美國“安塔瑞斯”火箭發射失利商業航天活動首次受挫

郭筱曦 張蕊（北京空間科技信息研究所）

美國東部時間2014年10月28日18：22，執行第三次“商業補給服務”（CRS）合同任務（Orb－3）的安塔瑞斯－130（Antares－130）火箭發射，但火箭在升空6 s后發生爆炸，火箭落回發射臺時又引起了二次爆炸，火箭及其搭載的“天鵝座”（Cygnus）飛船隨即損毀。這既是“安塔瑞斯”火箭首次夜間發射，也是其首次發射失敗，同時是“天鵝座”任務的首次失敗。

1 運載火箭概況

美國軌道科學公司（OSC）“安塔瑞斯”系列火箭屬于固液混合型中型運載火箭，有兩級型（110型、120型、130型）和三級型（121型、122型、131型、132型）兩類共7種構型，近地軌道運載能力4.6～6t。所有構型都以基本型為基礎，即采用2臺AJ26液氧/煤油發動機作為第一級、標準3.945m整流罩、通用電氣、機械設備、反作用控制系統及飛行儀器。第二級采用由阿連特技術系統公司（ATK）建造的固體燃料火箭發動機，可選用卡斯托－30A、30B或30XL（Castor－30A、30B或30XL）型號（發動機參數見本刊2014年第6期），對應的型號分別為安塔瑞斯－110、120和130火箭，相應運力分別為4.6t、4.75t和5.1t。其中，安塔瑞斯－110和120火箭先后于2013年4月21日和2014年1月9日成功首飛。

為提高火箭的近地軌道運載能力，安塔瑞斯－130火箭第二級采用卡斯托－30XL發動機，為容納該發動機增加的長度，火箭使用了1.86m的整流罩支架。支架的應用使該型號與標準型的整流罩動靜態包絡線相同。安塔瑞斯－130火箭高42.5m，發射質量達296t。

“安塔瑞斯”系列火箭各構型配置

火箭第一級參數

“安塔瑞斯”火箭整箭參數

2 事故情況與原因調查

發射前倒計時操作非常順利，火箭和飛船一切正常。發射前2h，團隊開始推進劑加注操作。在倒計時的過程中，發射團隊完成了一系列運載火箭和地面系統的檢查，都得到標稱結果。美國東部時間2014年10月28日18：22：38，火箭第一級發動機點火。計算機確認發動機點火良好，火箭被準許起飛。一升空，2臺發動機就達到額定性能的108%，初始推重比很高。

升空后，運載火箭尾段就出現煙霧和火焰，僅數秒后爆炸，形成巨大的火球，隨后開始落回地面。火箭墜落到美國弗吉尼亞州中大西洋地區航天發射中心（MARS）0A發射臺的設施上，第一級的液體推進劑迅速引燃了上面級的固體燃料，燃燒持續了數分鐘。

事故發生后，軌道科學公司執行副總裁弗蘭克·庫爾伯特森暫任事故調查負責人。次日一早，工作人員對瓦勒普斯的發射設施和周邊區域進行了航空勘測。很快，一隊來自美國航空航天局（NASA）、美國弗吉尼亞州中大西洋地區航天發射中心和軌道科學公司的代表進入發射場，進行發射綜合設施和相關設施的初步評估。同一天，軌道科學公司組建常設的事故調查委員會（AIB），包括公司管理人員及來自NASA和國家運輸安全委員會（NTSB）的代表，聯邦航空管理局也將對整個過程進行監督。同時任命公司先進項目組副總裁兼總工程師戴夫·斯蒂夫為事故調查委員會常務主席，他是一位經驗豐富的工程師，精通運載火箭工程和運營。

軌道科學公司11月5日稱，當前調查重點集中于第一級的2臺AJ26發動機。已有證據強有力地表明，其中一臺發動機的渦輪泵在點火15s后失效，被認為是火箭爆炸的主因。公司董事長兼首席執行官戴維·湯普森說：“此時此刻，我們認為故障可能源于渦輪泵機械裝置或直接受其影響，但確認此事還需進一步分析。”

軌道科學公司采用AJ26發動機的事實本就飽受詬病。該發動機前身是NK－33，為40多年前蘇聯命途多舛的N－1登月火箭建造，從1969年2月－1972年11月，N－1火箭先后4次發射無一成功。20世紀90年代中期，美國噴氣發動機公司（現噴氣發動機-洛克達因公司，Aerojet Rocketdyne）和軌道科學公司以每臺110萬美元的成本從俄羅斯采購了36臺NK－33發動機，添加了現代化電子設備和其他性能優化，并更名為AJ26。2014年5月，一臺指定專用于2015年發射的AJ26發動機在NASA斯坦尼斯航天中心的試驗臺上爆炸。這2次事故之間是否有關聯，或是否代表系統性缺陷，尚待分曉。

3 事故對后續發射的影響

事故造成的直接財產損失不大

所幸的是這次爆炸事故并未造成人員傷亡。

0A發射臺是唯一有資格發射“安塔瑞斯”火箭的發射臺，對現場的整體調查結果指出，地面系統受到的損失相當嚴重，但發射綜合基礎設施的主要部分沒有受到嚴重損壞，盡管仍需一定維修。

