发射为什么失败？2022年全球火箭重大事故盘点

以下文章来源于质量与可靠性 ，作者孟玲羽

质量与可靠性.

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作 者：中国航天工业质量协会 孟玲羽

引言

2022年，全球共进行了186次航天发射任务，平均约2天执行1次发射任务，打破了2021年刚创造的146次航天发射的纪录，成为人类开展航天活动以来发射次数最多的年份。本年度全球成功发射179次，此外42个航天器因7次发射失败和1次部分失败未能入轨。我国发射64次，涉及190余个航天器，其中15个因2次发射失败未能入轨，成功率96.88%，在世界航天发射总数占比为34.41%。

由此可见，2022年见证了许多历史性的发射成功，同时也出现发射失败的情况。发射失利的火箭中有的未能进入太空，有的在进入太空后未能成功部署载荷。以下是2022年各国的十个运载火箭重大质量事故及其失败的技术原因分析。

一

美国Astra: 3.3火箭

2022年2月10日，在佛罗里达州卡角太空军事基地，美国群星空间公司（Astra Space）实施了ELaNa 41发射任务，一枚编号为LV0008的两级火箭在发射向太空的最初表现良好，但是飞行约3分钟后，分离动作未按照预定方式执行。箭上摄像机图像显示，整流罩似乎直到上面级发动机点火后才分离，将两个前锥体炸成两半，同时让芯级快速旋转。NASA因此损失了ELaNa 41任务的4颗立方体卫星。

Astra在事后宣布造成此次发射失败的两个故障来自有效整流罩分离和上面级推力矢量控制（TVC）。根据Astra和美国联邦航空管理局（FAA）的联合调查分析，由于电气问题，LV0008上的有效载荷整流罩未能在上级发动机点火之前正确分离。3.3火箭的整流罩中五个分离机制的触发顺序错误，导致整流罩意外移动，进而引发电线断开。这意味着五个分离机构之一没有收到打开命令，从而阻止整流罩完全分离。经过进一步调查，Astra将整流罩分离问题的根本原因限定为电气线束工程图中分离机制的错误。线束按照图纸和安装程序的规定进行布置和安装，但图纸本身的错误导致其中两个线束通道发生误换。在发射前进行的终检信号测试只能验证线束的制造符合规格，无法发现设计本身的错误。设计失误导致了分离通道的交换，使得分离通道的触发顺序与预期不同，进而发生整流罩运行事故。

除了整流罩的故障以外，Astra还发现软件存在问题，导致上层级发动机Aether无法利用其推力矢量控制（TVC）系统—该系统使发动机实现对飞行器的稳定和机动控制。在整流罩偏离正常分离后，这种推力矢量的损失导致上面级失控，并最终造成ELaNa 41任务的失利。此软件问题具体归因于“数据包丢失”这一故障模式。信号丢失导致了一系列不可控的后续事故，最终致使推力矢量的丧失和无法补救的上面级失控。

当被问及上面级TVC异常是否引起了整流罩异常的连锁反应，Astra表示已经确定这些问题是互相独立的。

二

中国星际荣耀：双曲线一号火箭

早在2019年7月，四级固体火箭“双曲线一号”（Hyperbola 1）的成功发射让星际荣耀公司（iSpace）一跃成为中国首家实现火箭入轨的民营公司。然而此后的进展并不顺利，继去年两次发射失败后，该公司今年又接连遭遇第三次失败。

5月13日，第4枚“双曲线一号”从位于戈壁沙漠的酒泉卫星发射中心点火升空。根据航天爱好者拍摄的视频，这次发射起初似乎一切顺利，可随后没有等来发射成功的确认消息。这家总部位于北京的公司随后宣布火箭飞行异常，发射任务失利，并且证实了火箭及其有效载荷的损失。

双曲线一号遥四飞行（图源：哔哩哔哩）

2022年10月18日，星际荣耀公司组织召开了双曲线一号遥四运载火箭飞行故障归零评审会，与会专家一致认可飞行故障原因和归零措施的有效性，完成归零工作闭环。

经查，双曲线一号遥四运载火箭飞行故障定位于多余物，导致箭上2000N姿控发动机燃料路主阀关闭不严出现燃料泄漏，燃料提前耗尽后姿轨控动力系统失去控制能力，三级飞行段姿态超差，触发箭上主动安控条件，火箭执行自毁指令，飞行失利。

