看老外走過的彎路—太空浩劫，曲折的航天路

科技 07-11

主頁菌說

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超級loveovergold

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。

大量的航天發射故障分析的背後發現，除了火箭工況特殊，存在技術研發難度，尤其是低溫液體推進劑加註、泵送、燃燒、冷卻等難度特別大，說實話這些技術問題是有一定的發生概率的，但大量的故障原因根本上卻是管理的問題，包括制度不健全、職責不清、行政命令指揮、流程不完善、執行不力、工作作風敷衍、未閉環管理等問題。

本人從事管理工作多年，在寫本文的時候沒有挑選諸如日本LE-7液氫泵葉輪氣蝕事故、ATK"天鵝座"貨運飛船發射事故（NK-33質量問題）、阿里安5首發內存溢出事故等偏技術問題類型，入選的是痛心的、是管理上本可以避免的、卻又造成大量人員和財產損失的案例，非常建議對這些案例反思並徹底改變上述提到的問題！

開篇不多講，先看幾個案例！

一、領導瞎指揮----人類歷史上一次性傷亡最慘烈的事故

1960年10月，在蘇聯的拜克努爾火箭發射場（位於現在的

哈薩克境內）發生了一起火箭爆炸事故。

這次事故炸死了約200名蘇聯火箭專家、工程師和前蘇聯國防部副部長、戰略火箭部隊司令米·伊·聶德林元帥。

對這場災難蘇聯官方一直諱莫如深，直到30年後，幾個在事故中幸免於難的生還者才向外界透露了這次事故的內幕。

（一）政治獻禮的早產兒

火箭如果採用液氧燃料，明顯的缺點就是它所需的冷凍罐和制氧裝置等一切有關設備，很難逃脫間諜飛機以及後來的衛星偵察。蘇共總書記赫魯曉夫就要求火箭專家們儘快研製出容易隱蔽的常溫液體燃料火箭。不久，火箭總設計師米凱依爾·楊格爾設計的採用二甲基肼（UDMH （Heptyl））和硝酸混合物作燃料的SS-7火箭就問世了。

嚴格地講，這種新型火箭還不夠完善，在安全性上並不是很有把握，這在科學研究過程中是正常的現象。

但偏偏在這個時候，赫魯曉夫出訪美國，為了在談判桌上多一些討價還價的籌碼，他下令戰略火箭部隊用尚未使用過的新型火箭，作為洲際運載火箭，向夏威夷以南1000公里的海區發射。要求SS-7火箭必須能匹敵或超過美國大力神和雷神火箭，儘管火箭專家們對SS-7火箭並沒有很大把握，但迫於赫魯曉夫的壓力，還是匆匆忙忙執行發射命令。

SS-7 "Saddler"（馬鞍）彈道導彈

（二）官大一級壓死人

發射原定於1960年10月23日，由於火箭第一級的閥門出了故障，發射現場總指揮楊格爾向聶德林元帥報告，火箭不能如期發射，要延期5天。但聶德林不同意延期5天，只寬限了一天，改在24日夜晚發射。楊格爾說這樣太冒險，堅持要推遲5天。

聶德林元帥就舉出三條理由：

1．蘇聯已向全世界宣布，向太平洋發射運載火箭；

2．他相信蘇維埃的火箭不會失敗，因為社會主義制度優於美國的資本主義制度，美國的大力神火箭才會出事；

3．也就是最重要的一條，蘇聯的國家元首赫魯曉夫此刻正在美國訪問，此時發射意義重大，是政治性發射，赫魯曉夫正在美國等待著發射的消息，要宣布蘇聯擁有新的洲際導彈。

作為一個科學家楊格爾還是「固執己見」。

聶德林就不客氣地搬出「請執行命令」的紀律法寶，有理無權的楊格爾只好違心地服從了。

火箭已安裝在拜克努爾發射場第41號發射台，聶德林元帥心急火燎竟違犯規定，決定就地進行維修，不必放空燃料。修復後仍有點滴泄漏，但元帥認為不致危及火箭，別的火箭專家對這次政治性發射也不敢發表不同意見。

24日夜晚，楊格爾向聶德林元帥報告：「一切準備就緒??」元帥的臉上露出得意的笑容。他十分高興，因為命令畢竟統治科學。火箭總設計師楊格爾的心卻縮作一團??

