韩国继两次发射失败后而高调宣传的第三次“罗老”号运载火箭发射，在2012年10月和11月一再推迟，这让民族情绪高涨的韩国航天业再次遭受沉重打击，也让外界对韩国运载火箭发展能力产生质疑。从目前透露的原因看，这两次发射分别由于硬币大小的垫片和简单的机电故障造成发射推迟，小小的垫片和简单的机电机构如何会使韩国航天梦蒙上阴影？它们在火箭和导弹上发挥着怎样的作用？如何确保其可靠性呢？

“罗老”号推迟发射事件

“一波三折”的韩俄合作 自1992年以来，韩国共发射了11颗人造卫星，但都是通过外国宇航基地和利用外国火箭送入太空的。如2004年4月中国长城公司的“长征”运载火箭曾帮助韩国发射过多功能卫星。显然，民族自尊心极强、对自己科技实力又非常自负的韩国人决不会满足于此。特别是亚洲的中国、日本和印度早已经是国际太空俱乐部的成员，更使韩国难以释怀的是连朝鲜也自行发射了卫星。于是韩国也制定了雄心勃勃的宇航计划：建立自己的宇航基地，2009年利用俄罗斯的一级火箭发射“罗老”号卫星；2018年前利用自己独立研制的火箭发射自行设计的科学探测卫星“罗老二号”；2020年发射月球卫星；2025年研发出月球探测船。

为此，韩国与俄罗斯在2004年签署太空合作协议。按照协议，俄罗斯国家航天中心制造和提供“罗老”号一级火箭，韩国航天研究所和另外大约150家韩国机构联合研制二级火箭。韩国为该项目投入5200亿韩元（约合人民币29亿元）巨额资金。“罗老”号火箭原计划发射两次，但在经历8次延期发射后，在2009年8月和2010年6月的两次发射又都以失败告终。根据补充协议，俄罗斯免费向韩提供第三枚一级火箭实施第三次，也是最后一次发射。若“罗老”号按计划进入正常轨道，韩国将成为自主成功研发火箭的第10个国家。若失败，韩国10年来的开发项目将以失败告终。此次发射似乎还是不太顺利。

“一而再”的推迟 韩国原定是在10月26日15时30分到19时之间择机发射“罗老”号。此前的25日上午，“罗老”号成功进行了发射前的最后一次演习，演习分为一级（下端）、二级（上端）、追踪系统、冲突避免分析等。演习没有出现问题，罗老宇航中心原计划从26日早晨开始准备发射工作，按照计划火箭在发射前两小时开始注入燃料，在发射预定时间20分钟前下达最终发射指示，在预定发射时间15分钟前开始自动进入倒计时。一级火箭引擎将在发射3.8秒前点火，当推力达142吨时，“罗老”号将升空。

但是在26日上午的发射前最后一次检查中发现异常情况。当技术人员向火箭注入氦气、检查泄漏时，发现气压下降，最后发现火箭一级和发射台的连接部分的一个密封阀破裂，出现了泄漏。由于泄漏的部分是在一级火箭内部，所以需要将火箭撤下发射台后重新修理，再投入发射准备工作。为此韩国不得不第9次推迟“罗老”号发射。考虑到发射准备最少需要3天，而一般来说一国在发射运载火箭时，要在发射的一个星期到10天之前向国际机构进行通报，而“罗老”号此次推迟已经无法在当初设定的第一轮发射时间（26～31日）进行发射，不得不等到11月中旬后才能发射。

韩俄合作的“泄漏” 在中断发射准备工作后，韩国航空宇宙研究院和俄罗斯专家对“罗老”号进行了联合检查，发现其下端供给燃料的连接口内供给氦气的一个硬币大小的气体密封垫出现了破损。在此后举行的韩俄飞行试验委员会会议上，两国专家表示，这个问题从技术上来说不是什么大问题，但到底是因为密封垫破损而使得连接口出现缝隙，还是因为先出现缝隙而使得密封垫破损，需要进行分析。应俄方要求，破损的环状橡胶密封垫交由俄方进行精密分析，俄方需相当长时间才能得到分析结果。

