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2015年7月18日上午约9时,美国“苏利文兄弟”号“伯克”级驱逐舰在进行导弹发射演习时,1枚“标准”2在发射时发生爆炸(题图),但所幸没有造成人员受伤,仅舰艇左舷轻微受损。随着相关现场图片的披露,外界对美国导弹及发射系统表现出的良好安全处理性能留下了很深印象。本文就介绍一下导弹发射安全技术及相关系统。
导弹发射故障类型
导弹和火箭有上万个甚至几十万个零部件,任何一个出现问题都可能引起多多少少的问题,而在导弹严酷的飞行条件下,都可能引发更大的问题出现,直至发生系统故障。导弹的故障模式虽然千差万别,但大致可分为导弹自毁和导弹在发射系统中意外爆炸等情况。
导弹自毁导弹或火箭可能引起自毁等安全反应的大致有以下几种情况。
一是姿态失稳。导弹飞行中,导弹自身有一套姿态控制系统保证其正常的飞行姿态,即使发生变化也能及时纠正,但当出现较大姿态动作,超出控制范围时,即发生姿态失稳。例如,潜射导弹出水时即使出现15°~30°的姿态偏差,也可以在3~4秒的短时间内得到控制。此外,在空中飞行时,可以保证气流等各种干扰引起的10°内的姿态变化得到纠正。但一旦飞行姿态超出控制系统能力范围,则姿态故障不可恢复。这时导弹会向意想不到的方向飞行,甚至出现螺旋、折返等情况,可能对地面设施或发射系统造成危害,必须及时实施自毁。这种姿态失稳故障一般由弹上的安全自毁装置自行完成炸毁,无需人为指令介入。这种情况在潜射导弹试验中较为常见。例如俄罗斯“圆锤”导弹试验,在2006年12月和2009年12月均发生导弹飞行姿态失控的情况,特别是2009年12月“圆锤”导弹发射后不久三级火箭发生故障,导弹在挪威上空失控,形成“螺旋”状光迹,引发外界广泛猜测。
二是发动机故障。发动机无法点火启动是导弹和火箭较为常见的故障。水下发射的潜地弹道导弹一级发动机点火一般选在导弹出水约2~3秒时刻,如果出水4~5秒发动机仍未点火,即失去点火时机,这可通过压力继电器敏感发动机燃烧室是否点火成功以及运转是否正常,自动判断与自动实施是否炸毁。对于地面由发射筒弹射的地地弹道导弹来说,与上述情况相似,判断确认空中不点火时,及时实施炸毁。如果不及时自毁,即会发生导弹砸艇或砸车的情况。2006年9月,俄罗斯“圆锤”由于火箭未启动导致试验失败,导弹坠落入海。此外,有时发动机在飞行中发生过燃烧,内部压力过大也可能发生爆炸,但同时自毁装置也会动作,使碎片尽可能小,将其对地面的危害降到最小。例如,2013年5月5日,法国“警戒”号核潜艇进行M51潜射洲际弹道导弹发射试验,导弹升空后一分钟内,第一级推进器出现故障,导弹自毁装置随即启动,导弹在大西洋上空自动销毁。2008年12月和2009年7月,俄“圆锤”导弹发生两次一级发动机爆炸。
三是程序故障。导弹从发射到飞行,直至击中目标,需要提前设计好最佳的飞行程序,但是这种飞行程序设计可能存在缺陷,安装可能出现问题,控制可能发生故障。最终导致导弹只能垂直飞行,无法实现程序转弯,或导弹与运载火箭反向飞行,也可能发生发动机关机指令不准确,分离时间不精确,最终导致导弹无法进入后续程序,这些故障除了地面观测手段发现外,主要依靠安全程控器预装正常程序与实测对比,自动完成自毁。2005年9月,俄“圆锤”导弹由“台风”级核潜艇“德米特里·东斯科伊”号进行首次试射(水面发射),虽然俄官方宣布试验成功,但以后的媒体报道称此次试验中,导弹弹头未能飞抵预定的靶场,在空中爆炸。2006年12月,俄在对“圆锤”导弹进行水面试射时,飞行程序发生故障导致导弹在飞行途中自行爆炸。
以上是导弹发射过程中最常见的自毁故障,而就自毁来说,导弹程序执行机构故障和偏离轨道、非常超程和失联等都可能造成导弹启动自毁程序,但这些故障大多不会出现在发射初始阶段。
