安塔瑞斯130型火箭首飞失利影响分析.docx

          安塔瑞斯130型火箭首飞失利影响分析                    龙雪丹 姜舒展美国当地时间10月28日下午6时22分（北京时间29日上午6时22分），美国轨道科学公司的安塔瑞斯（又译“心宿二”——编注）130型火箭发射6s后发生爆炸，船箭俱毁本次发射是该公司的第三次正式的国际空间站任务，同时也是该型火箭的首次飞行美国国家航空航天局(NASA)将此次失利定义为“不幸”本报告介绍了此次事故，并结合美国2014年火箭故障情况对此事件的影响进行了分析一、基本情况1．发射情况当天傍晚，安塔瑞斯130型火箭搭载天鹅座飞船从弗吉尼亚州沃洛普斯发射场OA发射台进行发射火箭在升空6s后随即发生爆炸，船箭俱毁火箭落回发射场引起二次爆炸，所幸没有对发射台造成重大破坏，安塔瑞斯总装厂房以及天鹅座飞船处理设施都未受到破坏本次发射是该公司的第三次正式的国际空间站任务（任务代号CRS-3），同时也是该型火箭的首次飞行此次任务中，飞船搭载了2290kg的物资，原计划为国际空间站的6名宇航员提供补给目前尚不清楚爆炸原因及是否会影响明年安塔瑞斯／天鹅座飞船的发射安排事故没有造成人员伤亡，但带来了重大财产损失。

NASA官方声明称，飞船内装有“机密设备”，因此事故现场需要被控制，并对残骸散落区域进行清理和调查此外，NASA要求附近居民不要拾取残骸，因为可能还有“危险物质”据报道，此次天鹅座飞船上搭载的货物中，1／3是科学实验物品，还有向宇航员提供的食物补给而据美联社报道，该飞船上承载的货物并非空间站急需物品，并且俄罗斯航天局也正在推进一项补给任务事后，NASA发言人杰伊，博尔登称“此次发射出现了严重的性能和设备故障控制中心正在查找故障原因而同样承担着空间站商业货运补给任务的太空探索公司总裁马斯克也在推特上对此事深表遗憾， “希望他们能尽快恢复”轨道科学公司在声明中承认了这次事故是一次“灾难性的失败”公司执行副总裁卡伯特森说， “我们会立刻进行彻底的调查，找出发射失败的原因，并且决定采取什么步骤来防止事故再次发生一旦找到原因，我们会尽快恢复飞行，为我们的客户和国家航天项目继续提供服务”他认为当务之急是尽可能又快又安全地对发射场进行维修此次发射任务是在轨道科学公司与NASA签署的一份价值19亿美元的合同下开展的根据合同，该公司要在2016年年底前执行至少8次国际空间站货运任务，为国际空间站运送约20t补给物资。

今年1月8日，轨道科学公司成功使用安塔瑞斯120型火箭发射天鹅座飞船，正式开始为国际空间站运送货物这是继太空探索公司之后，又一家私营企业正式加入为国际空间站运送物资的行列迄今为止该型火箭已成功完成了2次正式飞行，将总计2.76t物资运往空间站此次发射使用的安塔瑞斯130型火箭是在安塔瑞斯120型火箭的基础上改进而来，其二子级使用了加长型卡斯托30XL发动机，使火箭近地轨道运载能力从4.6t增加至5.lt轨道科学公司计划在2015-2016年余下的5次国际空间站任务中均使用该型火箭11月6日，轨道科学公司董事长兼首席执行官汤普森在投资者简报会上宣布，初步断定此次发射失利是由火箭一子级一台AJ-26发动机涡轮泵故障引起的此次事故可能导致安塔瑞斯火箭明年难以恢复飞行，轨道科学公司正在考虑将其接下来的两次国际空间站补给任务选用其他火箭执行2．安塔瑞斯火箭介绍安塔瑞斯运载火箭是在NASA“商业轨道运输服务” (COTS)计划下由轨道科学公司研制的固液混合运载火箭，近地轨道运载能力覆盖4.6～5.6t，可填补德尔它2退役后，美国火箭市场产生的介于米诺陶4、德尔它4以及宇宙神5火箭之间的能力空白火箭有两级和三级两种结构，共7种构型。

