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阿丽亚娜5ECA火箭失利对我们的启示

http://www.sina.com.cn 2003年09月24日09:36 新浪科技

  2002年11月11日,阿丽亚娜5ECA型火箭发射,火箭起飞96秒后,主级发动机Vulcain-2的冷却循环系统出现故障,飞行186秒后,火箭飞行控制受到严重干扰,火箭偏离预定轨道,456秒后,火箭自毁爆炸。火箭运载的总价值为6.34亿美元的两颗卫星落入大西洋。事故调查委员会的报告指出,Vulcain-2主级发动机冷却循环系统的泄漏导致了这次事故。

  这次失利后,阿丽亚娜公司定于2003年1月20日前,提出一份使阿丽亚娜5ECA火箭于2
003年下半年重新投入商业飞行的工作计划。这次发射失利使阿丽亚娜通过5型火箭单一生产线来维持公司获利的运作进入停滞状态,很有可能推迟阿丽亚娜公司期望在2003年初与其客户签署的30份火箭发射合同,使未来一段时间的商业发射服务市场竞争更加激烈。

  2002年四季度是国际航天领域的事故高峰时段,国外运载火箭发射失利的故障频繁出现:11月26日,国际发射服务公司使用质子号运载火箭发射了一颗迄今为止世界上最大的通讯卫星,由于火箭上面级未能二次启动,这颗欧洲制造的大型通讯卫星未能进入预定轨道。10月16日,俄罗斯进行的"光子M"国际太空实验室发射惨遭失败,运载火箭发生爆炸,"光子M"国际太空实验室当即烧毁。

  在国外运载火箭相继失利的时期,中国长征系列运载火箭继续保持连续成功的势头,将连续成功的次数扩大为27次,这是中国航天高度重视质量和管理所取得的成果。但是,我们不能就此满足,各级领导也多次警示我们,在成绩面前要保持高度警觉。近期阿里亚娜等国际知名火箭的失利为我们敲响了警钟,面对国际航天界频繁出现的事故,我们应汲取教训,找出自身的不足,及时改进,防患于未然。

  一.可靠性增长是保证现役火箭持续发射成功的基础

  阿里亚娜5型火箭正在处于性能提升期,火箭的技术状态在不断地改进,性能渐进性改善,但改进状态较大,从这次事故看来,质量和可靠性控制较薄弱,主要改进方向的上面级没有得到飞行考验,而在火箭其他方面做了过多的改进,对已经飞行的成功主发动机的技术状态做了重大更改,并没有做到在地面充分验证,直至在飞行阶段才暴露问题。

  为适应市场的需求,改善火箭的性能在一定程度上是必要的,但是现役火箭的重点是严格控制技术状态,提升可靠性水平,确保发射成功。

  回顾长征火箭的发展历程,正是经过严格的质量控制和技术状态控制,现役长征系列运载火箭已逐步走出上个世纪90年代连续失利的低谷,已进入相对稳定的阶段。中国长征系列运载火箭是在60年代开始研制的导弹技术基础上发展起来的,此后,火箭装箭单机可靠性方面虽然取得了一些进展,但火箭的设计可靠性并没有获得本质的提高。火箭的单点失效模式仍然大量存在,影响成败的重要系统并没有采取单机和系统级冗余措施,还存在很多设计隐患。近几年完善管理措施,对产品质量控制,保证火箭发射连续成功,起到了积极的作用,但并不能改善火箭的固有可靠性指标。要想进一步保持连续成功的良好势头,必须提升运载火箭的可靠性水平。

  运载火箭可靠性增长的目标应是使长征系列运载火箭的可靠性水平上一个台阶(提高到0.95左右),为后续卫星发射的连续成功打下坚实的基础。重点是解决产品潜在的故障隐患、薄弱环节、成败型故障隐患,特别是具有单点失效模式的关键件;解决近年来在产品研制、生产、发射场测试发射过程中出现的产品质量问题,特别是多次出现但仍未彻底根治的老问题。

