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监控视频显示,“安塔瑞斯”火箭的第一级尾部最先发生爆炸。
10月29日,美国轨道科学公司的"天鹅座"货运飞船进行其第三次发射,但火箭在升空后6秒即发生爆炸,不仅船箭尽毁,也重创了地面发射台设施。
"天鹅座"货运飞船此次载有2.2吨物资,原计划向国际空间站运送补给。而用于发射"天鹅座"货运飞船的也是轨道科学公司自行研制的"安塔瑞斯"运载火箭(Antares,早前又被称为金牛座II,Taurus II)。
尽管美国官方现在暂未公布调查结论,但从视频来看,爆炸最早发生在"安塔瑞斯"运载火箭的第一级尾部--即发动机;而且在爆炸前一瞬间,发动机尾焰突然增强;这些说明爆炸可能是火箭第一级发动机导致的,或者就是第一级发动机发生了爆炸。
而鲜为人知的是,美国"安塔瑞斯"运载火箭第一级使用的却是前苏联遗留下来的NK-33液氧煤油发动机。

“安塔瑞斯”火箭第一级装有2台液氧煤油发动机
美国航天青睐廉价的俄制发动机
尽管美俄关系往往还不如中美关系,但两国在航天技术领域的合作远超一般想象,这其中最重头的就是液氧煤油火箭发动机交易。尽管前苏联、俄罗斯在最尖端的氢氧发动机领域不及美国、欧洲,甚至不如日本,但他们却拥有世界上最好的液氧煤油发动机,推力大、比冲大,而造价又极为低廉。
美国航天领域民间投资极为活跃,私人资本看重的是经济效益,于是在苏联解体后,他们就从俄罗斯买回了NK-33、RD-180两款液氧煤油发动机,用于研制低成本运载火箭。而正是凭借着成本上的优势,这些使用俄制发动机的运载火箭夺得了美国航空航天局(NASA)、美国空军诸多订单。
除了使用NK-33发动机的"安塔瑞斯"运载火箭外,还有使用RD-180发动机的"宇宙神5"运载火箭。今年9月,美国空军用"宇宙神5"火箭发射了NROL-67新型电子侦察卫星。这惹得正在忍受美欧制裁痛苦的俄罗斯满腹牢骚,俄副总理罗津戈就威胁,作为报复,要停止向美国供应RD-180发动机。

美国空军用俄制发动机发射了军用卫星,惹得俄方威胁要停止RD-180发动机供应。
50年前的NK-33性能至今不落伍
介绍完美俄航天合作的背景,我们现在将焦点转回到可能造成"安塔瑞斯"运载火箭爆炸的NK-33液氧煤油发动机。
NK-33发动机的命运似乎受到过诅咒,它的研制始于上世纪60年代末,准备用于载人登月火箭N-1F。众所周知,前苏联当年与美国展开载人登月竞赛,由于技术储备、特别是发动机技术的差距,N-1火箭在第一级使用了30台NK-15发动机,第二级使用了8台NK-15V发动机,N-1火箭还有第三、四、五级,最终因结构过于复杂,4次发射均以失败告终。N-1失败,苏联航天人再启动N-1F项目,采用新的NK-33发动机,但最终因经济代价过大、高层缺乏信心而终结。
N-1F终结后,提前生产出来的NK-33发动机只能扔在仓库里了,可谓"出师未捷身先死"。但NK-33的性能确实非常优秀的,它采用富氧分级燃烧技术,单台推力超过150吨,真空推重比高达136:1,真空比冲330秒。中国目前为长征5号重型运载火箭研制的YF-100液氧煤油发动机,推力也仅为120吨,推重比据推测大约为70:1左右,真空比冲与NK-33差不多。
也就是说,NK-33发动机的性能放在50年后的今天丝毫不显得落伍,所以当年苏联解体后,美国Aerojet公司就像"淘宝"一样,以每台100万美元的低价购回了40台,NK-33最终被轨道科学公司看中,用于"安塔瑞斯"运载火箭。当然,在用于"安塔瑞斯"火箭前,NK-33发动机要经过一定的升级改装,例如改进电子控制系统,以适应美国产的燃料,新的编号为AJ-26。
"安塔瑞斯"运载火箭的第一级采用了2台AJ-26发动机,第二级为一台卡斯托30固体火箭发动机,这种构型与韩国的罗老号火箭类似,但它的运载能力要比罗老号强大得多。

NK-33原计划用于N-1F载人登月火箭。图为N-1火箭,它第一级安装了30台发动机。

N-1F项目终结后,苏联人只得把提前生产出来的100台左右NK-33发动机废弃在仓库内。
NK-33/AJ-26发动机可靠性存疑
NK-33发动机成为AJ-26后厄运并未结束,它从2010年开始进行热点火测试,总测试次数不过10多次,其中就有两次失败。AJ-26的首次热点火测试失败是在2011年6月,失败原因是金属壳体老化,煤油推进剂泄漏而导致发动机起火。第二次失败是在今年5月22日,发动机工作到第30秒时出现故障,失败原因现在还语焉不详,但有消息称,AJ-26发动机实际上在发射台上发生了爆炸。
也就是说,"安塔瑞斯"运载火箭今次发射失败早有征兆,轨道科学公司很可能并未解决NK-33/AJ-26发动机的可靠性问题。
前面说到NK-33性能优越,但一款机械、特别是航天产品,可靠性也极为重要。如果"安塔瑞斯"火箭因为NK-33/AJ-26发动机可靠性出现问题而搁置,这对轨道科学公司争夺国际空间站的货运业务会构成致命打击。其竞争对手SPACE X的龙式飞船+猎鹰火箭组合更早获得成功,而且至今已向国际空间站运送了3次补给,未有遭遇重大失败。
好消息则是,轨道科学公司、Aerojet公司目前正与俄罗斯库兹涅佐夫设计局合作,准备重开NK-33发动机的生产线,去年俄罗斯方面已将NK-33的生产工艺恢复近半。如果此次美方发射失败找到了事故隐患,俄方也就有机会弥补设计、或制造方面的缺陷。(文/杜松涛)
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AJ-26发动机热点火测试曾两次失败,这说明它的可靠性存疑。