星际荣耀表示，多余物导致火箭飞行试验失利，付出了惨痛的代价。公司在全面落实故障改进措施的基础上，开展后续火箭研制生产，认真整改，全力保障后续任务成功。

三

美国Astra：3.3火箭

6月12日，Astra遭遇了2022年的第二次失败，导致NASA损失了两枚用于研究飓风的TROPICS 立方体卫星。

Astra负责火箭一级与发动机生产的高级经理阿曼达·杜克·弗莱（Amanda Durk Frye）在发射现场就发射情况表示，虽然火箭第一级成功完成了飞行任务，但火箭上面级发动机提前关闭，导致有效载荷无法进入轨道。

在另一份声明中，Astra称此次的火箭发射失利原因已确定为高于正常水平的燃料消耗率导致上面级提前关闭。通过飞行数据的审查、飞行时间线的复原和故障树的全面构造，Astra将根本原因限定到上面级发动机的问题。同时，多轮测试的结果和飞行中的故障情况一致。

四

印度航天局：SSLV火箭

2022年8月6日，印度在东南部海岸的萨蒂什·达万航天中心发射了一枚名为小型卫星运载火箭(Small Satellite Launch Vehicle, SSLV)的新型火箭，火箭在早期飞行阶段进展顺利，但在第四级也是火箭最后一级飞行期间遇到了失败。

一个传感器故障使得火箭上面级未能成功将两颗卫星送入预定轨道，这也意味着它们无法使用。印度空间研究组织ISRO主席S·索马纳特在发射后的声明中表示，两颗卫星被放置在了一个椭圆轨道上，而非预定的圆形轨道。卫星距离地球最近的高度仅有76公里，这意味着两颗卫星很快就坠入地球大气层并彻底报废。

ISRO将此次发射失败的原因归结于识别传感器故障的逻辑启动了打捞操作（salvage operation），导致火箭强制切换到应急模式上，从而使其进入了错误的轨道。逻辑是一个预加载的命令，它根据机载计算机可用的信息，根据火箭所处的不同场景启用相应的一系列操作。根据印度媒体的报道，SSLV运载火箭一共分为四级，在此次发射中，前三级都正常工作并完成了分离，但在第四级速度微调模组（VTM）开机后信号丢失。根据飞控中心的火箭上升曲线显示，在第四级火箭运行时，曲线出现了明显的起伏波动，这表明其推进系统出现了故障。当出现这种异常时，机载计算机判断加速度计（即传感器）出现故障，然后计算机开启打捞操作。根据发射文件，VTM本应在下一次发射后的653秒时燃烧20秒。然而，它只燃烧了0.1秒，这使得火箭无法到达必要的飞行高度。VTM燃烧后，火箭上的两颗卫星与火箭分离，于是它们偏离了原来的轨道路线，而且进入了错误的椭圆轨道，从而导致最终火箭发射失利。

五

美国蓝色起源：新谢泼德火箭

蓝色起源公司的“新谢泼德”可重复使用亚轨道运载火箭从德克萨斯州西部的一号发射场发射升空，一次可将6名乘客送往卡门线附近，卡门线（Kármán line）是地球大气层与外层空间的非官方定义的分界线，此处位于海拔100公里处。

在9月12日的发射任务中，发射并没有按预期的进行。发射启动后1分05秒，在火箭抵达到达9000米高度之前，“新谢泼德”火箭助推器出现了故障。火箭逃生系统按计划立即开启工作，将太空舱与故障的助推器弹射分离。太空舱在降落伞的帮助下安全降落到地面并成功回收，但火箭助推器很可能已经损坏。

9月12日，火箭的一级助推器引擎喷出一团巨大的黄色火焰。图自推特

据负责监督和管理发射场安全的美国联邦航空管理局（FAA）表示，该火箭的助推器在一个指定的区域内坠毁。蓝色起源当天也在社交媒体上证实，火箭助推器出现故障，但“逃生系统按设计运行”，并补充称，“在今天的飞行中，太空舱逃生系统成功将太空舱与助推器分离，助推器最后撞击了地面。没有人员伤亡的报告。”

FAA表示，蓝色起源的新谢泼德火箭舰队将停飞，直到FAA批准蓝色起源主导的事故调查结果。

六

美国萤火虫：阿尔法火箭

10月1日，萤火虫航天公司第二次尝试发射该公司高度为29米的阿尔法火箭。火箭从位于美国加州的范登堡太空部队基地发射，并成功将三颗卫星送入近地轨道。此次发射过程似乎进展顺利，对萤火虫航天公司来说，是自2021年9月火箭首次发射失败后的一次可喜成果，在第一次发射中，火箭的一个一级发动机过早关闭导致发射失败。

