料显示,美国和俄罗斯(苏联)进行的发射远远多于其他国家,都达到了千次以上,而中国的火箭发射仅有200多次。近几年,我国的发射越来越频繁,发射次数已经排在世界第三位。


当然,随着技术的发展,航天发射的成功率是可以提高的。比如说减少火箭的级数,庞之浩说,如果两级火箭可以把东西推上去,就没必要用三级火箭,毕竟后者多了一次“级与级”之间的分离,风险相对大一些。


我国即将进行第一次飞行试验的长征五号运载火箭,就是采用这种设计理念,比传统火箭普遍少一级的一级半或二级半构型,以提高可靠性。


更为重要的是,庞之浩说,我国航天界所采用的“归零”传统,即在生产制造、工艺流程、元器件的筛选,甚至是人员挑选上,都有堪称过硬的管理质量。这在很大程度上保证了近些年来我国航天发射的高成功率。


说到底,航天器是一个庞大且复杂的系统,尤其是其中的运载器即火箭系统,涉及的动力系统十分复杂,发动机所产生的推力、噪声和震动之巨大、难控,都需要在发射前做大量的试验。庞之浩说,“谁也无法保证自己的火箭是百分之百万无一失的。”


(作者:邱晨辉 任思远)
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