火箭發射失敗原因五花八門

文/ 松堂

自從人類發明運載火箭并正式投入使用，發射記錄表上成功的多、失敗的少。但這少數失敗卻觸目驚心，特別是一些重要型號的發射失敗甚至影響了歷史走向。導致火箭發射失敗的原因是多方面的，從歷史上失敗的案例分析，管理狀況、氣候條件、設計問題、材料使用等因素都會對火箭發射的成功與否產生重大影響。我們從歷史上選出一些案例，希望有助于讀者理解火箭這種工業產品的重要特性。

▲ 格洛納斯衛星

▲ 質子M 火箭

人的影響

火箭發射時，需要大量人員參與工作。這時候發射流程的設計，人員的管理和工作態度在很大程度上影響著發射的成功與否，發射中任何一個環節出現疏漏都可能導致任務失敗。

燃料加太多了也不行

2010 年12 月5 日，俄羅斯國家航天集團公司在拜科努爾航天中心為質子-M 火箭的發射作準備。這是升級版的新火箭，準備把3 顆格洛納斯導航衛星送入太空。

加注燃料的技術人員并沒有被告知，這個版本的火箭燃料儲箱比以前的質子火箭更大，于是一連串災難開始了。他們依然使用過時的程序，給上面級加滿液氧——整整1.5 噸。

這個錯誤是致命的。當上面級試圖把衛星送入軌道時，因為自己的重量太大而無法完成任務。上面級帶著3 顆衛星脫離航道，墜入太平洋。

這個教訓不僅告訴人們，加注燃料的時候要看說明書，而且火箭技術升級的過程要引起高度重視。改進硬件當然是非常重要的，但要注意相應修改整個發射準備流程。

▲ 東方港航天發射場的發射塔架

▲ 東方航天港發射場和拜科努爾發射場的位置關系

軟件沒更新的后果

東方港航天發射場本應是俄羅斯皇冠上的新明珠，成為21 世紀俄羅斯航天活動的重要中心。然而，它陷入了財務丑聞和腐敗的泥潭。因此，俄羅斯需要在這里舉行一次成功的發射來挽回聲譽。2017 年11 月27 日，東方港實施了第二次發射。

這次發射的主要有效載荷是一顆叫做Meteor-M2-1 的氣象衛星。然而，當火箭把衛星和上面級送入軌道，一起滑行的時候，衛星信號消失了。

衛星并沒有向更高的軌道飛行，而是正在墜落。按照設計，“微風”上面級要在點火前取得正確的姿態。這取決于上面級是不是能夠正確測定自己的高度和姿態。為了實現這個目的，“微風”采用了GPS 和格洛納斯衛星信號。

然而，編制軟件的程序員卻沒有更新軟件，還是按照從拜科努爾發射場發射來設定的，結果上面級和衛星一起掉進了大西洋。

氣候的影響

氣候對航天發射的影響也是非常大的。我們經常可以看到各種因為天氣影響推遲發射的報道。除了需要關注發射窗口期的天氣狀況，整個發射場周圍的空氣狀況、環境溫度也是需要考慮的問題，不然也有可能引發嚴重的事故。

被鹽霧腐蝕的“獵鷹1 號”

夸賈林環礁位于夏威夷西南2500 英里處的太平洋中部。美國空軍有時會從加利福尼亞州發射一枚洲際導彈，墜落到這個環礁里，以此來測試導彈性能。但是這樣的試驗并不經常進行，所以，美國太空探索技術公司就在這里租用了一塊平地來測試自己的火箭。

2006 年3 月，馬斯克創立太空探索技術公司4 年后，公司技術人員準備發射一枚獵鷹1 號火箭。 在發射前幾周的測試中，火箭一直矗立在發射臺上，暴露在充滿鹽霧的空氣中。3 月26 日，“獵鷹1 號”準備攜帶著美國空軍學院的有效載荷飛向太空。