  在重要环节和可靠性薄弱环节采用冗余技术,是提高系统可靠性的重要措施,针对运载火箭可靠性指标要求低于载人航天工程的可靠性指标要求的特点,关键系统的的冗余措施可不采用全冗余方案。此外,在可能的情况下,移植其它型号(如载人航天工程)证明是高可靠的设计或产品也是较合理地选择。

  在可靠性增长项目执行过程中,技术状态更改必须严格按集团公司充分论证,试验验证,各方认可,审批完备、落实到位五条原则进行严格的控制,不能因技术状态改变,而导致产品可靠性降低。所有新技术的采用前,必须通过充分的论证和地面试验验证。在可靠性增长项目实施过程中,要加强集中管理,使运载火箭各型号可靠性增长工作各有侧重,成果共享,共同提高。

  航天是一个高风险、高投入、技术进步快的行业,开展可靠性增长工作,可以消除现有火箭的可靠性隐患,是提高发射成功率的最有效手段,对于保证卫星的成功发射,确保国民经济和国防建设的持续发展,避免因发射失利带来的经济、军事、政治上的巨大损失,其社会效益和经济效益是显而易见的。可靠性增长的成果应用于型号,长征系列运载火箭的可靠性水平将有大幅度的提高,继续提高发射成功率将成为可能。

  二、我国新一代运载火箭应系列化、持续发展

  1998年10月21日,阿丽亚娜5型火箭第三次验证飞行取得成功,从而使欧空局耗资90亿美元、历时13年的大型火箭研制画上了句号。由于前两次验证飞行的失利,阿里亚娜5型火箭的研制计划拖期三年。至今阿里亚娜5火箭十四次发射,共出现四次失利。

  阿里亚娜5型火箭最初主要是针对Hermes小型航天飞机研制的。随着Hermes方案的撤销,阿里亚娜5型火箭转向用于商业发射服务市场。应用领域的变化及顶层设计、优化不够充分,使得其基本型适应能力受到限制,发射单星运载能力偏大,发射双星运载能力偏弱。为了增强竞争能力,在进入商业飞行阶段后,欧空局实施渐进性的改进计划,继续投入十多亿美元,改进阿丽亚娜5型火箭,到2000年,其运载能力提高至6300Kg。到2002年底阿里亚娜5ECA型火箭运载能力提高到10000Kg。2006年阿里亚娜航天公司将推出"阿丽亚娜5ESCB"火箭,该火箭可以将12000Kg的有效载荷送入GTO轨道。在改进计划中,不仅上面级发动机,而且,经试验验证和多次飞行考验的基础级发动机都作了改动。有些改进项目难以在地面状态下进行验证。这次发射是阿里亚娜5ECA型火箭的首飞,阿里亚娜5ECA火箭上安装了数个未在真正的飞行任务中得到考验的新部件或改进过的部件,其中包括加强型固体助推器和改进型主级Vulcain-2发动机。

  目前,我国新一代运载火箭正处在可行性方案论证阶段,新一代运载火箭的预研工作已经全面展开,按动力装置先行的火箭研制规律,无毒、污染的液氧煤油和液氢液氧发动机也已经开始研制,经过初步论证,新一代运载系列火箭低轨道运载能力可达到25吨,地球同步轨道运载能力可覆盖1.5-14吨,满足未来各种航天器的发射需要。

  总结在阿里亚娜5基本型不断改进性能的经验教训,我国新一代运载火箭的发展要立足长远,统筹规划,优先发展,分布实施,掌握关键技术,实现系列化发展的总体规划。要在更高层次的平台开展研制工作,按照"无毒、无污染、低成本、高可靠、适应性强、安全性好"的原则所形成的"一个系列、两种发动机、三个模块"的发展思路,避免因目标的变动而导致研制费用增加,研制周期延长;从新一代运载火箭研制初期就加强顶层设计和总体技术优化等工作,采用通用化、系列化、组合化的设计思想,实现我国运载火箭技术的持续发展,保证新一代运载火箭在一定时期技术状态的相对稳定,通过不同模块的组合适应市场的需求,确保发射的可靠性。