（三）違反安全制度的瞎指揮

火箭首次發射是一件大事，聶德林親臨現場督陣。他一如既往坐在發射台不遠的地方，自以為在發射安全線之內，心事重重的楊格爾好心地提醒元帥在發射時務必到地下掩蔽部去，元帥卻不以為然：「蘇維埃軍人是不怕死的，我要將現場親眼目睹的發射情景向遠在大洋彼岸的赫魯曉夫報告??」聶德林不肯去地下掩蔽部，大部分專家也只好跟隨其後而不去掩蔽部。

聶德林與他的部下們談笑風生，萬萬沒有料到滅頂之災就要降臨。在發射倒記時第30秒鐘時，SS-7火箭突然猛烈爆炸，元帥和火箭專家們全部葬身火海。

待到灰飛煙滅，發射台已蕩然無存。少數幾個人雖幸免於難，但多年神志昏迷，大都成了殘廢。

幾天後，莫斯科的報紙登出了聶德林元帥「死於空難」的訃告。對這場災難隻字不提。事過30年後，終於在第41號發射台原址，舉行了這起火箭事故30周年紀念儀式。

幾個死裡逃生的倖存者也被允許講述當年事故的實情，外界才了解到火箭史上這起最大災難的一些真相。

二、焊料出錯----人類歷史上一次性傷亡第二慘烈的事故

對，還是蘇聯，毛子的航天史是無數鮮血鑄就的……

1990年蘇聯政府在向駐莫斯科的外國記者開放了位於莫斯科北部860公里處的普列謝茨克（Plesetsk）航天飛行中心。與此同時, 還證實了該中心在1980年火箭由於爆炸造成50人死亡的航天開發史上最大的嚴重事故。

「東方號」系列運載火箭是世界上第一個運載火箭系列，包括「衛星號」、「月球號」、「東方號」、「上升號」、「閃電號」、「聯盟號」、「進步號」等型號，是蘇聯發射第一顆人造衛星和第一艘載人飛船的運載火箭。

1980年3月18日, 正在加註推進劑的東方號（Vostok-2M）運載火箭在發射台上突然爆炸，燒死了45名技術人員當場被炸死, 另有5名燒傷嚴重，被送往醫院後也死了。

東方號芯一級RD-107是液氧煤油發動機，渦輪泵採用H2O2催化分解產生的高溫氣體作為驅動工質，對類似但避免的事故的調查顯示，在過氧化氫過濾器中用鉛基焊料替代錫基焊料，導致H2O2分解，從而引起爆炸。

Vostok 8K72K rocket on display in Moscow at the All Russia Exhibition CentreVostok 8K72K rocket on display in Moscow at the All Russia Exhibition Centre

老是黑毛子，不行，我調整一下！

三、究竟是公制，還是帝制？----3億2760萬美元買的教訓

秦始皇在兩千多年前就統一了中國的度量衡，但到目前在歐美還存在公制、帝制兩種不同的度量衡單位，導致的事故不勝枚舉。這裡就黑一下美帝。

火星氣候探測者號（Mars Climate Orbiter）是1998年浩大的火星研究計劃中的一部分，天文學家計劃利用火星氣候探測者號來研究火星大氣層、火星氣候及火星地表，並幫助火星極地著陸者號與地球來通訊。1998年12月11日於佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地 17號航天發射複合體發射，運載火箭為德爾他II 7425，7000系列重型火箭，二級採用TR-201,9個GEM-46固推。火箭最後的相對速度為每秒5.5公里，並將探測器送往6億6900萬公里外的目標，不過火星氣候探測者號後來在1999年9月23日在進入火星軌道的過程中失去聯絡，最終任務失敗。