所有构型均以标准型安塔瑞斯120为基础，即：一子级采用两台AJ-26液氧／煤油发动机，二子级采用卡斯托30B发动机，标准3.94-5m整流罩，通用电气、机械设备、反作用控制系统及飞行仪器为提高火箭近地轨道运载能力，安塔瑞斯130型火箭二子级采用了改进型的卡斯托30XL发动机为适应不同任务需要，轨道科学公司在120和130型的基础上增加了双组元推进级，构成121型和131型，以提供更高的入轨精度；又在120和130型基础上采用了三轴稳定“星”48V固体发动机，构成122型和132型，满足地球逃逸轨道的任务需求安塔瑞斯火箭第一级采用的两台AJ-26液氧／煤油发动机是由俄罗斯库存的NK-33发动机改造而来NK-33发动机是上世纪60年代末到70年代初由前苏联库兹涅佐夫设计局为N-1登月火箭设计的N-1载人登月计划失败后，NK-33发动机长期停产上世纪90年代中，美航空喷气发动机公司(Aerojet)购置了43台NK-33发动机近年，该公司对其中的20台发动机进行改造，形成AJ26-62发动机，供轨道科学公司的安塔瑞斯火箭执行国际空间站商业补给任务之用为满足安塔瑞斯运载火箭的设计要求，航空喷气发动机公司对每台AJ26-62发动机的改进包括：采用了新的火工品、仪器、电缆、二级管路、机电作动器、液氧／煤油输送管路，并为满足发动机矢量控制的需要采用两轴环架扰动装置。

改进后的AJ-26发动机海平面推力可达1510kN(100%)-1630kN(108%)火箭二子级使用的卡斯托30固体火箭发动机是由阿连特技术系统公司(ATK)制造的，采用石墨／环氧复合材料缠绕壳体，喉部采用柔性密封设计卡斯托30固体发动机生产线技术是源自金牛座运载火箭的卡斯托120发动机为满足成本、进度和技术的要求，安塔瑞斯可根据任务需求，使用卡斯托30发动机的三款不同机型最初在COTS计划下设计的安塔瑞斯110型采用了卡斯托30A发动机此后的安塔瑞斯120型任务采用卡斯托30B发动机，它是在卡斯托30A的基础上作了细微的性能改进，并增强了通用性安塔瑞斯130型采用卡斯托30XL固体发动机，最大推力可达395kN3．轨道科学公司简介轨道科学公司成立于1982年，总部设在弗吉尼亚州杜勒斯，是一家得到美国TS0-9001／2008认证的中小型空间与火箭系统研制生产商在30多年的发展历程中，轨道科学公司成功设计、制造和销售了数以千计的卫星及运载器系统，2007-2012年间交付给用户189套卫星、火箭和相关系统该公司旗下火箭型号包括飞马座、金牛座、米诺陶和安塔瑞斯火箭它自20世纪90年代以来多次被选为NASA长期航天发射服务供应商，并获得了多项长期发射服务合同。

公司生产设施位于弗吉尼亚州、亚利桑那州和马里兰州，占地15.8万平方米，拥有现代化办公、研发和制造设施今年4月，ATK宣布将并购轨道科学公司，成立名为“轨道ATK”的综合性航空航天制造企业，雇员将达13000人ATK公司原股东将拥有新公司53.8%的股份，剩余46.2%归轨道科学公司股东轨道科学公司每年要从ATK公司购买7500万美元产品，包括卫星天线、太阳能电池阵列和推进系统，合并后这些都将成为内部交易两家公司认为，他们已经共同合作了20多年，彼此都比较熟悉对方的能力和企业文化合并对于双方都是有益的对于ATK而言，合并能够加强其航空航天业务；而对于轨道科学公司而言，合并能够进一步扩大当前的业务范围，有利于其加强在商业航天领域的竞争力尤其是一旦合并成功后，ATK或将为安塔瑞斯火箭提供一子级发动机安塔瑞斯火箭一子级长期使用俄制NK-33发动机，轨道科学公司一直在为其寻找替代产品合并后的新公司对国外产品的依赖将比目前小得多，火箭的自主生产份额将从45%一50%提升到70%-80%二、2014年美国火箭故障情况2014年，美国航天经历了三次故障，除安塔瑞斯之外，还包括太空探索公司猎鹰9可重复使用技术验证机(F9R-Devl)以及安塔瑞斯火箭一子级发动机在试验中损毁。