事故現場照片

瓦勒普斯環境工作組也在對現場進行評估。初步觀察結果是發射失敗的環境影響大部分存在于瓦勒普斯島南部三分之一緊鄰發射臺的區域之內，海岸警衛隊和弗吉尼亞海洋資源委員會報告未監測到任何明顯的水污染跡象。此外，初步評估還未顯示對魚類和野生動植物資源有任何明顯影響。

隨火箭爆炸而損毀的貨物包括飛船所載食物、乘組設備、“國際空間站”硬件、艙外活動和計算機設備等。同時損毀的還有行星實驗室公司（Planet Labs）的26顆小衛星和行星資源公司（Planetary Resource）的優先技術驗證器攔截者－3（Arkyd－3）小衛星。

NASA“國際空間站”項目經理稱，損失的貨物都不是絕對重要的。因攜帶了超過900kg的科學貨物，此次事故對“國際空間站”運行的短期影響限于站上正在進行的研究活動。站上食物還可維持數月，2014年10月29日發射的俄羅斯進步 M－25M貨運飛船已為空間站送去補給。

對美國載人航天商業化影響有限，軌道科學公司受創嚴重

總裝中的“天鵝座”貨運飛船

NASA在事故發生之后發布的官方聲明已明確表示，此次火箭發射失利不會影響其后續商業貨運任務推進。NASA致力于扭轉或至少改善自2011年航天飛機退役之后存在的借助他國航天器進入太空進行“國際空間站”貨物補給和乘員輪換的局面。近年來，NASA推行商業航天的意志愈加堅決，涉及領域從近地空間拓展到深空。有理由相信，不論是NASA還是商業公司，都已從這種新型公私合作關系中廣泛受益。受火箭爆炸事故影響最大的莫過于軌道科學公司本身在美國載人航天商業化進程中的作用和地位。

2014年9月，NASA剛宣布面向私人企業為“國際空間站”下一輪貨運任務征詢方案，且不僅限于首輪獲選的太空探索技術公司（SpaceX）和軌道科學公司。軌道科學公司在這一輪貨運合同中唯一的競爭對手—太空探索技術公司迄今為止的表現非常出色，于2012年5月完成“龍”貨運飛船的首次驗證飛行，其后分別于2012年10月、2013年3月、2014年4月和9月、2015年1月發射5次合同補給任務，均獲完全成功。此外，NASA已于2014年9月敲定由太空探索技術公司的載人“龍”飛船和波音公司的乘員空間運輸－100（CST－100）飛船共同為其執行未來的“國際空間站”載人運輸任務。如果一切按計劃進行，首次載人驗證飛行任務將于2017年進行。

據報道，事故發生當天，軌道科學公司市值已下跌2.6億美元。

繼續履行NASA貨運發射合同，加速發動機更新換代

2014年11月5日，軌道科學公司宣布了根據NASA“商業補給服務”計劃繼續履行合同，承諾及加速更新“安塔瑞斯”火箭主推進系統的全面計劃。在事故根本原因調查清楚并解決之前，“安塔瑞斯”火箭不會再發射。軌道科學公司本打算在2017年更換“安塔瑞斯”火箭上的AJ26發動機，現在計劃提前；本應再進行5次發射運送包含在合同中的其余貨物，現在將設法僅用4次發射完成，進度相當緊張。

2014年12月，軌道科學公司與聯合發射聯盟公司簽訂合同，將在2015年第4季度用宇宙神－5火箭從卡納維拉爾角發射下一次“天鵝座”飛船貨運任務（Orb－4），如有需要將在2016年購買第2枚火箭。宇宙神－5火箭能讓“天鵝座”飛船多運35%貨物。與此同時，加速“安塔瑞斯”火箭主推進系統升級工作，已確認購買60臺同樣由俄羅斯制造的RD181發動機用以替換AJ26發動機，首批新發動機預計于2015年中運抵“安塔瑞斯”裝配工廠，開始火箭總裝和測試，并在2016年第1、第2和第4季度用升級后的“安塔瑞斯”火箭發射余下3次“天鵝座”飛船貨運任務（Orb－5、6、7）。

人們必須接受的是，航天事業向來充滿艱辛，災難總會發生。人們以為阿波羅－1（Apollo-1）不會爆炸起火，但還沒發射就令全體乘員喪命；阿波羅－13出現多系統故障的幾率只有十億分之一，但它還是發生了；“挑戰者”（Challenger）和“哥倫比亞”航天飛機失事的畫面也猶在眼前。“安塔瑞斯”火箭爆炸后僅3天，商業載人亞軌道飛行器太空船－2（SpaceShip Two）在美國加州墜毀，機上2名飛行員一死一傷。從載人航天活動開展以來直至今日，全世界已有18名航天員在載人軌道飛行任務中遇難，2人死于亞軌道飛行試驗，11名航天員在訓練和演習中殉職。

但正如NASA在官方聲明中所說，我們從每次成功和挫敗中不斷學習，今天的失利不會阻擋我們繼續向前的腳步。90多年前，現代火箭技術之父羅伯特·戈達德預言人類可以到達月球時，所有人都在嘲笑他。彼時，戈達德回應：“很難說有什么辦不到的事情，因為昨天的夢想，可以是今天的希望，而且還可以成為明天的現實。”現在，這句話被刻在以他名字命名的NASA戈達德航天中心的一塊紀念碑上，永恒不朽。

以太空探索為畢生事業的人不會獨行，即使失敗，也會有更多的人站在巨人的肩膀上繼續前進。