论文部分内容阅读
安全可靠的航天发射能力是稳固进入空间的保障，也是提升利用空间能力的基础。从2006年起，世界航天发射失败事故呈现上升趋势，特别是在2011年，航天发射失败率超过10％，引起广泛的关注。
世界航天发射能力现状
迄今为止，共有9个国家(见表1)和2个组织(欧洲航天局和海上发射公司)拥有独立的航天发射能力。目前，俄罗斯和美国大、中、小型运载火箭齐备，是航天发射总次数最多的两个国家，在2010年分别进行31次和15次航天发射。俄罗斯主要使用“质子”系列、“联盟”系列、“宇宙－3M”、“轰鸣”等运载火箭。美国主要使用“德尔它－4”、“宇宙神－5”两个系列的“渐进一次性使用运载火箭”(EELV)，以及“德尔它－2”、“金牛座”、“飞马座”等中小型运载火箭。欧洲航天局主要使用“阿里安－5”系列运载火箭，日本主要使用H－2A运载火箭，印度主要使用“极轨道卫星运载火箭”(PSLV)和“地球同步轨道卫星运载火箭”(GSLV)。海上发射公司主要使用“天顶－3SL”火箭，其箭体由乌克兰生产，上面级由俄罗斯生产。这些国家和组织每年进行约70次航天发射，近地轨道有效载荷的商业发射成本约为5000美元／千克，地球同步轨道有效载荷的商业发射成本约26000美元／千克。
失败情况及原因分析
2006～2011年9月底，世界各国共进行411次航天发射，其中失败20次，发射失败率为4.87％。各国航天发射失败次数分别为：俄罗斯8次，美国5次，中国1次，印度3次，韩国2次，海上发射公司1次。2011年，航天发射失败率接近10％，从上述20次失败情况来看，其失败原因大致可分为3类。
产品质量与设计问题导致火箭发射失败
从俄罗斯、中国和海上发射公司的10次发射失败情况看，火箭产品质量与设计问题是导致发射失败的主要原因。运载火箭系统复杂，包括结构系统、动力系统、控制系统等多个分系统，使用数万个电子元器件。虽然这些器件在生产过程中经过严格精密的测试，但在火箭点火、分离等过程中经受高温和强烈振动时，仍会出观失效，因此，对于航天发射来说，事故并不能完全避免。但俄罗斯航天事故频出，而且事故集中在“质子”火箭与“微风”上面级，表明俄罗斯航天工业和管理部门质量意识下降，为完成密集的航天发射任务，没能彻底排查故障原因。以2010年12月25日“格罗纳斯”导航卫星发射失败为例，由于使用改进的上面级，其液氧贮箱规格变大，但是这一变化未反映到规程文件上，而操作人员仍按体积刻度进行加注，导致注入的液氧超出额定值1～2吨，主承包商能源公司也未遵照发射前安全操作步骤进行检查。这一失误造成上面级过重，卫星在到达预定轨道时未能被加速至预定速度而坠毁。这一事故充分表明俄罗斯航天工业目前质量管理不完善，为此，俄罗斯政府撤销了能源公司运载火箭总设计师和联邦航天局副局长的职务，并对联邦航天局进行了书面批评。
航天技术水平较低导致火箭发射失败
从印度和韩国的5次发射失败情况看，事故原因均与本国的航天技术水平较低有关。印度2010年4月15日发射的“地球同步轨道卫星运载火箭”失败的主要原因就是本国研制的低温上面级技术不过关，主发动机的燃料助推涡轮泵异常中断造成任务失败。这表明印度尚未掌握低温上面级这一大型航天运载的关键技术。同时从更深层面上看，印度耗时18年仍未能在低温运载火箭技术上取得突破，说明其大型航天项目的组织管理能力也有欠缺。韩国两次航天发射失败与其自身航天技术实力的不足关系密切。由于韩国尚未完全掌握航天发射技术，其“罗老”号运载火箭采取了联合研制途径，第一级由俄罗斯制造，第二级由韩国制造。“罗老”号2009年8月25日发射失败的原因是第二级上的整流罩未能完全脱落，2010年6月10日失败原因是一、二级分离爆炸螺栓提前起爆，两起事故均与韩国提供的第二级火箭有关。由此可见，即使走“嫁接”于航天大国火箭技术的发展捷径，自身仍需有过硬的航天技术才能取得成功。
新研火籥风险较高导致火箭发射失败
从美国的5次发射失败情况看，主要与新研火箭的技术风险较高有关。美国“猎鹰－1”火箭是首个由商业公司自行研制的运载火箭，为降低成本和缩短发射流程，空间探索技术公司采取新的发动机设计。“猎鹰－1”火箭前3次的发射失败为后两次成功发射奠定了基础。但3次失败还是体现出美国商业公司对航天发射的困难估计不足，在几次发射试验中均搭载了商业卫星，而没有使用模拟有效载荷，在火箭发射失利的同时造成卫星的损失。轨道科学公司新研制的“金牛座－XL”火箭两次发射失败原因基本一致，虽然该公司在首次失败后对技术与管理问题都进行了矫正，但故障原因的重复出现，表明商业化航天发射管理模式存在一定的风险。
