发射中止：抢救火箭的无奈“绝招”

纵览各国火箭发射任务，发射中止并不罕见，这既是无奈之举，又堪称抢救火箭的“绝招”，避免了带故障飞行由此可能造成的星箭俱毁。例如，今年2月17日，日本新一代火箭H-3在种子岛航天中心进行首飞。在芯级氢氧发动机正常点燃后，控制系统向固体助推器发送点火信号前，自检发现供电异常，故及时关闭了芯级发动机，火箭发射被迫中止。那么，发射中止与发射失败有何区别？发射中止又有何特点？它往往在什么条件下会起作用呢？

H-3火箭点火后中止发射（来源:日本媒体）

特殊“后悔药”有疗效

发射中止是指火箭在进入发射倒计时后，出于技术、气象、落区等原因，暂时取消了发射任务。这种情况一般不会对载荷和火箭造成很大的损害，反而是一种有效的保护手段。尤其是面对技术故障，火箭及时中止发射，泄放推进剂、移除载荷后，开展全面排查，有望实现更高的成功率。可以说，这种火箭“后悔药”往往疗效显著。

按照时间点，发射中止可以分为两类。第一类发生在火箭点火前，由人员或系统判断已不能满足火箭起飞条件。

比如，美国Crew-6载人航天任务在今年2月27日发射中止，因为系统检测到猎鹰9火箭点火系统反应异常，及时中止了发射程序。随后，飞船内的航天员安全离开发射台，避免了可能的危险。

第二类发射中止的情况更加惊险——火箭已经点火，但箭体仍被牵制释放装置“拽”在发射台上，或者因整箭推重比小于1，尚未飞离发射架，此刻火箭仍有希望及时中止发射。

H-3火箭首飞的情况就是如此。芯一级的LE-9发动机点火后，达到最大推力90%时，控制系统检测到了异常信号。接下来，飞控软件立即中止倒计时，关闭了LE-9发动机，并取消向固体助推器发出点火信号。经初步调查显示，异常信号与LE-9发动机的地面电气设备有关，但最终原因仍在排查中。

智能化自检很强大

虽然发射中止是有效的保护手段，但航天发射任务涉及系统庞大复杂，昔日火箭发射前的检查很难及时察觉故障隐患，从而错失了发射中止这样的“保命绝招”。随着火箭智能化程度提高，系统自检性能升级，及时发现问题并在火箭点火后中止发射的案例逐渐增加。只要火箭没离开发射架，大多是有补救机会的。

2020年8月，美国德尔塔4重型火箭执行NROL-44秘密军事发射任务时，上演了惊心动魄的“灾难大片”。当时，火箭芯一级和助推器的3台RS-68氢氧发动机在起飞前3秒突发故障，发动机正常排出的氢气上升后被点燃，但由于火箭未能飞离发射架，导致烈火迅速包围了火箭。面对危机，控制系统自动紧急关机，火箭发射及时中止，整流罩内的美国国家侦察局载荷安然无恙。

德尔塔4重型火箭点火后中止发射（来源：美国媒体）

据悉，那次任务的载荷代号“导师”，是当时美国最新型侦察卫星，相比广为人知的“锁眼”系列，更加神秘。甚至有消息称，该型卫星的造价超过同等重量的黄金。面对这类载荷，发射方事先必然细心检查，但仍不能确保排除全部隐患。而在那次发射一年多前，同款火箭发射“锁眼”卫星时也曾紧急关机，及时阻止了火箭和载荷带着隐患上天，不久查明了传感器故障。如果没有智能化系统辅助排故和决策，这两次侦察卫星发射任务很可能酿成无法挽回的损失。

火箭发射前紧急关机的故障并不罕见，往往是发动机点火过程中出现了异常，自动触发了智能化系统。比如，猎鹰9火箭在2016年2月发射SES-9卫星时，点火系统及时发现1台发动机的推力异常下降，火箭立即自动中止发射。得益于牵制释放装置，火箭被牢牢地“按”在发射台上，并未起飞，只是因点火剂自燃而发出一阵绿光。

事后调查显示，低温推进剂经过长期静置后，温度逐渐升高，而火箭贮箱内的增压用氦气混入推进剂并被吸入涡轮泵，导致推力异常。这个故障原因涉及发射前检查人员的某些“思维盲区”，能够及时中止发射，得益于灵敏高效的智能化系统。

力争防患于未“燃”

发射中止能够及时起作用，除了技术因素外，还少不了统筹安排的“功劳”，比如事先设定好不同类型发动机点火顺序。

以H-3火箭为例，作为典型的固液混合火箭，芯级采用高比冲的氢氧液体发动机，同时为弥补推力不足的缺陷，辅以大推力固体助推器。固体助推器的药柱一般通过分段浇筑成型，再经切削修形而成，具有推力大、结构简单、工作可靠等优点。缺点是一旦点火，其燃烧过程便会自发持续进行，难以像液体发动机那样通过切断推进剂供应来及时关机。

权衡两种发动机的特点，固液混合火箭在设计点火时序时，固体助推器毫无例外是“垫底选手”。随着火箭芯级的液体发动机优先被点燃，达到足够推力且工作稳定后，控制系统才会点燃“不可逆”的固体助推器。一旦发现问题，系统判断不具备起飞条件，只要抢在固体助推器被点燃前，及时阻断向固体助推器发送点火信号，并关闭芯级发动机，就能中止发射，H-3火箭便是如此。

假如系统没能及时阻止固体助推器点燃，火箭在瞬间大推力驱动下迅速飞起，是否“开弓再无回头箭”，只能默认发射失败呢？从理论上讲，还有两种特殊的“招数”可能会降低损失，但即使任务成功，也要付出其他代价。

第一种“招数”是做好动力冗余备份。如果火箭本身设计有一定的动力冗余，一旦个别发动机出现异常，火箭可以自动关闭故障发动机，并联的其他发动机可以“接管”异常发动机的工作，通过控制和导航系统重新规划，适当提升其余发动机的推力并延长工作时间。过去，土星5号重型火箭、航天飞机和猎鹰9火箭都曾以不同方式利用动力冗余条件，基本达到目标，变相提高了任务可靠性。

第二种补救方式在本质上也是做好冗余备份，借助预留推进剂，延长发动机的工作时间，只不过“辛苦”的是故障发动机的下一级。

2016年3月，天鹅座飞船发射过程中，宇宙神5火箭第一级发动机突然提前5秒关机，随后火箭第二级发动机利用贮箱内的预留推进剂，延长燃烧时间1分钟，终将飞船送入轨道。事后估算，第一级发动机只要再提前关机1秒，整个发射任务就会失败，毕竟预留推进剂提供的应急帮助不是无限的。

然而，考虑到成本效益、工程难度等因素，对火箭的动力、燃料冗余不宜过高期待，动力系统在飞行段出现故障，很容易导致“不可逆”的发射失败。所以，及时借助智能化手段排查故障，果断中止发射，把隐患消灭在火箭起飞前，才是真正的防患于未“燃”。（作者：王鑫）