火星氣候探測者號

令人詫異的失敗原因

1999年11月10日，火星氣候軌道器事故調查委員會發布了第一階段報告，詳細介紹可能導致探測器發生事故的問題。

火星也有大氣，火星氣候探測者號能夠存活的最低高度為80公里，天文學家在1999年9月8日完成彈道修正機動的計算，隨後在1999年9月15日執行，目的是讓探測器調整至最佳位置以進入火星軌道。科學家發現火星氣候探測者號最後的高度只有57公里，很有可能因為大氣壓力導致探測器瓦解。

任務失敗的主要原因是人為失誤！火星氣候探測者號上的飛行系統軟體使用公制單位牛頓計算推進器動力，而地面人員輸入的方向校正量和推進器參數則使用英制單位磅力。

進一步調查發現，是項目小組的一位成員使用英制計量單位，而不是NASA運用的公制計量單位。

火星氣候探測者號總成本是3億2760萬美元（包含軌道衛星及著陸衛星），花費1億9310萬美元來研發，花費9170萬美元來發射，花費4280萬美元來進行探測任務。

實際上這次失敗同樣也是管理的問題，因計量單位混淆的錯誤在此後的所有任務中被NASA小心地避免。

四、價值3.06億美元的一塊碎布---保險公司領導哭暈在衛生間

1990年2月22日阿里安44L火箭在法屬蓋亞那的發射，執行第36次發射任務。此次發射要把日本的兩顆通信衛星—超鳥1B和BS-2X發射升空，兩顆衛星總載荷為5.3噸，保險金額分別為2.16億和0.9億美元。然而發射後100秒發生了爆炸事故。

阿里安44L當年的發射剪輯，不太好找的視頻

7人調查組曾懷疑發射失敗的直接原因是第一級火箭上5台Viking5主發動機中有一台的壓力急速下降。但根據箭上設備遙測數據提供的各種線索進行分析後認為 , 一個擔負冷卻發動機任務的水管幾乎全部被堵塞 , 能夠通過的水量只有正常供水量的3%。

調查人員在蓋亞那航天中心的發射場附近找到的閥門殘件證實了這一懷疑，並發現有一塊布堵住了閥門。4月10日 ,閥門和有關的管子運回法國。

4月13日,這一套組件在巴黎附近的薩克萊噴氣發動機試驗中心進行檢測，但已經可以斷定,失事的原因是一塊布堵塞了冷卻管道。這塊布的尺寸約為30 毫米×20毫米，可能是工作人員擦拭管道內部時因疏忽大意而遺留在裡面的。

供水管道的內徑為40毫米，管道長11米 , 它是從位於第一級火箭中部的水箱連到Viking5發動機的, 用於向發動機供水，以冷卻第一級渦輪。織物進人供水系統, 將閥門部分阻塞。火箭發射後6.2秒, 由於閥門被堵, 水流不暢, 導致冷卻不足。

阿里安44L的故障示意圖阿里安44L的故障示意圖

承保的美國通用電氣公司和阿里安的保險子公司S3R損失慘重。

五、其實可以避免的挑戰者號太空梭的事故

事故發生時的錄像

1986年1月28日，挑戰者號太空梭發射後65秒時，航天員斯克比向地面報告「主發動機已加大」，「明白，全速前進」是地面測控中心收聽到的最後一句報告詞。第73秒時，高度16600米，太空梭突然閃出一團亮光，外掛燃料箱凌空爆炸，太空梭被炸得粉碎，與地面的通訊猝然中斷，監控中心屏幕上的數據陡然全部消失。挑戰者號變成了一團大火，兩枚失去控制的固體助推火箭脫離火球被引爆。七名機組人員全部遇難全世界為此震驚！

眾所周知的原因是低溫導致太空梭固體助推器O型密封圈硬化、失效導致。

命運多舛的「挑戰者」號太空梭發射前，LC-39B發射台上的設備已經結冰

但事實上這起事故完全可以避免。

太空梭的固體助推器在發射後的頭兩分鐘內，與太空梭的主發動機一同工作，到達一定高度後，與太空梭分離，前錐段里降落傘系統啟動，使其降落在大西洋上，可回收重複使用。

（一）問題早6個月已發現

太空梭的助推火箭為4段式固體助推火箭，每段之間接合處採用兩條名為「O圈」的橡膠密封圈，可以隨著鋼鋼質殼體一起擴張，並能彌合縫隙。但這兩條橡膠帶與鋼圈脫離哪怕0.2秒，助推器的燃料就會發生泄漏，固態火箭助推器就會爆炸。