地面爆炸实际上,导弹发射时在发射系统中的点火过程是最危险的,这时可能发生导弹限动点火问题,就是导弹在发射箱或发射架上启动点火时意外爆炸。限动点火不仅会摧毁导弹,而且会对发射系统甚至舰艇和发射车等造成意外损坏,危害非常大。例如,美国“密苏里”号战列舰在波斯湾活动时,“战斧”导弹在其装甲箱式发射装置中就出现过限动点火问题;美国在沙漠风暴行动中,发射的228枚“战斧”中的1枚在其点火时助推器爆炸;“海麻雀”导弹也发生过在舰艇附近爆炸。如果这些导弹是在垂直发射系统中爆炸,便是一起重大甚至灾难性事故,在限动点火过程中会有几百分之一的概率发生灾难性后果。
导弹发射安全系统原理
由于导弹在发射过程中存在空中和地面两种故障可能,因此导弹发射安全系统设计为弹上和发射装置上两种,分别对应导弹自毁和发射装置的限动点火等危险情况。
导弹弹上安全系统导弹弹上安全在导弹设计中实际属于导弹安全保险系统。安全保险装置的主要功能如下:一是在导弹勤务处理、发射时及安全距离内,保证引信处于安全状态,以保证操作人员和设备的安全;二是导弹在飞行过程中,按预设程序可靠地解除保险,引信处于待发装态;三是当引信探测到目标后,给出引爆信号时,可靠地使传爆序列起爆,引爆战斗部;四是当导弹出现异常时,按预定的自毁指令引爆战斗部,销毁导弹。其中,导弹安全自毁系统由弹载设备自行实施对飞行中故障弹进行炸毁。其任务是当导弹失灵或发生故障时,为确保发射首区和航区的安全,达到保密的目的,令导弹自毁。
判别导弹是否有故障的依据及对故障弹的处理原则包括故障弹的识别方法和自毁准则。识别故障的方法是:导弹在飞行过程中外弹道参数的位置量、速度分量或遥测参数中的发动机燃烧室压力、弹体姿态角,飞行程序角(物)等某一参数超过误差允许值,都被认为导弹出了故障。自毁准则是:对于故障弹绝不允许危及靶场和航区人员生命财产安全;对于不影响安全的故障弹,采取不终止发动机推力或不炸毁导弹,飞行试验继续进行,这样便于多回收一些有价值的试验数据,可对故障进行分析和研究,实施相应的改进措施,减少和消除导弹飞行中的故障。通常要求安全自毁系统具备两个特点:一是出低空自毁方案,一旦出现一级发动机不点火或出现大姿态失稳故障时,使故障弹在适当的低空自毁,将对潜艇或发射场的危害减小到最低限度;二是采用小型安全自毁设备,以适应导弹仪器舱空间小的特点。
导弹发射故障类型
导弹和火箭有上万个甚至几十万个零部件,任何一个出现问题都可能引起多多少少的问题,而在导弹严酷的飞行条件下,都可能引发更大的问题出现,直至发生系统故障。导弹的故障模式虽然千差万别,但大致可分为导弹自毁和导弹在发射系统中意外爆炸等情况。
导弹自毁导弹或火箭可能引起自毁等安全反应的大致有以下几种情况。
一是姿态失稳。导弹飞行中,导弹自身有一套姿态控制系统保证其正常的飞行姿态,即使发生变化也能及时纠正,但当出现较大姿态动作,超出控制范围时,即发生姿态失稳。例如,潜射导弹出水时即使出现15°~30°的姿态偏差,也可以在3~4秒的短时间内得到控制。此外,在空中飞行时,可以保证气流等各种干扰引起的10°内的姿态变化得到纠正。但一旦飞行姿态超出控制系统能力范围,则姿态故障不可恢复。这时导弹会向意想不到的方向飞行,甚至出现螺旋、折返等情况,可能对地面设施或发射系统造成危害,必须及时实施自毁。这种姿态失稳故障一般由弹上的安全自毁装置自行完成炸毁,无需人为指令介入。这种情况在潜射导弹试验中较为常见。例如俄罗斯“圆锤”导弹试验,在2006年12月和2009年12月均发生导弹飞行姿态失控的情况,特别是2009年12月“圆锤”导弹发射后不久三级火箭发生故障,导弹在挪威上空失控,形成“螺旋”状光迹,引发外界广泛猜测。