发生泄漏的原因似乎找到了，但至于造成这一事故的原因，韩俄媒体议论纷纷。高丽大学教授徐勋认为，如果火箭开发是由一个国家一个机构系统完成，很少会发现气体泄漏的情况，但由于“罗老”号由韩俄两国100多个机构研发，不协调的地方很多，造成此次事故。

与上两次失败一样，此次发射推迟再次引发人们对两国合作的猜测。据称，多次推迟火箭发射，俄方从不作任何解释，每次只是淡淡地说一声“请等待”。平常工作语言和工作文件，俄罗斯工程师也不用英语而用俄语，导致与韩国工程师沟通困难。发射日期的决定、技术缺陷的解决，韩国也都要看俄方脸色。韩国甚至还怀疑，俄方提供给这次发射卫星的一级火箭推动器是俄方自己从未试用过的一款，因而是将韩国卫星发射作为俄罗斯火箭推进器的试验品。

但每次发射失败或推迟后，韩俄两国似乎都不希望引起风波。如果关于“罗老”号的风波不断扩散，韩国政府将遭到来自国内的指责，即为何韩国未能掌握运载火箭自主研发的技术。俄罗斯也很有可能在运载火箭技术可信度方面遭受打击，声誉受损，航天发射国际市场上再揽生意就更难。

“再而三”的韩式幽默 2012年10月26目，韩国科研人员在发现一级火箭密封圈问题后，紧急叫停了发射程序，随后新的密封圈也在11月17日从俄罗斯赫鲁尼切夫国家航天科研生产中心紧急空运到韩国，并在不到十余天的时间里完成了橡胶圈及适配器的安装及所有箭上设备的再次检测，并再次进场，计划在2012年11月29日发射。

按照计划，当日“罗老”号将在全罗南道高兴郡罗老宇航中心进入“发射运营”状态。发射2小时前开始注入燃料，预定时间20分钟前，韩国当局将下达最终发射指示，从预定发射时间15分钟前开始自动进入倒计时。一级火箭发动机将在发射3.8秒前点火，而推进力达到142吨时，“罗老”号将发射升空。此次发射中“罗老”号火箭的任务是将重100千克的科学卫星送至300至1500千米高的宇宙椭圆轨道中。罗老宇航中心方面从下午1时58分开始对“罗老”号注入燃料和氦气，但在进入倒计时，离预定发射时间仅剩16分钟的时候，韩国和俄方科研人员发现二级火箭的电动推力矢量控制系统（TVC）出现异常情况，发射被取消。由于再而三的食言，这被一直对韩国卫星发射耿耿于怀的日本媒体讥讽为韩式幽默。

韩国教育科学技术部副部长并兼任韩国航空宇宙研究院“罗老”号发射推进团团长的赵律来事后透露，宇航中心在对二级火箭的电动推力矢量控制系统进行检查的过程中发现电流信号异常，发生过电流现象，发射活动被紧急叫停。俄赫鲁尼切夫国家航天科研生产中心的有关人士称，二级火箭问题需要由韩国技术团队检查后才可知晓，但硬件出问题的概率大于软件出问题的概率。值得关注的是上次密封圈问题发生在俄罗斯负责的一级火箭，而此次控制系统问题出现在韩国负责的二级火箭。

赵律来表示，韩国产电子元件可能出现问题，为了分析问题，更替零部件，需要抽出燃料，再将火箭移送至组装中心分离，然后再重新组装后运回发射台，再加上之后进行演练等准备工作的时间，因此发射期限将推迟到12月5日以后，而错过了韩国此次向国际组织申报的时间。而此后12月初全罗南道地区将有降雪，12月下旬气象条件将进一步恶化，因此“罗老”号发射将不得不推迟到2013年择机进行。

