浅析印度火箭爆炸：航天大跃进的必然产物

12月25日，搭载印度新型通信卫星GSAT-5P的GSLV F06运载火箭发射升空后不久爆炸。印度随后公布原因称是火箭部件问题导致发射失败。那么这次印度火箭发射失败究竟是什么原因？发射失败背后印度航天界又存在怎样的问题？网易军事下面将予以独家解析。

12月25日，搭载印度新型通信卫星GSAT-5P的GSLV F06运载火箭发射升空后不久爆炸，场面可谓壮观。

根据当地媒体报道，2010年12月25日下午当地时间下午4时04分(北京时间6时34分)，印度在本国的萨蒂什达万航天中心进行了本年底第三次航天发射。本次发射使用GSLV MK I型火箭发射GSAT-5P通信卫星，发射后不久火箭即发生故障，自身断裂爆炸，最后地面控制人员发出自毁指令后火箭第二次爆炸落入孟加拉湾【 发射失败视频 】。

这次发射是GSLV系列火箭的第7次发射，GSAT-5P卫星属于I-2k平台，发射质量2310千克，干重975千克，配有24台常规C波段转发器和12台扩展C波段转发器，可提供电视转播服务。尽管GSAT-5P卫星太阳能电池板功率只有2.6千瓦，但使用了2组64安时的锂电池，此外GSAT-5P高达13.7年的设计寿命也相当不错。GSAT-5P卫星计划用于取代到期的INSAT-2E卫星，不过这一切在发射后1分钟内就画上句号。

根据印度电视台直播的视频，GSLV F06火箭在发射后50秒发生明显的弹道偏移，攻角大幅度增加，导致火箭在巨大的结构载荷下火从第三级断裂，随后攻角进一步增加第一级捆绑的助推器解体引发爆炸，印度空间研究机构(ISRO)的控制人员不得不在发射后63秒发出自毁指令。颇具讽刺意味的是，CNN转发GSAT-5P卫星发射直播中，火箭爆炸时恰好在右下角出现“Merry Christmas”的字样，实在是令人哭笑不得的黑色幽默。对于其他人来说，GSLV-F06凌空爆炸的圣诞礼花相当炫丽，但对印度航天技术人员来说，这个圣诞礼物就太过苦涩了。这次失败打击了印度航天的声誉， 影响了印度通信卫星的更新换代，同时GSLV糟糕的发射成功率也为未来探月发射和更远的载人航天发射蒙上了一层阴影。

印度航天工业在过去20年内的确取得了举世瞩目的进步，其印度极地卫星运载火箭发射(PSLV)一直都具有较高的成功率，不过它的运载能力偏小。

尽管今年印度航天3次发射就失败2次，但评论家们普遍认为这不会削弱印度追求成为航天大国的努力与雄心，印度航天工业在过去20年内也的确取得了举世瞩目的进步，是印度工业为数不多的亮点。印度航天目前主要有两种运载火箭，分别是极地轨道运载火箭(Polar Satellite Launch Vehicle)和静止轨道运载火箭(Geosynchronous Satellite Launch Vehicle)，缩写为PSLV和GSLV。

PSLV主要用于执行近地轨道和太阳同步轨道(极地轨道)的发射，也具备一定的静止轨道发射能力。PSLV是一种罕见的四级半运载火箭，全长44米，直径2.8米，整流罩直径3.2米，具备多星多轨道发射能力，最大构型可将1.7吨载荷打入极地轨道，或是1.2吨载荷打入同步转移轨道。PSLV的助推器S9表示推进剂9吨的固体(Solid)助推器，第一级为S-139，表示139吨推进剂的固体发动机，其推力可达4817KN；第二级L-40表示使用41吨推进剂的液体发动机，液体发动机Vikas是欧洲航天局早期Ariane火箭上Viking发动机的印度授权生产版，其推力为799KN；第三级为7.6吨推进级的的固体发动机，其推力为238KN；第四级L2.5表示2.5吨推进级的液体火箭推进级，使用两台7.3KN的液体发动机。不过需要指出的是PSLV各个批次的具体配置多有不同，如第一级也有S-125和S-138，第二级也存在L-37.5等情况。

PSLV于1994年进行了首次发射，是印度航天的王牌火箭，迄今为止17次发射中只有1次失败和1次部分失败，成功率很高。PSLV火箭还发射了印度首个月球探测器Chandrayaan-1，为印度航天赢得了国际荣誉。不过PSLV的设计导致它的运载能力偏小，而印度在20世纪90年代已经研制出了2吨多的通信卫星，运载火箭的发射能力成了印度航天发展的瓶颈。