1．F9R-Devl试验故障触发自毁8月22日，太空探索公司在得克萨斯州的麦格雷戈试验场进行F9R-Devl的飞行试验时，由于飞行器发生故障，触发了飞行终止系统(FTS)，致使飞行器在空中解体爆炸此次试验中，F9R-Devl的3台发动机都处于工作状态，而以往只使用单台发动机根据目击者的录像，F9R在起飞后的开始阶段是垂直上升的，随后就开始有了很大的俯仰角，这和以往试验情况完全不同就在失去控制的瞬间，飞行器的发动机关闭，经过短暂几秒之后飞行器在飞行终止系统的作用下爆炸飞行终止系统既可以通过无线电遥控人工激活，也可以由箭载计算机根据飞行条件自动激活此次F9R爆炸是箭载系统自动激活的F9R由猎鹰9-1.1型火箭的一子级、3台灰背隼1D发动机和4个与猎鹰9-1.1型火箭相同的着陆支腿构成，高约42m，直径3.66rn，是“蚱蜢”验证机的后续型号相比于“蚱蜢”，它一方面在尺寸上发生了变化，另一方面则是安装了可以收起和展开的着陆支腿 “蚱蜢”垂直起降验证机在8次垂直起降飞行试验中验证了导航传感器、着陆算法、横向机动能力和抗风稳定性等2．AJ-26发动机在试车中损毁5月，轨道科学公司原计划在2015年国际空间站任务中使用在安塔瑞斯火箭上的一台AJ-26发动机不幸在试车中损毁。

事故中发生了爆炸此次事故给航空喷气发动机洛克达因公司造成了3140万美元损失该公司不仅要支付增加的发动机交付验收费用，还要承担相应的试车台修复及发动机延迟交付费用试车失败原因尚未公布AJ-26上一次发生试车故障是在2011年6月当时一台发动机在斯坦尼斯航天中心E-l试验台上进行验收试验时意外起火，致使发动机严重损毁故障是由于发动机老化的管路造成煤油泄漏为避免类似事故发生，航空喷气发动机公司对剩余的AJ-26库存发动机进行了评估，以确保这批“高龄”发动机不存在管路腐蚀或其他可能引发燃料泄漏的隐患三、启示与分析1．商业航天发射系统的可靠性尚有待验证长期以来，美国政府主导的航天运输系统一直因成本昂贵、研发和生产效率低下倍受诟病同时，随着航天飞机的退役，如何应对国际空间站货运任务，以及摆脱对俄罗斯联盟号飞船的依赖，成为摆在美国政府面前非常紧迫的课题在这种情况下，由私人航天企业负责运载火箭、飞船研发，提供航天运输综合解决方案，由政府付钱购买服务的新兴商业模式应运而生安塔瑞斯／天鹅座系统就是美国发展商业轨道运输系统的产物在COTS计划下，太空探索公司和轨道科学公司分别获得NASA授予的16亿美元和19亿美元的国际空间站货物补给服务合同，用于在2016年前使用“猎鹰9／龙”和安塔瑞斯／天鹅座商业轨道运输系统，分别向国际空间站提供12次和8次货物运输服务。

从目前的发射记录来看， “猎鹰9／龙”系统总共完成4次补给任务，其中3次成功，1次部分成功（一台一子级发动机提前关机，但未影响空间站任务）；安塔瑞斯／天鹅座成功2次，失败1次从任务执行力上来看，NASA原计划在2014年利用私营企业完成7次国际空间站货运任务，其中，太空探索公司应完成4次，轨道科学公司3次但截至目前，太空探索公司由于其总体发射计划未能如期执行而使发射任务严重滞后，年内仅完成2次空间站货运任务，而轨道科学公司虽然按计划进行了3次发射，但结果却不尽如人意可见，该项目下的两种商业运输系统，在执行国际空间站货运补给任务中，均遭遇了不同程度的挫折虽然商业运输系统以其低廉的价格成就了其主要的竞争力，但这些故障也为美国政府以及私营航天企业敲响了警钟，私营航天企业的产品可靠性问题不容忽视当初NASA将发射合同授予私营航天公司时就曾受到许多质疑，而目前看来，私营企业产品研发方面经验缺乏和技术的不成熟都有可能造成巨大的经济损失，商业发射系统的可靠性还有待验证2．轨道科学公司更换AJ-26发动机的速度或将加快事故原因初步判定为由AJ-26发动机涡轮泵故障引起因此轨道科学公司决定暂停使用该发动机，同时声。