安塔瑞斯運載火箭

核心提示：

美國宇航局的“商業(yè)軌道運輸服務計劃”（cots）遭遇重大挫折，10月28日，由軌道科學公司研制的安塔瑞斯運載火箭在發(fā)射為國際空間站運送貨物和補給的天鵝座飛船時，升空僅6秒鐘就凌空爆炸，不僅箭船俱失，其發(fā)射臺也受到了嚴重損毀，慘烈程度堪比1986年1月28日挑戰(zhàn)者號航天飛機不幸爆炸時的場景。

對此，人們不禁會問，美國的“商業(yè)軌道運輸服務計劃”是怎么回事？此次天鵝座飛船為什么會發(fā)射失??？未來的商業(yè)航天是否還有前途？

火箭發(fā)射升空瞬間

航天飛機失事

私營公司進軍商業(yè)航天

“商業(yè)軌道運輸服務計劃”的誕生有著深刻的歷史背景，2001年，哥倫比亞號航天飛機在返回途中次發(fā)生慘禍，導致美國不得不中止整個航天飛機計劃。此后，美國宇航局開始反思自身以往航天活動的可靠性與成本問題。于是就出現(xiàn)了從過去只從私人公司購買產(chǎn)品，轉(zhuǎn)到不但購買產(chǎn)品，而且還購買發(fā)射、運營等全方位的服務，這就有了“商業(yè)軌道運輸服務計劃”。

目前，太空探索公司的龍飛船、軌道科學公司的天鵝座飛船是該計劃中的佼佼者，后續(xù)的龍飛船和波音公司的cst-100飛船還將承擔起國際空間站航天員乘組的天地往返運輸任務。

當然，“商業(yè)軌道運輸服務計劃”僅僅是由美國宇航局通過投資研發(fā)這些用于商業(yè)運輸?shù)募夹g，主要包括運載火箭、飛船、發(fā)射設施和測控等方面的產(chǎn)品與技術，而運輸貨物的服務實際是由“商業(yè)補給服務”（crs）項目進行支持。在這個項目中，軌道科學公司獲得了19億美元的合同，將在2016年前通過8次發(fā)射服務向國際空間站運送20噸貨物。

截至目前，龍飛船和天鵝座飛船已經(jīng)成功地進行了數(shù)次商業(yè)運輸服務任務，向國際空間站運輸了很多物資。其中，龍飛船甚至還具備了貨物下行能力，能夠?qū)H空間站上的試驗樣品和產(chǎn)品進行回收。10月25日，龍飛船攜帶小老鼠和其他貨物降落在太平洋上，這也是商業(yè)飛船首次運載哺乳動物活體往返國際空間站與地球。

失敗爆炸時的場景

技術、經(jīng)驗欠缺

先天不足與高風險并存

在太空探索公司與軌道科學公司從零開始，僅僅用了幾年就取得令人炫目的成就背后，我們應當看到，人類的航天活動依然是一種高風險的活動。迄今為止，航天器不可能做到像民航飛機那樣的可靠性，也不可能實現(xiàn)類似的成本。在以降低成本為主要目標的商業(yè)航天活動中，犧牲各種可靠性措施帶來的高風險的確值得我們重視。

目前，各航天大國都已形成了非常成熟的行業(yè)規(guī)范來確保航天器的順利發(fā)射。在人類航天活動的早期，特別是上世紀五、六十年代的太空競賽時期，慘烈的發(fā)射失敗更是“家常便飯”。如今可靠性已經(jīng)極大提高的航天活動，恰恰是建立在吸取這些失敗教訓的基礎之上。因此，商業(yè)航天對當前確?？煽啃缘母鞣N規(guī)范進行簡化、修改，將有可能再次“交學費”，再次付出血的代價。

與傳統(tǒng)的航天企業(yè)不同，目前從事商業(yè)軌道運輸服務的幾家公司均有不同程度的先天不足。以軌道科學公司為例，由于該公司過去沒有研發(fā)大型液體運載火箭的經(jīng)驗，因此其安塔瑞斯火箭的很多設計和研制都要依賴于烏克蘭的南方設計局。

此次發(fā)射任務中，安塔瑞斯火箭的第二級采用了atk公司研制的固體火箭發(fā)動機，而在目前世界上的主流運載火箭中，第一級采用液體發(fā)動機而第二級采用固體發(fā)動機的配置已非常少見。更奇怪的是，軌道科學公司為將來其他潛在的飛行任務發(fā)展的第三級火箭卻又采用了液體動力系統(tǒng)?？梢钥闯?，由于在分系統(tǒng)的配置上缺少可選擇的途徑，安塔瑞斯火箭幾乎是一種“拼湊”出來的產(chǎn)品。

另一方面，安塔瑞斯火箭第一級采用的是2臺aerojet公司的aj26-62發(fā)動機，而這種發(fā)動機是由蘇聯(lián)用于載人登月的n-1 重型火箭上的nk-33發(fā)動機改進而來的。

由于nk-33發(fā)動機的推力相對較小，n-1火箭為實現(xiàn)近百噸的運載能力，竟然在第一級火箭使用了30臺nk-33！當時為了趕進度，蘇聯(lián)在不進行充分地面試驗的情況下就開展飛行試驗。雖然nk-33 發(fā)動機本身性能很好，但30臺發(fā)動機并聯(lián)工作，產(chǎn)生了很多振動方面的問題，在飛行過程中極易導致管路、閥門失效。最終，4次試驗性發(fā)射全部失敗，其中最慘烈的一次，攜帶超過2000噸燃料的n-1巨型火箭在發(fā)射臺上爆炸，其威力簡直就像一枚小型原子彈，瞬間將整個發(fā)射臺夷為平地。今天，安塔瑞斯火箭同樣在使用nk-33發(fā)動機的派生產(chǎn)品，同樣造成了lp-0a發(fā)射臺的嚴重損壞。歷史的輪回就是這樣殘酷，而歷史的重演又是這樣悲催！

受損的發(fā)射架

“必修課”無法繞開

商業(yè)航天之路依舊漫長

目前，商業(yè)軌道運輸服務只是進行了貨運方面的嘗試，即使發(fā)射失敗也不會造成乘組的人員傷亡。但在未來的乘組運輸服務中，卻不允許有絲毫閃失。無論是龍飛船還是天鵝座飛船，都是飛到國際空間站旁，然后由機械臂將其靠泊在對接口上，這在很大程度上簡化了飛船的設計。而未來的載人運輸飛船，則要求在空間站沒有人的情況下也能與之對接，這就使得靠空間站內(nèi)的航天員操作機械臂將飛船抓捕的方式不再可用，回到了采用交會對接系統(tǒng)的傳統(tǒng)路線上來。

盡管太空探索公司與軌道科學公司有很多現(xiàn)成的資源可以利用，美國宇航局也可以為他們開放很多已有的成果，但交會對接技術本身就是牽涉到整個飛行器總體設計的全局性技術。其使用的導航、制導與控制系統(tǒng)以及交會對接機構，都對整個飛行器的設計和飛行操作有很多影響和限制。解決所有的問題，并能夠通過地面試驗規(guī)避可能出現(xiàn)的各種問題和風險并非易事。

雖然私營公司在商業(yè)航天飛行任務的管理和運營方面有很多自己獨到的優(yōu)勢，但很多“必修課”是繞不過去的，商業(yè)航天之路依舊漫長。在我們今天為安塔瑞斯火箭發(fā)射失敗惋惜的同時，也期待商業(yè)航天未來能克服重重困難，在人類追求“低成本、高可靠”的目標上繼續(xù)前行。（楊宇光）