由于印度并未掌握发动机并联技术，GSLV火箭只能在芯级使用固体发动机而助推使用液体发动机，这种设计直接降低了GSLV的运载系数。

不掌握发动机并联技术导致运载系数低下

历经十年磨一剑，使用PSLV成熟的Vikas液体发动机和S-139固体发动机，又引进了俄罗斯的RD-56M氢氧发动机，构成了更大更先进的GSLV火箭。GSLV火箭的具体设计同样和主流运载火箭大相径庭，它使用L-40为助推器，但同时以S-139为芯级发动机。液体发动机作为助推器或是固体发动机作为主发动机都不奇怪，但GSLV以液体发动机作为助推而固体发动机作芯级，同时助推器燃烧时间要比芯级还长的设计则是独一无二的，多数分析都认为GSLV的这种设计是印度既没有更大推力的液体发动机又没能掌握液体发动机并联技术，不得不用大推力固体发动机充数的无奈之举。这种设计减低了GSLV的运载系数，曾有人讽刺说GSLV是CZ-3B的起飞质量CZ-3A的运载能力。

GSLV的第二级为使用一台Vikas液体发动机，推力799KN，推进剂质量39吨。GSLV的第三级为1台低温氢氧发动机，其中使用俄罗斯进口RD-56M氢氧发动机的被称为GSLV MK I型火箭，使用印度国产CE-7.5氢氧发动机的被称为GSLV MK II型火箭，CE-7.5发动机为RD-56M的印度仿制版，比冲从460秒降低为450秒，而推力则增加到73.5KN。GSLV火箭的GTO发射能力增加到2吨，使用国产氢氧发动机后还有增加运力到2.5吨的改进设想。印度人对GSLV寄予厚望，他们计划尽快将全国产的GSLV MK II火箭投入使用，用GSLV MK II发射月球探测器Chandrayaan-2号，还规划用GSLV MK II发射未来的载人飞船。尽管GSLV F06的失败不会打击印度航天的奋发向上的雄心，但对实际项目的打击则是巨大的。

在今年的4月15日，印度搭载了最新氢氧发动机的GSLV-D3火箭也出现了发射失败，迄今为止GSLV火箭7次发射仅2次圆满成功。

GSLV火箭7次发射仅2次圆满成功

更糟糕的是，与久经考验高成功率的的PSLV不同，GSLV的发射记录只能用糟糕来形容。迄今为止7次发射，其中属于GSLV MK I的发射为研制阶段发射的GSLV-D1和GSLV-D2、正式投入使用阶段的GSLV-F01、GSLV-F02、GSLV-F04、GSLV-F06，属于GSLV MK II的发射为研制阶段的GSLV-D3。7次发射中即使按IRSO的统计也有3次失败，分别为2006年的GSLV-F02、2010年的GSLV-D3和GSLV-F06。如果按照国际通行标准，2001年GSLV-D1发射的卫星轨道远低于预定轨道，由于轨道偏差太大，卫星燃料甚至无法机动进入预定轨道，只能算作失败。

2007年GSLV-F04发射中卫星远地点低于预定远地点，倾角则超过预定倾角，尽管机动进入轨道但寿命有所损失，只能属于部分成功，类似情况如我国去年发射Palapa-D卫星，长征三号运载火箭手册上并没有归类到发射成功。这样算下来，GSLV圆满成功的发射只有GSLV-D2和GSLV-F01，其成功率实在低的可怜，并且今年的GSLV-D3和GSLV-F06是连续两次失败。

在GSLV-F06发射失败后，印度方面对失败原因的说法多样，印度空间研究组织主席拉达克里希南最初分析和现在的原因调查差别比较大。

印度方面公布失事原因

GSLV-F06发射失败后，印度空间研究组织（ISRO）主席拉达克里希南(Mr. Radhakrishnan)当日介绍说火箭发射后一切正常，制导发射后50秒，突然出现异常的高攻角，带来过高的结构过载导致火箭解体。同日美联社报道发射后47秒火箭地面控制信号无法响应，导致大攻角偏航问题。故障何时发生就有了冲突。好在时间上的问题并不严重，从视频看发射后50秒才出现明显的大攻角，但对比之下，拉达克里希南显然是情急之下就根据控制大厅屏幕的显示说明故障原因。12月26日媒体报道中，原ISRO主席U.R Rao则为GSLV火箭辩护，认为GSLV是一种设计优良的运载火箭，25日的事故是制造质量问题，导致其中一台助推器没能点火。印度媒体还进一步报道了初步调查结果，称传递信号到第一级的4个连接器同时出现问题，导致信号未能传递。

类似故障此前曾出现过一次

虽然1984~1994担任ISRO主席的U.R Rao都出来澄清认为没有设计问题，但真是一台助推器未能点火导致事故的话，GSLV火箭同样的问题已经出现两次了。2006年GSLV-F02火箭发射后50多秒明显偏离正常飞行弹道，解体时间为发射后62秒，印度的事故调查委员会确认其他系统正常，但一台捆绑式助推器丧失推力，姿态控制系统勉力维持到50秒，最后在火箭速度增加到跨音速段时误差进一步增大，导致气动过载超过箭体限制而解体。一次可以推说是质量问题的巧合，但重复出现而且发生事故的过程都如出一辙，很难认为这是简单的零部件质量问题。