「挑戰者」發射那天，天氣非常寒冷。氣溫降低後，這些「O圈」就變得非常堅硬，伸縮就更加困難。堅硬的「O圈」伸縮的速度變慢，密封的效果就大打折扣。雖然那可能只是零點幾秒的時間，但足以把一次本應成功的發射變成一場災難。

「挑戰者」的悲劇在於， Thiokol 公司（瑟奧科爾公司）工程師博伊斯喬利在發射前6個月就對「O圈」提出質疑，因為在此他曾親自跑到佛羅里達對上一次發射時使用的火箭進行了檢查，

讓他吃驚的是，第一層「O圈」失靈，熱氣跑了出來，幸運的是，第二層「O圈」攔住了熱氣

。博伊斯喬利仍保存著當時拍攝的「O圈」照片，本應是蜜色的潤滑油被熏成了黑色。第一層「O圈」的很多部分不見了，很顯然，它們被烤焦了。他說：「我看到這一切時，心口像堵上了一團棉花。那次發射太空梭竟然沒有爆炸，簡直是奇蹟！」

SRB分段之間的密封結構剖面，其中B和C分別是文中提到的第一層密封環（base O-ring gasket）和第二層密封環（backup O-ring gasket）

博伊斯喬利的分析引起了宇航局的注意，把「O圈」列入需要認真檢查名單。瑟奧科爾公司也成立了一支「特遣部隊」，專門解決這一問題。然而，由於器材和人手短缺，課題進展緩慢。作為「特遣部隊」一員的博伊斯喬利給瑟奧科爾公司副總裁發去一件備忘錄，請求對「O圈」進行全面的更嚴格的試驗。

（二）取悅顧主釀大禍

那天下午，卡納維拉爾角的氣溫驟降，發射小組需要聽一聽專家們的意見。下午6點左右，電話打到猶他州問瑟奧科爾公司的專家們是否對零下5℃發射他們的火箭存有疑慮。專家們的回答是「是」。瑟奧科爾公司的底線是，它不希望依據它的資料庫之外的數據飛行，也就是說，氣溫低於零下12℃絕對不能飛這是迄今為止記錄的發射時的最低氣溫。

討論進行了近5個小時，宇航局終於表示，它不會不聽火箭設計者的建議而強行發射。

但就在這個時候，瑟奧科爾公司副總裁請求暫停會議5分鐘，瑟奧科爾總裁傑里·馬森就開口說：「我們必須作出一個可操作的決定」公司主管為了取悅最主要的客戶——宇航局，態度已從「不要發射」變成了「可以發射」

於是，

悲劇發生了……

（三）事故回放

發射時氣溫過低，發射台上已經結冰，造成固定右副燃料艙的O形環硬化，失效。在點火時，火焰從上往下燒O型環要及時膨脹，但O型環已經失效，火焰往外冒，斷斷續續冒出了黑煙。但是由於燃料中添加了鋁，燃燒形成的鋁渣堵住了裂縫，在明火衝出裂縫前臨時替代了O型環的密封作用。

在爆炸前十幾秒，宇航飛船遭到一股強氣流，威力相當與卡特里娜颶風。

凝結尾出現了不同尋常的「Z」字尾，接下來的震動讓鋁渣脫落，移除了阻礙明火從接縫處泄漏出來的最後一個屏障

，火焰噴射在主燃料艙上，在爆炸前一秒，火焰燒灼讓主燃料艙的O型環脫落，造成了主燃料艙底部脫落。助推器的頂端也撞上了主燃料艙的頂部，灼熱的氣體竄入頂端充滿液氧的艙室，導致了大爆炸。在發射後73秒，「挑戰者」號在40000公升燃料的爆炸下，炸成了幾千個碎片。