安全是民營航天的生命線

2014年10月底，美國發生的兩次航天事故成為了國內外媒體的熱點。事故雖然不會改變美國對載人航天商業化的既定政策，但事故揭示的安全問題對民營航天發展的重要性，對我國剛剛起步的民營航天，也提供了深刻的啟示。

1 “安塔瑞斯”火箭爆炸事故

美國東部時間2014年10月28日18:22，美國軌道科學公司（OSC）發射安塔瑞斯－130（Antares－130）運載火箭，擬將裝有2300kg補給的“天鵝座”(Cygnus)貨運飛船運往“國際空間站”。在火箭點火升空6s后發生了爆炸，箭船同時炸毀。目前，軌道科學公司和美國航空航天局（NASA）正在對事故原因進行深入調查。

“安塔瑞斯”火箭爆炸現場

AJ26發動機

這次發射任務是美國航空航天局“商業軌道運輸服務”（COTS）項目的組成部分。2008年12月，美國航空航天局與軌道科學公司簽訂了價值19億美元的合同，用軌道科學公司制造的“安塔瑞斯”火箭和“天鵝座”飛船，執行8次向“國際空間站”的運貨任務。這次發射是繼2014年1月和7月完成兩次貨運任務后執行的第三次任務。當時，美國航空航天局也與太空探索技術（SpaceX）公司簽訂了價值16億美元的合同，用他們制造的獵鷹－9（Falcon－9）火箭和“龍”（Dragon）飛船 ，執行了12次貨運任務。到目前為止，太空探索技術公司已經完成了4次任務，沒有出現意外。2014年9月，美國航空航天局還與太空探索技術公司和波音公司簽署了68億美元的合同，資助他們研制載人飛船，并在2017年開始執行將航天員送往“國際空間站”的任務。

安塔瑞斯－130是一種兩級固液混合使用的運載火箭，第一級采用兩臺富氧分級燃燒的液氧/煤油火箭發動機AJ26。第二級采用固體火箭發動機卡斯托-30XL。該火箭的近地軌道運載能力為4100kg。這次用的火箭與前兩次的差別在于第二級的固體火箭發動機略有不同。從飛行時序上判斷，這次事故正好處于第一級發動機剛剛點火啟動，而如此強烈的爆炸，極有可能是第一級AJ26發動機出現了故障。AJ26發動機原是蘇聯研制的NK-33液氧/煤油發動機。它曾用在蘇聯N-1登月火箭上，但N-1火箭曾接連發射失敗。20世紀90年代，美國航空噴氣洛克達因公司（Aerojet Rocketdyne）向俄羅斯購買了12臺NK-33發動機，并在略作改造后提供給軌道科學公司使用。2014年5月，有1臺發動機在地面測試時也曾爆炸，原因確定是應力疲勞斷裂。軌道科學公司在初步調查后于2014年11月5日聲明說:“初步證據和分析都指向一個可能與渦輪相關的故障，火箭第一級使用了兩臺AJ26主發動機，其中一個出現與渦輪相關的故障。因此, ‘安塔瑞斯’火箭今后可能會停止使用這種發動機。”

2 太空船－2空中解體事故

美國東部時間2014年10月31日12：20，英國維珍銀河公司的太空船-2（Spaceship-2）由白騎士-2（White Knight-2）搭載，從美國莫哈維航空航天港起飛。50min后，太空船－2與載機分離，但不久，太空船－2飛行出現異常，接著就墜落于莫哈維航空航天港以北40km處。這是太空船－2在最近9個月以來的第一次火箭動力飛行。事故導致副駕駛員死亡，駕駛員重傷。當天，美國國家運輸安全委員會（NTSB）宣布，已組成工作組前往莫哈維調查此次事故。美國聯邦航空局稱也將調查此次事故。該公司原計劃在2015年進行第一次亞軌道商業飛行，由于這次事故將使這次飛行后推。

太空船－2在空中發生事故

太空船－2搭載在白騎士－2上

太空船－2是一種亞軌道航天飛機，翼展8.2m、長18m、高4.6m，載人艙長3.7m，直徑2.3m。它能夠承載2名飛行員和6名乘客。它由載機攜帶至15km高度后在空中發射。在與載機分離后，它的單臺固液混合火箭發動機點火，推動飛機進行超聲速飛行，最高速度能夠達到4000km/h。發動機工作70s后關機，然后依靠慣性可讓飛機飛行至110km高度。在這次飛行中，它首次使用了維珍銀河公司（Virgin Galactic）自己研制的一種采用新的基于聚酰胺燃料的發動機。在以前的試驗飛行中，均使用由美國內華達山脈公司（SNC）研制的以端羥基聚丁二烯為燃料的發動機。

太空船－2的設計方案和此前研制和發射成功的太空船－1類似，但其座艙更為寬敞。寬度達0.5m的舷窗，提供了更好的視野。維珍銀河公司宣布每人每次亞軌道飛行的費用約為25萬美元。目前，世界各地已有700多人預定了船票。

