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史海回眸:大力神4B运载火箭两次发射卫星失败

http://jczs.sina.com.cn 2005年10月21日 15:08 舰船知识网络版

  美国空军1999年4月9日和30日用大力神4B运载火箭在卡纳维拉尔角进行了两次军事卫星的发射,结果均以失败而告终。加上去年8月12日大力神4A发射一颗侦察卫星失败,这已是大力神4型火箭连续三射不中。一种火箭接连三次失败,是美国几十年来从未出现的事情。三次失败不仅造成了30多亿美元的巨大损失,而且会严重影响美国军事航天计划的开展。另外,连续的失败还为美国其它火箭近期的发射投下了阴影。根据安排,4月到7月中旬安排在卡角和范登堡空军基地发射的美国政府和商业卫星及运载火箭的总价值超过60亿美元。

  预警星夭折

  1999年4月9日发射的大力神4B携带的是一颗国防支援计划(DSP)导弹预警卫星,但由于

火箭所用的惯性上面级(IUS)出现故障,这颗价值2.5亿美元的卫星未能进入预定轨道。包括运载火箭在内,此次发射失败的损失高达6.82亿美元(运载火箭的费用为4.32亿美元,其中IUS上面级占7000万美元)。美国空军已开始进行故障调查。

  这次发射的卫星编号为DSP-19,是由TRW公司和航空喷气发动机公司制造的。卫星本应发射到静地轨道上,但由于IUS出现故障,它被留在一条派不上大用场的大椭圆轨道上。据知情人士透露,如果能得到控制,该卫星仍可用于进行一些试验,但作为导弹预警卫星的功能已然丧失。卫星自身携带的推进剂不足以用来把它送入静地轨道。

  此次发射所用的IUS上面级有两级,两级需按顺序点火工作。第二级使用的是普惠公司化学系统分部生产的奥巴斯6E型固体推进剂发动机。该发动机的延伸式喷管分三段,其中可伸展的两段在发射过程中处在收起状态,在上面级第一级工作完毕并分离后通过机械装置伸展到位。如喷管伸展不当,会严重影响发动机的性能,并会影响到推力向量控制。

  高62米多的这枚大力神4B/IUS火箭是在15兆牛起飞推力的推动下从卡角第41号发射台起飞的。这也是该发射台最后一次用于发射大力神火箭。这座有着35年航天发射经历的发射台此后将移交给洛克希德·马丁公司,改造后将用于发射洛马公司的宇宙神5型运载火箭。

  火箭起飞后,其芯级和固体助推器把上面级及有效载荷送到了742公里×188公里、倾角28.6度的一条初始轨道。起飞后1小时53分,IUS的奥巴斯21第一级火箭(推力为185千牛)点火,并工作了约100秒,把上面级与有效载荷的组合体送入预定的大椭圆形转移轨道。此后,组合体开始向远地点滑行。到起飞后6小时33分,第二级奥巴斯6E发动机(推力78千牛)应点火工作,以把轨道圆化为高约3.6万公里的静地轨道,但最终却使有效载荷困在了一条不正常的大椭圆轨道上。

  造成1998年8月大力神4A爆炸事故的原因是芯级火箭第二级出现短路。那次事故的调查工作花了4500万美元,美国空军和洛马公司随后出台了更为严格的组装和检测程序。DSP-19的发射失败将会给美国的导弹预警能力带来影响。美国空军将用新型的天基红外系统(SBIRS)取代目前的DSP系统,但从现在起到2003年还将再发射4颗DSP卫星,其中今年底将再次用大力神4B/IUS发射一颗这种卫星。

  IUS上面级投入使用已有15年历史,算上本次发射只失败过两次。上次失败是在1983年

航天飞机发射一颗跟踪与数据中继卫星(TDRS)时。当时其第二级的隔热层破裂,使卫星滞留在一条椭圆轨道上。好在那颗卫星利用自身携带的推进剂最终还是进入了静地轨道。

  军星失落

  1999年4月30日,急于挽回DSP-19发射失败所带来的影响的美国空军和洛马公司再次进行了大力神4B的发射。这次发射使用的是另一种上面级,有效载荷为一颗造价8亿美元的军星通信卫星。美国空军之所以批准进行这次发射,主要考虑的是上次失败是IUS上面级问题所致,而这次并未使用这种上面级。但没有想到的是,这次发射又是在刚开始很顺利的情况下,在最后关头,上面级出了问题。加上火箭成本,此次发射损失达12亿美元。