世界航天发射能力现状
迄今为止，共有9个国家(见表1)和2个组织(欧洲航天局和海上发射公司)拥有独立的航天发射能力。目前，俄罗斯和美国大、中、小型运载火箭齐备，是航天发射总次数最多的两个国家，在2010年分别进行31次和15次航天发射。俄罗斯主要使用“质子”系列、“联盟”系列、“宇宙－3M”、“轰鸣”等运载火箭。美国主要使用“德尔它－4”、“宇宙神－5”两个系列的“渐进一次性使用运载火箭”(EELV)，以及“德尔它－2”、“金牛座”、“飞马座”等中小型运载火箭。欧洲航天局主要使用“阿里安－5”系列运载火箭，日本主要使用H－2A运载火箭，印度主要使用“极轨道卫星运载火箭”(PSLV)和“地球同步轨道卫星运载火箭”(GSLV)。海上发射公司主要使用“天顶－3SL”火箭，其箭体由乌克兰生产，上面级由俄罗斯生产。这些国家和组织每年进行约70次航天发射，近地轨道有效载荷的商业发射成本约为5000美元／千克，地球同步轨道有效载荷的商业发射成本约26000美元／千克。
失败情况及原因分析
2006～2011年9月底，世界各国共进行411次航天发射，其中失败20次，发射失败率为4.87％。各国航天发射失败次数分别为：俄罗斯8次，美国5次，中国1次，印度3次，韩国2次，海上发射公司1次。2011年，航天发射失败率接近10％，从上述20次失败情况来看，其失败原因大致可分为3类。
产品质量与设计问题导致火箭发射失败
从俄罗斯、中国和海上发射公司的10次发射失败情况看，火箭产品质量与设计问题是导致发射失败的主要原因。运载火箭系统复杂，包括结构系统、动力系统、控制系统等多个分系统，使用数万个电子元器件。虽然这些器件在生产过程中经过严格精密的测试，但在火箭点火、分离等过程中经受高温和强烈振动时，仍会出观失效，因此，对于航天发射来说，事故并不能完全避免。但俄罗斯航天事故频出，而且事故集中在“质子”火箭与“微风”上面级，表明俄罗斯航天工业和管理部门质量意识下降，为完成密集的航天发射任务，没能彻底排查故障原因。以2010年12月25日“格罗纳斯”导航卫星发射失败为例，由于使用改进的上面级，其液氧贮箱规格变大，但是这一变化未反映到规程文件上，而操作人员仍按体积刻度进行加注，导致注入的液氧超出额定值1～2吨，主承包商能源公司也未遵照发射前安全操作步骤进行检查。这一失误造成上面级过重，卫星在到达预定轨道时未能被加速至预定速度而坠毁。这一事故充分表明俄罗斯航天工业目前质量管理不完善，为此，俄罗斯政府撤销了能源公司运载火箭总设计师和联邦航天局副局长的职务，并对联邦航天局进行了书面批评。
航天技术水平较低导致火箭发射失败
从印度和韩国的5次发射失败情况看，事故原因均与本国的航天技术水平较低有关。印度2010年4月15日发射的“地球同步轨道卫星运载火箭”失败的主要原因就是本国研制的低温上面级技术不过关，主发动机的燃料助推涡轮泵异常中断造成任务失败。这表明印度尚未掌握低温上面级这一大型航天运载的关键技术。同时从更深层面上看，印度耗时18年仍未能在低温运载火箭技术上取得突破，说明其大型航天项目的组织管理能力也有欠缺。韩国两次航天发射失败与其自身航天技术实力的不足关系密切。由于韩国尚未完全掌握航天发射技术，其“罗老”号运载火箭采取了联合研制途径，第一级由俄罗斯制造，第二级由韩国制造。“罗老”号2009年8月25日发射失败的原因是第二级上的整流罩未能完全脱落，2010年6月10日失败原因是一、二级分离爆炸螺栓提前起爆，两起事故均与韩国提供的第二级火箭有关。由此可见，即使走“嫁接”于航天大国火箭技术的发展捷径，自身仍需有过硬的航天技术才能取得成功。
新研火籥风险较高导致火箭发射失败
从美国的5次发射失败情况看，主要与新研火箭的技术风险较高有关。美国“猎鹰－1”火箭是首个由商业公司自行研制的运载火箭，为降低成本和缩短发射流程，空间探索技术公司采取新的发动机设计。“猎鹰－1”火箭前3次的发射失败为后两次成功发射奠定了基础。但3次失败还是体现出美国商业公司对航天发射的困难估计不足，在几次发射试验中均搭载了商业卫星，而没有使用模拟有效载荷，在火箭发射失利的同时造成卫星的损失。轨道科学公司新研制的“金牛座－XL”火箭两次发射失败原因基本一致，虽然该公司在首次失败后对技术与管理问题都进行了矫正，但故障原因的重复出现，表明商业化航天发射管理模式存在一定的风险。