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殷岂:俄罗斯航天真的要崩溃了吗?

2017-12-13 17:00:24

【文/观察者网专栏作者 殷岂】

11月28日,俄罗斯发射了一枚“联盟-2.1B”运载火箭,火箭上搭载了19颗各种大小的卫星,这些卫星因为发射故障而没有进入预定轨道。

“联盟”系列火箭是前苏联时代开发的一种中型运载火箭,迄今为止已经发射了几百次,无论是载人航天,运送太空货物,还是发射商业卫星, 本应该是“手到擒来、十拿九稳”的事情。搭载卫星的“Fregat”上面级也是经历过60多次发射的“老司机”,但不幸的是这19颗卫星最终和上面级一起坠入了冰岛附近的大西洋中。

已经和整流罩底部整合的Fregat上面级

这样一次简单的太阳同步轨道(SSO)卫星发射任务都能彻底失败,似乎很能说明俄罗斯航天系统是不是出了什么“大问题”?英国媒体《独立报》甚至刊文表示,多位“航天专家”来“警醒”众人,俄罗斯航天工业距离“崩溃”仅有数步之遥。

Fregat”上面级及此次发射的19颗卫星

如果联系到2015年“质子”火箭的发射失败,英媒这番俄罗斯航天工业的“崩溃论”似乎还是颇有一些道理,但是如果仔细思考一番就会发现,这依旧是欧美媒体对俄罗斯的一次“常规性颠覆操作”。

本月12日,俄罗斯航天集团公布了这次发射失败的主要原因:“联盟”火箭配合“Fregat”上面级在3个发射场进行过发射,分别是位于哈萨克斯坦的拜科努尔,莫斯科附近的普列谢茨克和位于南美洲法属圭亚那的库鲁。

这三处发射场的地理方位角都在正负140度的范围内,而此次执行发射任务的俄罗斯东方发射场,地理方位角是174度,上面级的参考轴则比方位角还要增加10度,为184度,超出了此前的工作范围。

Fregat上面级结构示意图

在原本的发射过程中,该上面级的陀螺仪如果要进行归零操作,是直接从当前角度向0度进行偏转。而在184度的情况下,如果要最快的达到归零位置,那么应当是直接从184度向360度进行偏转,因为360度即是0度。

然而“Fregat”上面级的程序存在缺陷,并不认为0度和360度是同一个方位,因此从184度开始向着角度数据偏小的方向开始归零,也就是较远的那条路径。在经过大约60度的旋转之后,陀螺仪“顺利”地卡住了。上面级失去了调整方位角的能力,并最终以加速的姿态再次坠落回大气层内。

“Fregat”上面级设计于前苏联时代,控制器里的代码在几十年前就已经写下。由于发射场相对比较固定,代码中存在的这个小BUG一直只是“存在”,而没有形成实质性故障。

联盟-2.1B火箭在东方发射场的厂房内

当然,“联盟”火箭和“Fregat”上面级在东方发射场这个全新的航天中心执行第一次发射任务,应当是要进行全面的检测和归零的,这件事没做好就已经值得打上“一百大板”。

发射任务最早是被安排在拜科努尔发射,更换发射场之后,技术人员忽视了发射场方位角的变化,分别负责制造“联盟”火箭和上面级的两个航天厂家之间也缺乏必要的沟通,而俄罗斯航天高层在发射失败前根 本不知晓这件事。

总结而言,发射失败的根本原因是原发性代码BUG,但是这样的BUG在严谨的航天领域应当是要被极力避免的,最终导致失败的其实是项目管理的缺失,也就是“人祸”。

俄罗斯方面也已经就这次事故成立调查委员会,总理梅德韦杰夫亲自就此次发射失败责成副总统罗戈津调查事故原因,彻查发射任务中的问题和相关责任人,甚至有消息称部分管理人员将会面临刑事处罚。

如果追溯前苏联/俄罗斯航天历史,会发现这样的事故并不算少见。不过苏俄航天发射节奏在全世界范围内几乎是最快的,通常出现问题之后,快速查清事故原因,后续火箭归零,相关责任人定责,对于已经将上千枚火箭送上太空的东斯拉夫人来说几乎是驾轻就熟的事情。

俄罗斯航天部门用了2周时间调查清楚了发射失败的原因,相比之下,目前最火热、最有话题性的私人航天公司SpaceX在2016年9月经历了一次极为严重的爆炸事故,最终在4个月的调查之后公布原因:火箭的氦气压力容器出现故障导致火箭在发射台上剧烈爆炸。

4个月和2周相比,是不是更可以说“药丸”?

SpaceX去年9月的那次事故造成的损失不仅包括火箭和卫星3亿多美元的费用,卡角SLC-40发射台也在那次爆炸中损失惨重,根据Nasa和SpaceX的协议,马斯克还要花费1亿多美元来修复SLC-40。

“流星-M”气象卫星,是“流星”系列的最新一代产品

“联盟-2.1B”搭载的卫星数量看似很多,19颗,大部分都-是微型卫星和小型卫星,主要载荷是“流星-M”系列气象卫星,就损失金额而言远没有去年9月“猎鹰9”爆炸事故高(19颗卫星总计约6500万美元)。遭受严重事故的SpaceX并没有因为失败而陷入崩溃,且要论抗风险能力,商业公司的SpaceX相比接受国家财政的俄罗斯航天工业理论上要更加脆弱。

本文开头提到,英媒对俄罗斯航天工业的判断,是由其立场来决定的,“俄罗斯航天崩溃论”因为一次发射失败而喧嚣尘上也就显得不奇怪了。

冷战结束之后,欧美国家和俄罗斯逐渐展开航天方面的合作,甚至出现了“国际空间站”(ISS)这样堪称典范的国际航天合作项目,依旧改变不了意识形态上的对立情况。作为合作典范的ISS这两年也并不消停,情况甚至到了“同床异梦”的地步。美俄就空间站后续运营问题和关停时间表进行过多年的谈判,目前暂时决定至少将其运营至2020年之后。

笔者在2014年珠海航展时曾与俄罗斯航天的参会人员就ISS问题进行过一番询问,当时正是ISS去留问题刚刚显现的时候,俄方人员私下透露,已经做好准备,如果美方决定关闭空间站,俄方将进行脱离操作,并筹资将俄方空间站部分扩建成至少是“和平”号的规模。

苏联解体后,俄罗斯的航天部门如同其他工业部门一样,继承了大部分的前苏联遗产。由于经济原因,俄航天事业在这20多年中并没有苏联时代那么“引领潮流”,但正是苏联时代奠定的技术基础,在这么多年资金投入不足(相比美中)的情况下,俄罗斯航天依旧能维持最基本的运转和发展,还开发出了下一代以液氧煤油发动机为基础的中型运载火箭“安加拉”。

此外,从近几年的发射数量上看,俄罗斯依旧保持在航天领域的第一梯队中(2015年18次,2016年7次,2017年15次)。无论是维持国际空间站人员的更替和物资补给,新一代导弹预警卫星的部署,相关工作总体而言依旧有条不紊。

根据计划,后续的“流星-M”卫星已经是等待状态,完成事故调查和后续火箭/上面级归零、验证发射之后,应该很快就能恢复常规发射。

任何航天发射都是复杂的系统工程,出现意外并不可怕,从错误和失败中吸取教训本就是人类航天发展史的一部分。而且俄罗斯的航天与其军事力量一样,过得去,过得下去,有发展,其实就足够了,因为一次并不算严重的失败而认为其马上要崩溃了,言过其实。

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殷岂

殷岂

航天观察员

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来源:观察者网 | 责任编辑:于宝辰
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