二是发动机故障。发动机无法点火启动是导弹和火箭较为常见的故障。水下发射的潜地弹道导弹一级发动机点火一般选在导弹出水约2~3秒时刻,如果出水4~5秒发动机仍未点火,即失去点火时机,这可通过压力继电器敏感发动机燃烧室是否点火成功以及运转是否正常,自动判断与自动实施是否炸毁。对于地面由发射筒弹射的地地弹道导弹来说,与上述情况相似,判断确认空中不点火时,及时实施炸毁。如果不及时自毁,即会发生导弹砸艇或砸车的情况。2006年9月,俄罗斯“圆锤”由于火箭未启动导致试验失败,导弹坠落入海。此外,有时发动机在飞行中发生过燃烧,内部压力过大也可能发生爆炸,但同时自毁装置也会动作,使碎片尽可能小,将其对地面的危害降到最小。例如,2013年5月5日,法国“警戒”号核潜艇进行M51潜射洲际弹道导弹发射试验,导弹升空后一分钟内,第一级推进器出现故障,导弹自毁装置随即启动,导弹在大西洋上空自动销毁。2008年12月和2009年7月,俄“圆锤”导弹发生两次一级发动机爆炸。
三是程序故障。导弹从发射到飞行,直至击中目标,需要提前设计好最佳的飞行程序,但是这种飞行程序设计可能存在缺陷,安装可能出现问题,控制可能发生故障。最终导致导弹只能垂直飞行,无法实现程序转弯,或导弹与运载火箭反向飞行,也可能发生发动机关机指令不准确,分离时间不精确,最终导致导弹无法进入后续程序,这些故障除了地面观测手段发现外,主要依靠安全程控器预装正常程序与实测对比,自动完成自毁。2005年9月,俄“圆锤”导弹由“台风”级核潜艇“德米特里·东斯科伊”号进行首次试射(水面发射),虽然俄官方宣布试验成功,但以后的媒体报道称此次试验中,导弹弹头未能飞抵预定的靶场,在空中爆炸。2006年12月,俄在对“圆锤”导弹进行水面试射时,飞行程序发生故障导致导弹在飞行途中自行爆炸。
以上是导弹发射过程中最常见的自毁故障,而就自毁来说,导弹程序执行机构故障和偏离轨道、非常超程和失联等都可能造成导弹启动自毁程序,但这些故障大多不会出现在发射初始阶段。
地面爆炸实际上,导弹发射时在发射系统中的点火过程是最危险的,这时可能发生导弹限动点火问题,就是导弹在发射箱或发射架上启动点火时意外爆炸。限动点火不仅会摧毁导弹,而且会对发射系统甚至舰艇和发射车等造成意外损坏,危害非常大。例如,美国“密苏里”号战列舰在波斯湾活动时,“战斧”导弹在其装甲箱式发射装置中就出现过限动点火问题;美国在沙漠风暴行动中,发射的228枚“战斧”中的1枚在其点火时助推器爆炸;“海麻雀”导弹也发生过在舰艇附近爆炸。如果这些导弹是在垂直发射系统中爆炸,便是一起重大甚至灾难性事故,在限动点火过程中会有几百分之一的概率发生灾难性后果。
导弹发射安全系统原理
由于导弹在发射过程中存在空中和地面两种故障可能,因此导弹发射安全系统设计为弹上和发射装置上两种,分别对应导弹自毁和发射装置的限动点火等危险情况。
导弹弹上安全系统导弹弹上安全在导弹设计中实际属于导弹安全保险系统。安全保险装置的主要功能如下:一是在导弹勤务处理、发射时及安全距离内,保证引信处于安全状态,以保证操作人员和设备的安全;二是导弹在飞行过程中,按预设程序可靠地解除保险,引信处于待发装态;三是当引信探测到目标后,给出引爆信号时,可靠地使传爆序列起爆,引爆战斗部;四是当导弹出现异常时,按预定的自毁指令引爆战斗部,销毁导弹。其中,导弹安全自毁系统由弹载设备自行实施对飞行中故障弹进行炸毁。其任务是当导弹失灵或发生故障时,为确保发射首区和航区的安全,达到保密的目的,令导弹自毁。
判别导弹是否有故障的依据及对故障弹的处理原则包括故障弹的识别方法和自毁准则。识别故障的方法是:导弹在飞行过程中外弹道参数的位置量、速度分量或遥测参数中的发动机燃烧室压力、弹体姿态角,飞行程序角(物)等某一参数超过误差允许值,都被认为导弹出了故障。自毁准则是:对于故障弹绝不允许危及靶场和航区人员生命财产安全;对于不影响安全的故障弹,采取不终止发动机推力或不炸毁导弹,飞行试验继续进行,这样便于多回收一些有价值的试验数据,可对故障进行分析和研究,实施相应的改进措施,减少和消除导弹飞行中的故障。通常要求安全自毁系统具备两个特点:一是出低空自毁方案,一旦出现一级发动机不点火或出现大姿态失稳故障时,使故障弹在适当的低空自毁,将对潜艇或发射场的危害减小到最低限度;二是采用小型安全自毁设备,以适应导弹仪器舱空间小的特点。