对于俄韩来说，庞大的航天计划为何会折在一枚硬币大小的密封部件及简单的电动推力矢量系统上呢？

密封部件在液体燃料火箭中广泛应用

各种密封部件在火箭及导弹，特别是液体燃料火箭和导弹上有着广泛的应用，这种应用与液体燃料在现代火箭中的巨大作用是分不开的。

液体燃料在火箭上的作用 由于液体燃料释放的能量大，产生的推力也大；而且这种燃料比较容易控制，燃烧时间较长，因此运载火箭或部分导弹多采用液体燃料。液体的氧化剂和燃烧剂必须储存在不同储箱中，液体火箭发动机一般由推力室、推进剂供应系统、发动机控制系统组成。推力室是将液体推进剂的化学能转变成推进力的重要组件。它由推进剂喷嘴、燃烧室、喷管组件等组成。推进剂通过喷注器注入燃烧室，经雾化、蒸发、混合和燃烧等过程生成燃烧产物，以高速（2500～5000米/秒）从喷管中冲出而产生推力。燃烧室内压力可达200大气压，温度3000℃～4000℃。在这一过程中，推进剂供应系统按要求的流量和压力向燃烧室输送推进剂，因此无论是挤压式（气压式）还是泵压式供应系统，其内部都存在一定的压力。

而现代液体火箭的推进剂大多采用液氧-煤油、液氢-液氧，或甲烷、丙烷、液氢等低温燃料。这类低温燃料不好贮存，运输、加注和操作都不方便，特别是在一定压力下容易发生泄漏，泄漏后易起火爆炸。历史上由于燃料泄漏发生的爆炸事故屡见不鲜，目前这一问题仍时常发生。2007年2月，装满液氧和液氢的美国“德尔它”火箭发生液氧泄漏事故，导致发射架上的火箭爆炸。2010年12月，印度一枚搭载通信卫星的运载火箭由于低温发动机出现泄漏，使火箭失控并偏离航向，地面控制人员不得不发出指令引爆火箭。从各国事故分析和经验看，火箭泄漏事故大多是由于火箭的密封部件失效，这些部件包括了各种阀门及密封垫（条）。

液体燃料火箭密封部件的应用 由于现代液体火箭大多使用低温燃料，例如，液氧和液氢属于超低温介质，其温度大约为-253℃～-170℃，这使得火箭发动机各部件要承受-200℃～3500℃高低温环境，压力达到150～500个大气压，因此箭/弹体内的活门、管路系统都需要使用各种密封材料。特别是在火箭或导弹发射过程中强烈的振动环境下，发动机的密封就变成一个突出的致命问题，必须针对性地设计相应的密封结构。

液体燃料火箭中各种阀门、管路中通常选用波纹管密封、橡胶O形圈和聚四氟乙烯材料密封等方式。其中，波纹管密封即使采用加强环，其使用寿命仍然很短，这是由于阀门快速关闭或液体管道中可能存在气穴等引起冲击所致。但使用多层波纹管就可大大提高阀门的使用寿命。橡胶O形圈大多用于气动阀的气动控制上，气动阀中的活塞密封必须有O形圈，而大多数橡胶的使用温度下限为-70℃，火箭低温燃料的温度超过了其使用温度下限，所以O形圈结构使用范围有限，不得不用成本更高的金属波纹管作为动密封。金属波纹管使用温度范围可以达到-253℃～+600℃，完全满足低温燃料的要求。聚四氟乙烯材料也是较为常见的火箭低温密封材料，但由于其膨胀系数大，随着温度降低，氟塑料收缩量很大，会使密封性能下降，容易引起泄漏，其使用范围也较为有限。因此科研人员研制了增强聚四氟乙烯密封材料，是在聚四氟乙烯中按不同的百分比加入一定添加剂。经过对不同配方进行多次试验比较后，确定增强聚四氟乙烯的配方为：聚四氟乙烯+玻璃纤维+石墨。这种材料与聚四氟乙烯相比，物理性能和机械性能基本一致，具有较小的线胀系数、耐磨性和润滑性，更适合在低温工况下作为密封材料。