印度GSLV F02火箭发射失败调查报告中的飞行图片，F02和F06的事故原因是类似的。

根据多个来源的GSLV-F06发射失败的视频分析看，GSLV-F02和GSLV-F06控制大厅屏幕上飞行参数的显示明显不同。GSLV-F02从一开始就偏离预定飞行参数，GSLV-F06是50秒左右才出现明显偏离的。似成相识的爆炸的具体原因完全不同，虽然无法确定是偶发还是有深层次原因，但从GSLV糟糕的发射成功率来看，很难说GSLV运载火箭的设计中没有问题。而且这次4个信号线连接器同时失效，至少冗余设计形同虚设。如果说GSLV的低成功率是零部件质量问题，甚至是火箭制造质量问题，那很难解释为什么印度PSLV火箭17射15次完全成功，2次失败中还有一次是部分失败的高成功率记录。

GSLV尽管使用了PSLV的成熟发动机，火箭在起飞质量更大，在气动和导航控制的设计上也更为复杂，对火箭设计提出了更高的要求。尽管ISRO设计并制造了GSLV，但设计经验的不足可能留下了不少技术隐患，在特定情下触发导致事故，这应该是GSLV发射成功率不高的根源。

印度S-200大推力固体发动机已开始进行试验，小图为印度国产氢氧发动机(CUS)试车画面。迄今印度未进行一次国产氢氧发动机的成功飞行，也没有独立设计过一台10吨以上推力的液体发动机。

实施大技术跨度航天计划

尽管基础薄弱，但印度航天近年来在运载火箭领域进行技术的大跃进，展开GSLV MKII运载火箭的73.5千牛CE7.5国产氢氧发动机，GSLV MK III大型运载火箭的5000KN级S-200(200表示推进剂质量200吨)大推力固体发动机、Vikas双机并联芯级、200KN级CE-20氢氧发动机的研制。

GSLV MK III首次发射已经推迟到2012年，使用S-200助推器和Vikas双机并联芯级，上面级使用全新的CE-20发动机，结构上类似美国Titan IIIE火箭。

印度尚未进行一次国产氢氧发动机的成功飞行，CE-20到去年年底也没有整机试车，却要求在短期内完成研制试验，其技术风险是很大的。更离谱的是ISRO已经获得预算研制2000KN级别的液氧煤油发动机，要求7年内完成初步开发，计划用于未来的载人登月项目，但与此同时印度甚至没有独立设计过一台10吨以上推力的液体发动机。

这个技术跨度实在太大了。从GSLV的发展史来看，即使PSLV到GSLV并不大的技术跨度都步履维艰，未来要实现如此大的技术跨度很可能导致更多的失败。

中国航天也曾经历过大跃进带来的阵痛，长征3B火箭发射失败就是一个典型。不过即使处在中国航天发展低谷期的长征2E火箭在成功率上也高于现在的印度。

中国航天低谷期发射成功率也高于印度

其实印度的这种情况我们并不陌生，20世纪90年代的中国航天也是项目众多，不过不同的是当时中国航天史经费不足，不得不开发新型号招揽商业发射以苟延残喘。如果说中国航天技术人员当时是为了糊口为自己雪中送炭，那印度航天技术人员现在则是为了发财给自己锦上添花。中国航天的冒进导致了一系列的发射失败，CZ-3B火箭曾被国际市场寄予厚望与质子火箭竞争，结果发射失败丢失了大量商业发射合同，最后在美国开始技术封锁后退出了国际发射市场。中国航天痛定思痛展开了质量大整顿，才迎来了13年数十次连续发射成功。即使是那个时期成功率并不出色的CZ-2E，也发展出发射成功率100%的CZ-2F载人火箭。

其实CZ-2E和GSLV有很多相似之处，它们都是所在国家航天技术的一个里程碑式的进步，当然CZ-2E的3.5吨GTO运载能力大得多。GSLV和CZ-2E各自的改进型号GSLV MKII载人版和CZ-2F都成为本国载人航天发射的开路先锋，很巧合的是截至目前GSLV和CZ-2E的发射次数都是7次。两者的成功率则更有戏剧性，分别为2次成功和2次失败。作为载人运载火箭的前身，CZ-2E的可靠性要比GSLV好得太多，而这居然是中国航天低谷期和印度航天上升期的对比，对印度人恐怕相当难以接受。如果印度航天继续沉迷于技术的跃进，而不是扎扎实实的提高设计管理与质量控制水平，或许未来几年会成为印度航天的低谷也未可知。

GSLV火箭此前数次出现未能正确入轨的问题，现在居然GSLV-F06连第一级也连续出现故障，而且在表现上与GSLV-F02相当相似，说是偶然未免太过巧合。GSLV-F06发射失败的圣诞礼物，对印度航天固然是苦涩的，但这同时也是一个很好的重新评审设计，大幅度改进可靠性和安全性的机会。