但是當準備點火前兩秒，推進劑閥門打開時，一個鋁制螺母忽然脫落，導致燃料泄出。火箭點火升空34 秒后，泄露的燃料起火燒穿了一條氣動管線，導致發動機熄火。隨后的分析顯示，鹽霧腐蝕了鋁合金，削弱了螺母的強度，使其在發射壓力下失效，進而導致發射失敗。

▲ 豎立在發射臺上的“獵鷹1 號”

▲ 太平洋上的夸賈林環礁

被凍壞的挑戰者號

1986 年1 月27 日， 航 天飛機固體火箭發動機項目主管艾倫·麥克唐納的面前放著一張紙，上面說挑戰者號航天飛機可以在第二天早上安全發射，但他沒有簽字。

他的猶豫與溫度有關。他向美國宇航局建議，當溫度低于53華氏度時，不應發射航天飛機。當地的天氣預報顯示氣溫為25華氏度，固體助推器能承受的最低氣溫是50 華氏度，所以他沒有簽字。

麥克唐納主要擔心O 型環，它布置在環繞固體助推器殼體的位置上，以密封里面的氣體。麥克唐納預測，由于低溫，密封圈可能在發射過程中失效，可能導致航天飛機在發射臺上爆炸。

但是，美國宇航局無視他的警告，還是打算讓挑戰者號起飛，發射時溫度是華氏36 度，眼尖的觀測者看到密封圈的裂口泄漏出煙霧，O 型環失效了。但煙霧很快又消失了，這是因為固體燃料的添加劑里有鋁。燃燒產生的氧化鋁填充到橡膠失效形成的空洞里，暫時封住缺口。

然而這只是暫時的。挑戰者號升空后，強風不斷沖擊著它。飛行了大約一分鐘后，風切變撕裂了O 型環上的破洞，火焰從固體火箭助推器中噴涌而出，加速擴散。強大的空氣動力把航天飛機的燃料儲箱和軌道器完全撕裂。包括麥克唐納在內的目擊者驚恐地后退著。解體后的固體火箭并沒有熄火，它在空中一邊旋轉一邊噴射，展示出一幅可怕的場景。

航天飛機上的7 名航天員全部死亡。挑戰者號災難的教訓是顯而易見的，也是痛苦的。像發射載具這樣的高精度設備是經過精心優化的，只能在特定的環境和條件下工作。不能滿足這些條件，就要推遲發射。

▲ 點火升空的挑戰者號航天飛機

▲ 挑戰者號航天飛機在升空過程中爆炸

▲ 俄羅斯發射兩顆Kanopus-ST 遙感衛星

▲ Kanopus-ST 衛星

設計缺陷的影響

火箭的設計肯定是保障火箭發射成功的重中之重，在構成火箭的成千上萬個零部件中，任何一個微小的細節沒有考慮到，都有可能引發嚴重的后果。

不肯松開的夾子

2015 年12 月5 日，俄羅斯發射了兩顆叫做Kanopus-ST 的衛星。據說這是一對氣象衛星，但是西方研究者認為它們分別攜帶了微波輻射計和高分辨率相機，是兩顆偵察衛星。發射過程看起來一切順利，但是第二顆衛星和火箭分離時卻出了問題。

一共有4 個夾子把衛星固定在“伏爾加”上面級上。其中只有3 個打開了，還有一個卻紋絲不動。工程師們束手無策，因為沒有緊急分離的設置。塔斯社援引俄羅斯軍方消息人士的話稱：“技術開發人員沒有設想在電驅動活塞機構無法解鎖的情況下使用的緊急算法。”

衛星和上面級圍繞著地球旋轉了好幾天，最終落回大氣層燃燒，燒焦的碎片落入了大西洋。

腦血栓的上面級

有時一個小小的設計缺陷會帶來很大的麻煩。

2014 年8 月22 日的一次發射就是這樣。歐洲版聯盟火箭從法屬圭亞那發射兩顆伽利略導航衛星，火箭起飛后飛行正常，直到“微風”上面級出現問題。火箭第四級即“微風”上面級使用肼燃料，而肼在華氏35 度就會結冰。考慮“微風”要在低溫下飛行，因此必須采取措施來為肼儲箱保溫。