目前，上述在阀门间加不同材料的垫片或O型圈的密封结构，已经远远不能满足高可靠、高性能发动机的要求。现在密封结构已经多样化，低温液氧的密封开始采用K和3型环，高温燃气密封采用了碟型垫，高压液体和气体密封采用球头加导向，并在球头上开槽，加不同材料的O型圈。还有适用于低温的碟型垫的密封，其密封性能达到600个大气压也不泄漏。

低温阀是一种典型的火箭发动机密封结构，主要应用于液氧、液氢管路，其中包括主管道截流、排泄、紧急排放、容器放空、管道加注、推进剂转注等。低温阀能在-196℃的情况下输送液化气体。闭式循环的液氧/煤油发动机和液氧/液氢发动机工作时，必须使用大量的低温阀控制推进剂的输送、压力和流量等。而低温阀的研制任务艰巨，技术难度也很大，同时对可靠性、绝热、吹除、置换、防火防爆、密封性能等提出了特殊要求。低温阀设计的关键还是低温密封材料的选择与密封设计。

目前，国外各航天大国的低温阀设计各有特点。美国航天飞机主发动机SSME的氧化剂和燃料主阀都采用带有凸轮机构的球阀，从而解决了非金属密封唇的磨损问题，大大提高了密封性能。欧洲空间运载火箭“阿里亚娜”5是目前世界上最成功的运载火箭“阿里亚娜”4的替代型号，其低温推进剂主阀采用Dasa公司产品，能在78℃～-228℃范围内和真空压力为1.5MPa下的低温介质中正常工作。苏联于二十世纪六十年代末开始研制液氧/煤油火箭发动机，低温阀的研究工作开展得很早，技术非常成熟。发动机试验台上主要采用手动和气动传动的低温截止阀，很少采用球阀。乌克兰与俄罗斯类似，火箭试验台液氧系统使用了大量的气动截止阀，这些阀具有结构简单、体积小、工作压力高等优点。液氧主阀用夹层真空绝热，结构紧凑小巧，进出口用阀门连接，气缸内活塞用胶木板制作，使用“O”型圈密封，气缸体与阀体之间夹两层胶木板，以隔断冷源，提高密封性能。在试验台上工作三年或动作5000次后进行更换。该阀的泄漏为零，而且是在常温下检查密封性能，低温下的密封性能由设计保证。

上述火箭低温密封材料与结构也同样应用于各型液体燃料导弹。由于导弹与火箭不同，其需要长期储存，因此对于密封部件的维护与检修就尤为重要。

电动推力矢量在固体火箭上的应用

从韩国透露的情况看，“罗老”号重140吨，俄罗斯研制的一级火箭推力170吨，韩国研制的二级固体火箭推力7吨。固体火箭发动机的推力矢量系统有几个作用，一是改变火箭弹道，二是使火箭旋转或改变姿态，三是修正与预定弹道或姿态的偏差。目前火箭采用的推力矢量控制装置可分为两大类：一类为机械型，另一类为流体喷射型，是将一定压强和流量的流体喷射到喷管，产生偏离推力。

固体火箭发动机使用较多的是机械型，这种形式需要较大功率的伺服机构，通过机械动作使喷管偏斜。采用这种形式的，一是燃气舵，二是摇摆喷管。燃气舵是安装在导弹发动机喷管口燃气流中的舵面。它一般用石墨材料制成，可以根据需要产生偏转角，改变燃气流流向并产生反作用力。但这种方式的推力损耗较大。例如，V-2导弹用燃气舵所造成的推力损失约为3%～5%。摇摆喷管往往被固体弹道导弹采用。此外，还有微推力发动机、喷气气流偏转器、延伸喷管等。目前，应用最广的是摇摆喷管方式，韩国在“罗老”号二级火箭上采用的估计就是摇摆喷管。