萤火虫航天公司的阿尔法火箭于2022年10月1日从范登堡太空部队基地发射。(图片来源:Everyday Astronaut/Firefly Aerospace)

虽然该公司已经宣布本次发射成功，但任务还是受到了影响。火箭于升空后7分35秒后进入地球低轨道，但第二阶发动机较预期低的推力，导致有效载荷未能进入预定300公里轨道，取而代之的是，载荷被送入高度低于预期的200公里椭圆轨道。尽管载荷成功投放，但寿命将较预期短，且其中三颗卫星已经在10月5日重返大气层，另一颗也于10月7日重返大气层，都远远早于预期时间。面对这种情况，该公司仍然表现出了乐观态度，称只需要对下一个任务进行非常微小的调整即可。然而，太空交通管理公司（Slingshot Aerospace）旗下的一家运营卫星数据库公司Seradata于10月6日宣布发射失败，“因为与设计的预期寿命相比，搭载的七颗卫星可能会损失寿命。”此次测试为部分失败，但同时为萤火虫太空首次成功发射火箭进入地球轨道。

七

英国Skyrora：云雀L火箭

英国天空曙光公司（Skyrora）的 “云雀L”亚轨道运载火箭在2022年10月的首次试射中未能成功进入太空。

英国天空曙光公司是欧洲一众尝试将火箭送入轨道的发射初创公司之一，计划在2023年发射“云雀XL”（Skyrora XL）运载火箭。作为实现这一目标的第一步，该公司于今年10月8日尝试从冰岛海岸发射一枚亚轨道运载火箭，目标是将火箭送入125公里的高度。但第一次发射通常来说并不能一帆风顺，而且往往是用于提供经验与教训。该公司管理人员表示，“云雀L”火箭并没有达到目标高度，火箭在升空后不久就关闭了助推器，坠入距离沿海地点约500米的挪威海。

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在计划进行轨道发射任务之前，该公司预计在2023年第二季度可能会再次进行一次新的亚轨道发射尝试。公司计划让潜水员定位并取回火箭以进行进一步研究，包括如何扩大发动机的可重复使用性。

八

日本航天局：艾普斯龙火箭

作为日本2022年第一次也是唯一一次发射尝试，10月11日，一枚“艾普斯龙”火箭从日本内之浦航天中心发射升空，执行名为“创新卫星技术演示3号”的任务。

火箭的前两级在发射之后的工作状况一切似乎都进展良好，但网络直播画面表明，在火箭在第三级应该启动的时刻出现了故障。最终任务控制人员启动了“艾普斯龙”火箭的发射终止系统，摧毁了火箭。

“艾普斯龙”是日本的宇宙航空研究开发机构（JAXA）与民间业者IHI共同研发、用来发射人造卫星的固体燃料火箭。有分析称，这种固体燃料火箭的类型是此次发射失利的主要原因。该型火箭的优点是发射机动灵活，操作能力要求不高，其缺点是有效载荷受到限制，因此重型火箭、大型运载火箭很少用固体火箭，而是用液体火箭。同时，固体火箭发射的成功率一般低于液体火箭。也就是说，无论是在质量还是运载能力上，固体火箭都有着很大的欠缺。

10月18日，JAXA公布了基于飞行数据的初步调查报告。报告指出，在二级关机后，负责稳定三轴姿态的RCS（姿态控制发动机）中一侧的一组四台工作异常导致火箭姿态发散。RCS姿态控制结束/起旋发动机点火前火箭姿态角偏移达21度，起旋结束后火箭保持约21度的姿态角偏移继续自旋。经判断，二/三级无法正常分离及将载荷投入预定轨道，指挥中心因此下达自毁指令。RCS失效原因初步判定为推进剂供给管路压力过低导致的推进剂供给不足。

而导致推进剂管路压力过低的原因目前无法通过飞行数据分析确定。JAXA给出了三个可能的原因：1、电源分配板PSDB至电爆阀Pyrotechnic Valves之间电路异常；2、电爆阀Pyrotechnic Valves作动异常；3、推进剂供给管路堵塞。