  三、实现高水平的服务,质量是根本保证

  当今,国际商业发射服务竞争异常激烈,为适应卫星技术发展的需要,各国运载火箭都在大幅度的提高服务质量,通过灵活、方便、快捷的服务,让客户满意。中国航天要想开拓国际市场,在日益激烈的市场竞争中占有一席之地,也必须提高服务意识,完善服务能力和水平。

  为了提高服务水平,2003年,长征系列运载火箭将实施新的测试发射流程,新流程将加强出厂测试,简化火箭在技术中心的测试,保持电气系统测试、总检查次数不变或只增不减,保持发射中心各系统测试项目不变,减少产品在发射场出现问题的概率,缩短发射周期,将发射流程从原来的50天左右缩短为30天以内。这将有利于提高长征火箭的服务能力和服务水平,进一步提升运载火箭参与市场竞争的能力。

  但是,实施新流程、改善服务质量,是以技术水平、管理水平和质量保证能力为基础的。它对火箭出厂前的工作,对产品的质量控制提出了更高的要求,要求研制队伍进一步强化质量问题归零,严格控制技术状态,切实做好测试覆盖性的工作等一系列近年来行之有效的成功经验。充分做好出厂前各项研制工作,搞好研制生产过程当中的质量控制、把关,是确保发射成功的重要环节,这是近年来长征系列运载火箭连续发射成功的重要措施,对2003年运载火箭简化发射场技术中心测试,缩短发射周期更具有重要的现实意义。只有通过有效的产品质量控制,确保成功,才能使新流程的顺利实施,在实践中验证加强出厂测试,简化技术中心流程,缩短发射周期的可行性,使新流程在实践中不断总结、完善、进一步推广使用。

  四、更新观念,通过运载产业化建设增强我国航天实力

  我国运载火箭的管理体制正处于从计划经济向市场经济转变的过渡过程中。计划经济的惯性,使得我们对国外同行先进管理模式的敏感性不够,对市场的适应和应变能力不强。虽然阿丽亚娜5火箭发射失利的次数比以往有了增长,但阿里亚娜火箭在规模生产、产业发展、通过维持单一生产线来降低成本等开拓市场的运作模式,高效的生产组织能力,密集发射频度的保障能力等许多方面的成功经验值得我们学习、借鉴。

  加速新一代运载火箭的发展,必须首先转变观念:不仅解决产品技术问题,而且由产品开发向产品经营、产业经营方向转变,以新一代运载火箭技术发展为契机,全面推进我国航天运载产业化进程,使队伍建设、制度建设、技术条件等诸项建设,统筹规划、协调发展,同步推进,形成规模化的具有世界竞争力的产业体系。

  系列化发展的新一代运载火箭,将构成我国运载火箭的技术和产品基础,在此基础之上,我国的航天运载业应具有保障国家需求和与世界竞争的实力,这个实力应以航天运载产业化发展为基础,一方面通过航天运载产业化增强自身的实力,保障运载火箭研制生产能力,组织协调能力,质量控制能力,技术保障能力的全面提升,在未来能向国家和市场提供可靠的适应性强的商品。另一方面要从小批量研制向规模化生产过渡,利用国家的大工业基础设施,形成全国一体的航天运载工业体系,用现代产业规模的生产和经营体系,利用现代的管理体系,经营新一代运载火箭,降低成本,提高效益,提高市场的竞争能力,实现产业化规模生产,形成一定的经济循环圈,是航天运载技术作为国家进入空间的基础能力,巩固和加强我国航天大国的世界地位,在日益激烈的市场中占有一席之地。(姜乙先王建杰郝希凡)


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