但“微風”內部有著危險的設計。有兩條管路部署在同一個支護結構上，一條用來輸送肼，一條用來輸送低溫氦。氦管路降低了支護結構的溫度，同樣也降低了肼管道的溫度，里面的肼凍結了。就像血栓一樣，凍結的肼阻斷了流動，上面級失去了推力，導致兩顆功能正常的衛星進入了錯誤軌道。

▲ 聯盟火箭從法屬圭亞那的庫魯航天中心發射升空

▲ 微風上面級將衛星釋放到太空

省錢省出大問題

航天發射耗資巨大，但是能夠用于航天發射的資金總是有限的。當前國際航天發射市場競爭激烈，降低火箭的發射成本也是運載火箭的開發和經營者們需要考慮的大問題。由此，因為省錢而產生的問題也就發生了。

▲ 獵鷹9 火箭發射升空后爆炸

▲ 阿爾坎塔拉航天基地1997 年航拍圖

便宜鋼材沒好貨

2015 年6 月28 日發射，美國太空探索技術公司準備用獵鷹9 火箭發射一艘貨運飛船前往國際空間站，還搭載了一臺叫做國際對接適配器的氣閘艙。

火箭起飛后140 秒時，數據流提醒任務控制中心，出問題了。當時第二級火箭沒有按計劃點火，而且液氧壓力驟降。觀察家說，火箭升空時，發射臺上冒出一股白色蒸汽，籠罩著火箭，這是另一個可怕的跡象。10 秒鐘之后，火箭爆炸解體，掉進了海里。

液體火箭發動機需要一定的設備，來把燃料和氧化劑送進燃燒室。在獵鷹9 上，采用高壓氦氣來實現這個過程。在起飛時，這部分氦氣被存儲在高壓儲箱里。

▲ 2015 年6 月28 日獵鷹9 火箭點火發射

但是在發射過程中，固定液氦儲箱的兩個支桿中，有一個發生了斷裂，脫落的儲箱砸在了下面的設備上。太空探索技術公司說：“這在不到一秒鐘的時間內造成了第二級內部的高壓事件，該級已無法保持其結構完整性。”。

根據后續調查，原因是太空探索技術公司為了降低成本，用了普通工業鋼材來制造儲箱支撐結構。在液氦的低溫下，鋼材迅速冷脆，導致了失敗。

▲ 巴西VLS-1 火箭豎立在發射臺上

阿爾坎塔拉鎮發射場爆炸事故

2003 年，巴西熱切地希望自己能成為下一個航天國家。巴西的自然條件得天獨厚，赤道從它北部穿過，這對航天發射場的選址來說幾乎是完美的，可以最大程度利用地球自轉來賦予火箭初始速度。但就在預定發射日期前3 天，阿爾坎塔拉鎮發射場發生了一次大爆炸。

一股高高的黑煙柱從固體燃料火箭VLS-1所在的地方升起，火箭爆炸了。事故造成21 人死亡，多人受傷。

美聯社稱，隨后的調查揭露了“該死的”事實。報告列舉了幾種隱患，任何一種都可能造成災難。揮發性氣體聚集的時候，傳感器居然失靈了。火箭受到電磁干擾，不知道哪里發生的放電現象，點燃了火箭四個固體燃料助推器中的一個，導致了災難。但是，報告更加關注的是這個發射場松懈的管理模式。

報告指出：“我們注意到了風險管理層的缺乏。發射場的工人身形瘦削、工作過度”。而那一年巴西政府用于航天計劃的預算不超過2000萬美元，而同年印度的航天預算都達到了3 億美元之多。

阿爾坎塔拉事故的教訓很明顯：在航天發射活動中，省錢必須排在安全性的后面，雖然完備的保障措施需要投入更多人力，而且不便宜，但它們是必要的。

火箭本身也有類似的問題。固體火箭助推器可能更容易使用，但也更危險。一旦固體火箭發動機點火，就不能關閉甚至降低推力。因此，如果一定要使用固體火箭，最好增加一些額外的保護措施。