控制喷管摇摆的伺服机构按照能源类型一般分为液压、气动（包括冷气和燃气）和电动三种基本形式。液压和气动型结构较为复杂，可维护较差，控制性能一般，且环境适应性较差，而电动伺服机构结构简单，使用寿命长，而且环境适应性较好。从韩国透露的情况来看，其在“罗老”号二级火箭上采用的应该是电动型推力矢量控制方式。

当前，除了运载火箭还在采用上述低成本矢量控制方式外，导弹已经采用了更复杂的矢量控制技术。例如，苏联的陆基战略导弹的固体发动机主要以燃气舵、二次喷射方式等实现推力控制，“白杨”导弹第一级发动机就采用了燃气舵。上世纪80年代初，苏联固体发动机柔性喷管技术已成熟，如80年代中期服役的潜地战略导弹直径2.4米的固体发动机就应用了单个潜入式柔性摆动喷管。苏联纳吉拉泽设计局在80年代中期提出的小型固体陆基机动洲际导弹方案中的三级发动机推力向量控制均采用双向摆动喷管，表明该设计局当时已放弃了传统的推力矢量设计，转向摆动喷管的思路，其设计的“白杨”M的发动机上就采用了柔性摆动喷管技术。

“罗老”号电动推力矢量故障 从韩国透露的二级火箭电动推力矢量系统电机电流过大看，电机存在故障隐患。

火箭的电动推力矢量控制系统的伺服机构通常由2台机电作动器和1台控制器构成。机电作动器中的电动机较容易发生故障，其故障绝大多数是绕组故障和轴承故障，驱动电机在航天工作环境中十分不稳定，其在发射准备过程中不但需要适应水平和起竖姿态的变化，而且需要适应室内外温湿度变化，特别是真空环境，这些不利情况会带来电气间隙和外绝缘强度降低，以及电晕腐蚀严重等负面影响，而且由于测试中电动机频繁起停、换向，电动机发热严重，热应力对绝缘的老化过程也产生了影响。由于上述问题导致绝缘性能降低，就有可能造成电机内过电流现象，如不能及时更换，过电流将造成绝缘性能急剧降低，带来电机绕组故障（开路故障、短路故障）、逆变器故障（开关管开路故障、短路故障）、转子传感器故障、控制器故障等，最终导致电机和控制器的烧毁。

严格讲这种故障属于设计和生产质量问题。运载火箭如果生产质量控制不严，会使产品内部存在暗伤、多余物等，对火箭来说都是致命问题。有些缺陷在地面多次检查都很难发现，但火箭一起飞就暴露出来了。这就需要在总体设计中考虑冗余度设计和系统自检设计。当然上述问题也可能是韩国选用的元器件质量不稳定造成的。实际上，外军在导弹的长期贮存和维护中已发展了大量对此类机电器件的检测与保养技术。

导弹/火箭密封部件的维护与检修

一般来说，战略导弹上的非金属材料寿命短，金属材料寿命长，例如美国“大力神”2导弹活门密封件的寿命一般只有6年，而金属组合件寿命可达19年以上。因此，若把导弹贮存到6年就退役，这在军事上和经济上无疑是巨大损失。为解决这种矛盾，美国通过对“大力神”2的长期试验研究，认为通过修复方式延长导弹服役期是最好办法。

O形密封环更换维修 美军液体导弹上使用的密封件多数是O形环，在导弹贮存过程中，美军对此类密封件的贮存特性有详细研究。对它们的使用环境，如介质、压力和温度等都进行大量试验，然后把这种形式的密封件分成三类进行更换维修。第一类是用于燃料活门作动装置中的丁基橡胶O形环，这类密封件的寿命与它们所在活门组件的寿命相近，它们随着活门一起更换，不再单独对O形密封件进行更换。第二类是燃料泵后高压系统的所有其余的丁基橡胶O形密封环，它们都安装在阀门上起管路高压密封作用。它们本应按照其寿命单独更换，但考虑到更换维修程序的简便化，最后决定也在更换第一类密封件，趁活门拆下的机会一起更换，这样做既简便又实际。第三类是那些安装在燃料泵前和燃料泵组件内的O形密封环，这些密封环要按它们的寿命期限单独更换。