九

中国蓝箭航天：朱雀二号

12月14日，由我国民营航空公司--蓝箭航天空间科技股份有限公司研制的朱雀二号运载火箭，在甘肃酒泉卫星发射中心发射升空。在发射升空前期阶段表现还算顺利，但是火箭内的载荷最终没有进入预定轨道，其搭载的14颗卫星未能达到轨道速度而坠入大海。

朱雀二号遥二运载火箭为两级低温液体运载火箭，箭体直径为 3.35 米，火箭总长 49.5 米，起飞质量 219 吨，起飞推力 268 吨。火箭一级采用 4 台“天鹊”80 吨液氧甲烷发动机并联；火箭二级发动机采用单台“天鹊”80 吨液氧甲烷发动机和“天鹊”10 吨级游动液氧甲烷发动机，主机构型与一级发动机单机相同。火箭级间分离采用冷分离方式，整流罩分离采用旋抛分离方式。

火箭升空后的一些数据表明，火箭一级飞行正常，一二级分离正常，整流罩分离正常。也就是说，朱雀二号火箭一二级火箭分离时一切都是正常的，二级火箭关机时飞行也很正常，问题出现在二级主发动机关机后300秒。由此推断，发射失利的根本原因是二级游动火箭发动机工作异常，导致该喷气流的时候没有喷、不该喷的时候喷出气流，或者也有可能出现类似朱雀一号当时发射时出现的管道破裂问题，最终使朱雀二号火箭的飞行姿态出现了偏差，使得二级火箭关机后火箭飞行异常，未能达到入轨速度（比轨道速度低2公里/秒），最终遗憾再入大气层，发射任务未能取得成功。

虽然失利，但是朱雀二号仍成为全球首型实现轨道飞行的液氧甲烷运载火箭，也是我国商业航天首次液体火箭发射。对于中国民营火箭来说，这项任务是一个里程碑，不久的将来会出现更多的液体和可重复使用的火箭。这也是世界上首次以甲烷为燃料的入轨发射，击败了SpaceX、蓝色起源和ULA等公司。

十

欧洲航天局：织女星C火箭

2022年12月20日，一枚阿丽亚娜航天公司的织女星C型运载火箭（Vega C）从法属圭亚那库鲁的欧洲太空港发射升空，火箭计划将两颗空客公司的Pléiades Neo星座地球观测卫星送入轨道。

虽然火箭的第一级按照计划正常进行，但第二级名为Zefiro-40的发动机在点火工作不久后出现重大故障，于是火箭飞行偏离轨道。

阿丽亚娜航天公司的首席执行官Stéphane Israël表示，在升空大约2分27秒，即火箭的第一级P120C升空和正常燃烧之后，第二级Zefiro-40发动机的舱室压力在升空后突然出现负压。随后，在此阶段运行的几个电子设备发生故障，从而导致火箭推力不足。

火箭升空大约三分半钟时，跟踪发射的直播画面显示，发动机的羽流形态变得更加明亮，而且其形状变得更大了。此外，工作人员还观察到了火箭飞行轨迹的偏差。发射场的安全人员在故障发生后很快便终止了任务，从而导致织女星C型运载火箭任务提前结束，火箭及其有效载荷坠入了大西洋。

织女星C型运载火箭是欧洲航天局织女星火箭的一个更强大的版本。35米高的织女星C型运载火箭可以将高达2300公斤的有效载荷送入700公里高的太阳同步轨道。

阿丽亚娜航天公司称，目前正在进行飞行数据分析以确定故障原因。在这次发射失败原因的调查结束前，织女星和织女星C型火箭将暂停发射。法新社评述，对于寻求在迅速发展的卫星发射市场变得更具竞争力的欧航局而言，织女星C型火箭的发射失败是一次挫折，标志着织女星和织女星C型火箭9次发射中的第三次失利。

参考资料

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7.https://parabolicarc.com/2022/09/29/nasa-removes-tropics-satellites-from-astra-spaces-manifest-as-company-determines-cause-of-june-launch-failure/

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26.https://contentstatic.cctvnews.cctv.com/snow-book/index.html?item_id=1946042878826308185&toc_style_id=feeds_default&share_to=qq&track_id=1fa7c29d-8ba7-4883-aa1d-07f15596397d

27.https://spacenews.com/independent-panel-to-investigate-vega-c-launch-failure/#:~:text=The%20rocket's%20next%20launch%2C%20in,to%20flight%20in%20April%202021.

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原标题：《发射为什么失败？2022年全球火箭重大事故盘点》

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