俄羅斯航天業為何事故頻發

文/ 張宇寧 李浩悅

坎坷的2017年

據俄羅斯國家航天公司發布的2017年度總結，總體來說，俄2017年的故障發射率為4.8%，與2016年相比，下降0.2%；與2015年相比，下降2.1%。可以看出，相比2011年～2015年的質量低谷，俄航天發射成功率有一定提高，但相比美國2017年0失敗的完美發射記錄，仍存在較大差距。4月返回地球的“聯盟-MS04”飛船在返回中出現失壓故障，盡管并未造成人員傷亡，但不禁讓人聯想起“聯盟11號”在返回過程中災難性失壓造成3名航天員遇難的悲劇。隨后是2017年7月14日由“聯盟-2.1A/弗雷蓋特”火箭發射的73顆衛星中，至少10個載荷在發射后失聯或進入錯誤軌道，其中包括原計劃將在低軌展開并反射太陽光的“信標”立方星。10月12日，進步-MS07貨運飛船在發射倒計時階段突然中止，經檢查后于14日成功發射，但由于發射推遲，錯過了預定的測試“兩軌快速對接”的發射窗口。11月28日，“聯盟-2.1b/弗雷蓋特”于東方發射場的首次發射因上面級原因不幸失敗，全部載荷于北大西洋上空再入燒毀，造成了巨大經濟損失。時間進入12月，本年度的收官發射——俄整星出口的“安哥拉星”-1同步軌道通信衛星由“天頂”運載火箭搭載“弗雷蓋特”上面級于12月27日送入軌道，當衛星成功與火箭分離，并在地面指令下開始展開太陽能電池板后，突然與地面失去聯系，值得慶幸的是，在失去聯系一天后，俄方恢復了與衛星的聯系，為本年度世界航天發射畫上了一個不算圓滿的句號。

故障和事故原因分析

1.“聯盟-MS04”飛船失壓故障

該故障于2017年4月該飛船從國際空間站返回時發生，并未被立即公布，而是在10月美國宇航局召開的一次會議上被公開，隨后俄方承認了故障的存在。據俄航天國家公司稱，故障原因為在返回過程中返回艙降落傘開傘時的沖擊造成一條焊縫開裂，導致返回艙部分失壓，由于破損很小，且開傘時已進入稠密大氣層，外界氣壓較高，故失壓并未造成損失。俄方稱，該事故是偶發性的，且在發生后俄就進行了針對性改進，在未來的飛行中不會再次出現。作為載人飛船，任何事故都值得引起高度重視，蘇聯/俄羅斯的載人飛船總體安全性較好，自1961年至今僅出現兩次致命事故，造成4名航天員遇難。但近年來，又出現了連續兩次再入出現嚴重姿態錯誤并造成航天員受傷的重大故障。應該說，“聯盟”號系列飛船作為一型自1967年開始首次發射，至今已服役50年的成熟型號，其技術狀態已相對穩定，出現故障和事故的原因更多是出現在生產制造環節，也表明近年來俄羅斯在質量控制方面存在一定的問題。

2. “聯盟-2.1A/弗雷蓋特”火箭載荷在發射后失聯或進入錯誤軌道

2017年7月14日，俄羅斯使用“聯盟-2.1A/弗雷蓋特”火箭從拜科努爾發射場發射包括主載荷“老人星”-V-IK在內的73顆衛星，其中主載荷和大部分次級載荷工作正常，但4個俄羅斯次級載荷在發射后失聯，而Spire Global公司的Lemur-2和Planet公司的一顆Flock 2k衛星進入了錯誤軌道。隨后又得到消息，原計劃被送入600公里軌道面的9顆立方星中有8顆失聯。此外，俄通過眾籌制造的“Mayak”（信標）立方星，原計劃在軌展開大型反射面，成為夜空中除月球外最亮的物體，但入軌后并未被觀測到。由于該衛星并未配備通信設備，因此其故障原因將成為無法解開的謎團。