  这次发射所用的是液体的半人马座上面级。这种上面级采用两台普惠公司生产的RL-10发动机,两台发动机的总推力为147千牛,推进剂为液氢和液氧。火箭于美国东部时间中午12时30分起飞。起飞后约1个小时左右,即上面级开始第二次点火工作(按计划,该上面级共需工作3次)之前,发射解说突然中断。直到晚上,美国空军才对外宣布,发射又失败了。据称,半人马座完成了3次点火工作,但点火工作的时机过早,星箭分离时间比预定时间早了4个小时左右,从而使卫星困在了高740公里×5000公里的一条轨道上。空军官员说,他们正在设法让卫星利用星上推进剂进入一条相对比较有用的轨道。

  军星系统拟由4颗卫星组网,覆盖南、北纬65度之间的广大区域。美国建造该系统的最初设想是要拥有一个能在核冲突中生存下来并在国家指挥机关(总统)与舰船、飞机和导弹指挥员之间建立通信联系的通信系统。头两颗军星(军星1)已于1994年2月7日和1995年11月5日发射入轨,每颗造价高达10亿美元。冷战后,美国调整了军星的设计和使用思想,使其除能用于战略通信外,也能提供给战术部队使用。这次发射的是军星2配置。

  在大力神屡屡受挫的同时,洛马公司的另一运载火箭系列宇宙神/半人马座则显得一路顺风。4月12日,即DSP-19发射后3天,一枚宇宙神2AS型火箭在卡角成功地发射了欧洲通信卫星W3。这次发射的星箭总价值达到2亿美元。这已是宇宙神/半人马座火箭在5年中连续43次发射成功。欧洲通信卫星W3是由阿列尼亚公司和

阿尔卡特空间公司研制的,采用空间客车3000平台,重3175公斤,带有24台数字式Ku波段转发器,是欧洲通信卫星组织迄今发射的最重的一颗卫星。

  但洛马公司的另一种运载火箭——雅典娜却和大力神4成了真正的难兄难弟。4月27日,即发射军星的大力神4B起飞前3天,一枚雅典娜2型火箭在范登堡空军基地发射伊克诺斯1高分辨率商业遥感卫星时,因有效载荷整流罩未能正常分离,使卫星未能进入预定轨道。伊克诺斯1的分辨率可达1米,是第一颗高分辨率商业遥感卫星。卫星因未能达到入轨所要求的速度,最终掉入地球大气层。这次发射的具体价格未对外透露,洛马公司只是说雅典娜火箭的发射成本在2000~2500万美元之间。

  展开调查

  大力神4型火箭连射连败,使美国空军受到极大的震动。5月6日,美国空军宣布,将由美国空军航天司令部对它的军事航天发射工作进行一次全面审查。这次大检查的目的是分析近期发射失败的原因,提出防止发生类似事故的改正措施,以保证国防卫星及时而成功的发射。审查工作将与美国国家侦察办公室联合进行,与军事、民用和商业卫星发射有关的部门也将参加审查。随后,克林顿总统又下令对去年8月以来的6次卫星发射失败进行更高级别的调查。

  在此之前,洛马公司于5月4日宣布,它已任命了一个独立评审委员会,以对大力神4和雅典娜2型火箭一个月内的三次发射失败进行调查。独立评审委员会的任务是对有关部门的项目管理、工程和制造工艺及质量控制措施进行全面研究,9月1日前呈交研究报告。委员会由前马丁·玛丽埃塔公司总裁托马斯·扬任主席,其它成员都是本公司和外聘的专家。

  初步调查发现,造成4月9日大力神4B发射失败的问题出在上面级级间分离上。数据表明,上面级第一级和第二级之间有两根分离断线装置断开,说明两级确实进行了分离,但同时还有一根连线上有电信号,说明两级并未彻底分开。其结果是,第二级喷管的两个延伸段在第二级点火过程中只伸出了一部分,直到点火后才全部伸出。这导致了上面级和卫星在转移轨道上的翻滚。

  另据5月10日出版的美国《航空周刊与航天技术》杂志报道,造成4月30日大力神4B/半人马座火箭发射失败的原因是半人马座上面级控制系统所用的软件出现故障,导致该级错误工作,从而把军星送到了一条错误轨道。报道说,软件问题是在发射后9分钟左右半人马座正在进行首次工作时出现的,致使该上面级偏离了正常飞行路线。软件问题还可能使后续的两次点火工作出现错误,并导致了卫星过早分离。

  如果这一报道属实,那将说明洛马航天公司(洛马公司责生产半人马座火箭的下属公司)的质量控制措施不力,同时也可能意味着这次失败与4天后德尔它3上面级未能把奥利昂3送入正确轨道没有关系。在德尔它3的那次发射中,该火箭第二级预定工作两次,但第二次工作基本上没有进行。半人马座和德尔它3的第二级均使用普惠公司的RL-10发动机,但两者间有较大区别,控制系统所用的软件可能不会相同。

  洛马公司是世界著名的宇航公司,在全球各地拥有雇员16.5万人,1998年的销售额达260亿美元以上。

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