美國國家運輸安全委員會代理主席克里斯托弗·哈特在2日說，對太空船－2事故的初步調查表明，截至事故發生時，太空船－2的燃料箱和發動機均完好無損；但發現飛機的再入大氣層的羽狀減速系統出了問題。這個系統應在上升段飛行速度達到Ma1.4時解鎖，但現在提早到Ma1.0就解鎖了，從而由于承受較大的氣動載荷導致飛機解體，但要正式確定事故的原因，尚需時日。

3 吸取教訓繼續前行

由于這兩起事故原定的任務不同，因此產生的影響也各不相同。“安塔瑞斯”的發射任務是為“國際空間站”運貨，而太空船－2則是為開拓太空旅游業務而進行的飛行試驗。

這次“安塔瑞斯”事故在短期內會對美國載人航天的商業化產生一定的影響，但遠比美國航天飛機的兩次事故的影響要小，其主要的損失將由保險公司來承擔。事故可能會影響軌道科學公司執行美國航空航天局的“商業軌道運輸服務”任務的進度；但軌道科學公司表示，最近的兩次任務將使用其他火箭來發射。這次事故也將會激發美國航天界努力去改變美國在液氧/煤油火箭發動機方面目前依靠俄羅斯技術的現狀。總之，這次事故將不會改變美國既定的載人航天商業化的政策。美國航空航天局載人航天部副主任威廉·杰爾斯坦梅爾對這次事故表態說：“軌道科學公司在今年的前兩次任中，已經展示了非凡的能力。我們知道他們可以復制這樣的成功。發射火箭是一個極其困難的任務，我們從每次成功和挫折中都會吸取教訓。今天的發射，不會阻撓我們擴大從美國海岸到‘國際空間站’已經取得成功的運貨能力。”

這次太空船－2事故對太空旅游將會產生較大影響，英國的《金融時報》甚至發表文章，對太空船－2的前景提出質疑，建議這家公司應該改變方向，從事發射衛星和空間探測器的任務。但從事后的反應來看，事故只可能會延遲這家公司投入商業運行的時間。目前雖有20多人退票，但多數人仍然信任這家公司，這與維珍銀河公司老板布蘭森出色的危機公關能力有關。在事故發生后的第二天，他在事故現場發誓要繼續前行,但確保安全是關鍵。他說：“維珍銀河公司的工程師了解其中的風險,我們不會盲目推進。對這場悲劇影響到的人來說，盲目推進就是一種侮辱。我們要從錯誤中學習,探索如何提高安全性和性能,然后才能再一起向前。”布蘭森還再次表示，2015年帶自己的兒子和3名乘客一起上太空。由此可見，這次事故將不會改變發展私人太空旅游的大趨勢。除了維珍銀河公司外，美國的XCOR公司研制的“山貓”亞軌道飛機也即將試飛。

這兩次事故有一個共同的教訓，就是民營航天企業必須高度重視飛行器的可靠性和安全性，安全是民營航天的生命線。特別是對于太空船－2，這種由載機發射載人軌道飛機的創新方案，由于技術成熟度較低，風險遠大于火箭和軌道飛行器，其軟肋必然是它的安全性。維珍銀河公司的CEO懷特·霍恩曾半開玩笑地說，“我們在這場競爭中沒有對手，除了安全。”設計師魯坦也曾對媒體說：“如果有人告訴你新型太空船的安全水平可與現代客機相媲美，千萬不要相信這些人的鬼話。”太空船－2要求多次重復使用，對材料的抗疲勞性和元器件耐久性提出了苛刻的要求。眾所周知，只要提高對系統可靠性的要求，其成本就會以指數上升，因此，必須在創新與安全之間找到平衡點。有專家建議，為了提高安全性，太空船－2必須遵守“一次故障正常、二次故障安全”的安全準則。

美國航空航天局航天員焦立中對美國有線電視新聞網（CNN）說:“毫無疑問,會引起批評，責問為什么我們要委托商業公司來運送貨物和未來的人員交換。答案很簡單:這是技術和商業化的合乎邏輯的革新。飛機和商業航空運輸的發展，也遵循過同樣的發展路徑。事故是痛苦的,但它只是航天商業化路上的一個小小障礙而已。”

在11月3日出版的一期美國《航空周刊與航天技術》中，刊發了主編喬·安塞姆的評論《怎樣思考安塔瑞斯火箭事故》。我們引用這篇文章的最后一段作為本文的結束語：“今天，航天十分艱難。今天，它十分昂貴。今天，它的風險仍然很高。但它不會永遠如此。我們必須抵制航天的艱難、昂貴和危險是固有的這種想法。航空曾經也是如此，今天,航空卻十分有效和十分安全。如果我們接受,航天可以改善和需要努力工作、投資和實驗后，才能實現這個目標，則航天也可達到這一步。我們必須承認,真正的進步總是伴隨著失敗。沒有失敗就沒有進步。”

所以，我們必須進步。航天要走向更低風險和更便宜，就需要這樣的新途徑：由商業航天公司去開拓，而政府能做的事，就是投資航天技術的研究和開發。