美国“安塔瑞斯”火箭发射失利商业航天活动首次受挫

郭筱曦 张蕊（北京空间科技信息研究所）

美国东部时间2014年10月28日18：22，执行第三次“商业补给服务”（CRS）合同任务（Orb－3）的安塔瑞斯－130（Antares－130）火箭发射，但火箭在升空6 s后发生爆炸，火箭落回发射台时又引起了二次爆炸，火箭及其搭载的“天鹅座”（Cygnus）飞船随即损毁。这既是“安塔瑞斯”火箭首次夜间发射，也是其首次发射失败，同时是“天鹅座”任务的首次失败。

1 运载火箭概况

美国轨道科学公司（OSC）“安塔瑞斯”系列火箭属于固液混合型中型运载火箭，有两级型（110型、120型、130型）和三级型（121型、122型、131型、132型）两类共7种构型，近地轨道运载能力4.6～6t。所有构型都以基本型为基础，即采用2台AJ26液氧/煤油发动机作为第一级、标准3.945m整流罩、通用电气、机械设备、反作用控制系统及飞行仪器。第二级采用由阿连特技术系统公司（ATK）建造的固体燃料火箭发动机，可选用卡斯托－30A、30B或30XL（Castor－30A、30B或30XL）型号（发动机参数见本刊2014年第6期），对应的型号分别为安塔瑞斯－110、120和130火箭，相应运力分别为4.6t、4.75t和5.1t。其中，安塔瑞斯－110和120火箭先后于2013年4月21日和2014年1月9日成功首飞。

为提高火箭的近地轨道运载能力，安塔瑞斯－130火箭第二级采用卡斯托－30XL发动机，为容纳该发动机增加的长度，火箭使用了1.86m的整流罩支架。支架的应用使该型号与标准型的整流罩动静态包络线相同。安塔瑞斯－130火箭高42.5m，发射质量达296t。

“安塔瑞斯”系列火箭各构型配置

火箭第一级参数

“安塔瑞斯”火箭整箭参数

2 事故情况与原因调查

发射前倒计时操作非常顺利，火箭和飞船一切正常。发射前2h，团队开始推进剂加注操作。在倒计时的过程中，发射团队完成了一系列运载火箭和地面系统的检查，都得到标称结果。美国东部时间2014年10月28日18：22：38，火箭第一级发动机点火。计算机确认发动机点火良好，火箭被准许起飞。一升空，2台发动机就达到额定性能的108%，初始推重比很高。

升空后，运载火箭尾段就出现烟雾和火焰，仅数秒后爆炸，形成巨大的火球，随后开始落回地面。火箭坠落到美国弗吉尼亚州中大西洋地区航天发射中心（MARS）0A发射台的设施上，第一级的液体推进剂迅速引燃了上面级的固体燃料，燃烧持续了数分钟。

事故发生后，轨道科学公司执行副总裁弗兰克·库尔伯特森暂任事故调查负责人。次日一早，工作人员对瓦勒普斯的发射设施和周边区域进行了航空勘测。很快，一队来自美国航空航天局（NASA）、美国弗吉尼亚州中大西洋地区航天发射中心和轨道科学公司的代表进入发射场，进行发射综合设施和相关设施的初步评估。同一天，轨道科学公司组建常设的事故调查委员会（AIB），包括公司管理人员及来自NASA和国家运输安全委员会（NTSB）的代表，联邦航空管理局也将对整个过程进行监督。同时任命公司先进项目组副总裁兼总工程师戴夫·斯蒂夫为事故调查委员会常务主席，他是一位经验丰富的工程师，精通运载火箭工程和运营。

轨道科学公司11月5日称，当前调查重点集中于第一级的2台AJ26发动机。已有证据强有力地表明，其中一台发动机的涡轮泵在点火15s后失效，被认为是火箭爆炸的主因。公司董事长兼首席执行官戴维·汤普森说：“此时此刻，我们认为故障可能源于涡轮泵机械装置或直接受其影响，但确认此事还需进一步分析。”

轨道科学公司采用AJ26发动机的事实本就饱受诟病。该发动机前身是NK－33，为40多年前苏联命途多舛的N－1登月火箭建造，从1969年2月－1972年11月，N－1火箭先后4次发射无一成功。20世纪90年代中期，美国喷气发动机公司（现喷气发动机-洛克达因公司，Aerojet Rocketdyne）和轨道科学公司以每台110万美元的成本从俄罗斯采购了36台NK－33发动机，添加了现代化电子设备和其他性能优化，并更名为AJ26。2014年5月，一台指定专用于2015年发射的AJ26发动机在NASA斯坦尼斯航天中心的试验台上爆炸。这2次事故之间是否有关联，或是否代表系统性缺陷，尚待分晓。

3 事故对后续发射的影响

事故造成的直接财产损失不大

所幸的是这次爆炸事故并未造成人员伤亡。

0A发射台是唯一有资格发射“安塔瑞斯”火箭的发射台，对现场的整体调查结果指出，地面系统受到的损失相当严重，但发射综合基础设施的主要部分没有受到严重损坏，尽管仍需一定维修。