本次故障具體原因尚未公布，但鑒于大多數載荷均順利入軌，目前俄專家認為火箭和上面級工作正常，是失效衛星自身的原因造成其失聯。

3. “進步”-MS07貨運飛船在發射倒計時階段突然中止

2017年10月12日，計劃于拜科努爾發射場使用“聯盟”-2.1a運載火箭發射，為國際空間站提供補給的“進步”-MS07貨運飛船在發射倒計時階段突然中止，在中止時已進入發射倒計時最后階段，因此發射場派出了大量消防車以避免發生重大事故。隨后的消息表明，火箭本身并無重大技術故障，經檢查后，該飛船于10月14日成功發射并隨后與國際空間站對接。然而，該飛船原計劃測試能在發射后僅3小時就能與國際空間站對接的“兩圈快速對接”軌道，由于發射中止，錯過窗口，不得不采用耗時2天的傳統對接軌道。目前俄飛船與國際空間站對接主要采用耗時6小時的“四圈快速對接”軌道，減少對接耗時可以大幅度降低航天員的體力和飛船物資消耗，對載人飛船有著重要意義。俄原計劃在使用“進步”貨運飛船測試后，在12月發射的“聯盟”-MS07飛船上測試性應用這一技術，但由于本次測試并未進行，出于安全考慮，“聯盟”-MS07飛船最終還是使用了耗時更長的“四圈快速對接”軌道。

4.2017年11月28日，俄羅斯聯盟2-1b/“弗雷蓋特”M型運載火箭在東方航天發射場發射俄流星M2-1極軌氣象衛星時失敗。火箭上面級及其所載帶的19顆衛星因主發動機點火工作指向有誤而掉入了大西洋。

5.“安哥拉星”-1入軌后短時間失聯

▲天頂號火箭起飛

俄整星出口的“安哥拉星”-1同步軌道通信衛星由“天頂”運載火箭搭載“弗雷蓋特”上面級于12月27日送入軌道，該星也是安哥拉的首顆衛星，包括建造、發射和運營在內的整個合同價值3.27億美元。該衛星由能源公司建造，重1550千克，攜帶16個C波段和6個Ku波段轉發器，定點于東經14.5°，設計壽命15年。當衛星成功與火箭分離，并在地面指令下開始展開太陽能電池板后，突然與地面失去聯系。由于全部遙測信號丟失，俄不得不通過光學手段對衛星進行觀測，判斷衛星太陽能電池板已成功展開，且衛星姿態穩定，并未失控。在漫長的等待后，地面終于在28日晚成功與衛星恢復聯系。據俄專家判斷，可能是發射前衛星蓄電池電量未充滿或發射后衛星供電系統出現短路，導致衛星在入軌后電力耗盡，通信設備停止工作與地面失聯。值得慶幸的是，此時衛星已經接收到了展開太陽能電池板的命令，在太陽能電池板為蓄電池成功充電后，衛星恢復正常工作。該故障戲劇性地得以解決，成功地挽回了數億美元的損失，也為2017年航天發射畫上了句號。

▲ 安哥拉星在軌飛行示意圖

俄羅斯航天發射事故頻發的背后

1.質量監管不善，低級錯誤頻發

俄羅斯近年來航天投入上盡管有所增加，組織管理上也有所改善，但生產質量不穩定、質量監管不善仍然困擾著俄羅斯航天業。例如，2010年，質子-M火箭因使用了有錯誤的操作文件，火箭上面級推進劑加注過量1.5噸，導致發射失敗；2011年8月，“聯盟”-U火箭因使用未經充分測試的、帶有缺陷的部件，導致第三級發動機燃氣發生器管道堵塞，造成進步M-12M貨運飛船發射失敗；2013年，質子號火箭由于陀螺儀安裝問題在發射后不久凌空解體爆炸；2017年，“弗雷蓋特”上面級不適應新發射場導致發射失敗。從這些故障實例中不難看出，由于質量監督管理體系存在漏洞，大量“低級”錯誤造成了嚴重的后果。

2.基礎投入不足，生產能力、質量下降

蘇聯解體后，由于冷戰結束，俄羅斯國防訂貨大幅削減，科研生產任務大幅減少，訂貨不足和國家投入大幅削減，導致大批軍工企業瀕臨破產，包括航天工業在內的國防工業基礎遭到破壞。蘇聯解體后，由于對航天工業基礎長期投入不足，設備工藝嚴重老化，目前，俄羅斯航天工業70%以上的工藝裝備已經超過20年；產能落后，產品質量下降，可靠性、穩定性不高。此外，由于電子設備技術和產能均嚴重落后，大量電子設備嚴重依賴進口，也嚴重影響俄航天發展。工業基礎問題已成為制約俄航天發展的重要因素。

3.航天人才青黃不接，骨干專家數量不足

蘇聯解體后，航天行業競爭優勢衰退，待遇不高，導致人才大量流失。航天領域年富力強的高端人才（包括高級技工）從上世紀90年代開始大批流失，年齡結構也日趨老化，人才斷檔。在航天人才梯隊中，年富力強的中間骨干力量銳減。隨著大批蘇聯時代培養的航天專家退出一線，一線人員的素質和工作經驗下降，這也是近年來人因事故頻發的主要原因。★