唇式和菌形活门密封件 推力室氧化剂活门的唇式密封件和燃气发生器单向活门的菌形密封件均由氟三塑料制成，这种材料易发生应力裂纹。组装氧化剂活门时，唇式密封件上会产生应力，燃气发生器单向活门菌形密封件上的应力则来自紧固的螺钉和弹簧的压缩载荷，在这些应力的持久作用下，密封件将产生裂纹并随贮存时间的延长而扩展。推力室的燃料系统的活门唇式密封件是用尼龙材料制成的，在导弹值班时间内或演练加注时，燃料蒸汽污染尼龙密封件，这种污染也使尼龙材料产生裂纹。上述的密封件裂纹可使推进剂泄漏，严重时还造成尼龙材料碎裂，碎片会产生堵塞，这是危险的高故障源。这些活门都按它们的失效期进行更换。氟三塑料密封件更换期8年，尼龙密封件更换期9年，但考虑到维修更换程序的方便，又因为密封件本身价格低廉，最后决定贮存6年时，与O形密封件一起更换。

可见，火箭燃料密封设计与部件制造具有较高的技术难度，是一个国家科技综合实力的体现。密封件的维护与保养也关系到一个国家战略导弹作战效能的维持，而韩国依靠简单的拿来主义是无法掌握的。从这个角度看，韩国宏伟的航天计划折在一个小小的垫片上，就不足为怪了。

导弹/火箭机电部件的维护与检修

战略导弹在长期贮存和使用中面临着复杂的周边环境，包括渗水环境、温度环境、湿度环境、霉变环境等。这些环境对导弹机电系统可能产生电化腐蚀、应力腐蚀、局部电池腐蚀、晶间腐蚀、浓度电池腐蚀、充（氧）气电池腐蚀以及摩擦腐蚀等。为此，许多国家都发展了相应的维护检测、预防和控制技术。

旱在20世纪50年代，美国陆、海、空军的一些研制单位就对所研制和部署的导弹（包括导弹电气、惯性、火工和光学等各种设备、材料和元件）实施了一系列的现场试验，如“民兵”、“大力神”等导弹的贮存可靠性计划，用来考核导弹的环境适应性。

美国现役的“民兵”3导弹电气系统曾出现以下问题。一是湿芯钽电容器变干。电容器是电子电路的基本元件，类似于电池，它贮存有电荷，用来在电子元件之间传递信号。电容器里面的液体已开始变干，使贮存电荷的能力降低。二是控制器中的变压器的内绝缘层失效导致短路，破坏了变压器和互连的电路。三是集成电路中残留导电粒子。在制造时一些小的残留粒子未彻底从集成电路表面清除干净，这些粒子就有可能改变位置而引起短路，造成故障。为解决该问题，制造时在半导体上面加了一层玻璃薄膜，将元件隔开。四是电气元部件出现气隙现象。这种现象与老化有关，当不同的表面金属粘连在一起时会出现这种情况。在“民兵”2导弹的电气系统中，晶体管和集成电路都是用金导线和铝板相粘结。在“民兵”3导弹制导系统中，只有晶体管是用金导线与铝板相粘结。五是元件和线路出现振动疲劳。六是由于在修理时暴露在大气中进行处理，电气金属壳体与导线之间发生腐蚀，它会导致电短路和计算机的逻辑错误。七是电路板出现分层现象。这是在反复修理时由于热或焊接而引起的。

美军经过对“民兵”系列导弹维护和试验发现，有些故障存在规律性。只要有意识采取预防措施，加强主要环节的控制，导弹的故障及事故是可以降至最低限度的。