事故现场照片

瓦勒普斯环境工作组也在对现场进行评估。初步观察结果是发射失败的环境影响大部分存在于瓦勒普斯岛南部三分之一紧邻发射台的区域之内，海岸警卫队和弗吉尼亚海洋资源委员会报告未监测到任何明显的水污染迹象。此外，初步评估还未显示对鱼类和野生动植物资源有任何明显影响。

随火箭爆炸而损毁的货物包括飞船所载食物、乘组设备、“国际空间站”硬件、舱外活动和计算机设备等。同时损毁的还有行星实验室公司（Planet Labs）的26颗小卫星和行星资源公司（Planetary Resource）的优先技术验证器拦截者－3（Arkyd－3）小卫星。

NASA“国际空间站”项目经理称，损失的货物都不是绝对重要的。因携带了超过900kg的科学货物，此次事故对“国际空间站”运行的短期影响限于站上正在进行的研究活动。站上食物还可维持数月，2014年10月29日发射的俄罗斯进步 M－25M货运飞船已为空间站送去补给。

对美国载人航天商业化影响有限，轨道科学公司受创严重

总装中的“天鹅座”货运飞船

NASA在事故发生之后发布的官方声明已明确表示，此次火箭发射失利不会影响其后续商业货运任务推进。NASA致力于扭转或至少改善自2011年航天飞机退役之后存在的借助他国航天器进入太空进行“国际空间站”货物补给和乘员轮换的局面。近年来，NASA推行商业航天的意志愈加坚决，涉及领域从近地空间拓展到深空。有理由相信，不论是NASA还是商业公司，都已从这种新型公私合作关系中广泛受益。受火箭爆炸事故影响最大的莫过于轨道科学公司本身在美国载人航天商业化进程中的作用和地位。

2014年9月，NASA刚宣布面向私人企业为“国际空间站”下一轮货运任务征询方案，且不仅限于首轮获选的太空探索技术公司（SpaceX）和轨道科学公司。轨道科学公司在这一轮货运合同中唯一的竞争对手—太空探索技术公司迄今为止的表现非常出色，于2012年5月完成“龙”货运飞船的首次验证飞行，其后分别于2012年10月、2013年3月、2014年4月和9月、2015年1月发射5次合同补给任务，均获完全成功。此外，NASA已于2014年9月敲定由太空探索技术公司的载人“龙”飞船和波音公司的乘员空间运输－100（CST－100）飞船共同为其执行未来的“国际空间站”载人运输任务。如果一切按计划进行，首次载人验证飞行任务将于2017年进行。

据报道，事故发生当天，轨道科学公司市值已下跌2.6亿美元。

继续履行NASA货运发射合同，加速发动机更新换代

2014年11月5日，轨道科学公司宣布了根据NASA“商业补给服务”计划继续履行合同，承诺及加速更新“安塔瑞斯”火箭主推进系统的全面计划。在事故根本原因调查清楚并解决之前，“安塔瑞斯”火箭不会再发射。轨道科学公司本打算在2017年更换“安塔瑞斯”火箭上的AJ26发动机，现在计划提前；本应再进行5次发射运送包含在合同中的其余货物，现在将设法仅用4次发射完成，进度相当紧张。

2014年12月，轨道科学公司与联合发射联盟公司签订合同，将在2015年第4季度用宇宙神－5火箭从卡纳维拉尔角发射下一次“天鹅座”飞船货运任务（Orb－4），如有需要将在2016年购买第2枚火箭。宇宙神－5火箭能让“天鹅座”飞船多运35%货物。与此同时，加速“安塔瑞斯”火箭主推进系统升级工作，已确认购买60台同样由俄罗斯制造的RD181发动机用以替换AJ26发动机，首批新发动机预计于2015年中运抵“安塔瑞斯”装配工厂，开始火箭总装和测试，并在2016年第1、第2和第4季度用升级后的“安塔瑞斯”火箭发射余下3次“天鹅座”飞船货运任务（Orb－5、6、7）。

人们必须接受的是，航天事业向来充满艰辛，灾难总会发生。人们以为阿波罗－1（Apollo-1）不会爆炸起火，但还没发射就令全体乘员丧命；阿波罗－13出现多系统故障的几率只有十亿分之一，但它还是发生了；“挑战者”（Challenger）和“哥伦比亚”航天飞机失事的画面也犹在眼前。“安塔瑞斯”火箭爆炸后仅3天，商业载人亚轨道飞行器太空船－2（SpaceShip Two）在美国加州坠毁，机上2名飞行员一死一伤。从载人航天活动开展以来直至今日，全世界已有18名航天员在载人轨道飞行任务中遇难，2人死于亚轨道飞行试验，11名航天员在训练和演习中殉职。

但正如NASA在官方声明中所说，我们从每次成功和挫败中不断学习，今天的失利不会阻挡我们继续向前的脚步。90多年前，现代火箭技术之父罗伯特·戈达德预言人类可以到达月球时，所有人都在嘲笑他。彼时，戈达德回应：“很难说有什么办不到的事情，因为昨天的梦想，可以是今天的希望，而且还可以成为明天的现实。”现在，这句话被刻在以他名字命名的NASA戈达德航天中心的一块纪念碑上，永恒不朽。

以太空探索为毕生事业的人不会独行，即使失败，也会有更多的人站在巨人的肩膀上继续前进。