Риски космических проектов. Анализ неудачных космических запусков

Полный текст

Введение. Проблемы анализа состояния космической деятельности, совершенствования управления в ракетно-космической промышленности, методологии управления космическими проектами и космическими рисками находят отражение в трудах многих авторов как в России, так и за рубежом [1-11]. Стадия запуска в космос является неотъемлемой частью жизненного цикла космических проектов, связанных с созданием и использованием космических аппаратов. Актуальной научной задачей является анализ неудачных космических запусков с перспективой использования полученных результатов для совершенствования управления рисками космических проектов. Анализ неудачных космических запусков. Неудачи при освоении космоса случаются постоянно, в то же время, согласно общей статистике запусков со времени начала освоения космоса, среднегодовое число неудачных запусков снизилось по сравнению с пионерными годами космонавтики. Это обусловлено увеличением доли серийных запусков народнохозяйственного назначения в общей структуре запусков. Рассмотрим статистику космических запусков в России за период с 2004 по 2014 годы (см. рисунок). За указанный период было проведено 296 запусков, из которых 19 окончились неудачей. Следует отметить расхождение в определении космического запуска как неудачного с позиции официальной статистики Федерального агентства - представителя услуг по выведению космических аппаратов (КА), и с позиции заказчиков - владельцев и пользователей результатов космического проекта. Федеральное агентство в официальной статистике выделяет успешные, частично успешные, неуспешные и аварийные запуски. При этом успешными считаются запуски, произведенные без негативных событий в зоне ответственности оказывающего услуги по запуску. К частично успешным относятся запуски, в которых выполнены обязательства по выведению КА в космос, но оказано негативное влияние на условия дальнейшего функционирования КА. К данной группе относят запуски, в ходе которых не произошло выведение КА на расчетную орбиту с сохранением его функциональных качеств, корректировка орбиты до расчетных значений производится за счет двигателей КА, при этом внештатный расход топлива ведет к снижению срока полезного использования аппарата. Аварийными и неудачными запуски признаются при полной потере функциональности космического аппарата. С позиции управления проектом создания космического аппарата любое негативное отклонение в полученных результатах можно трактовать как неудачу, негативное событие, ведущее к неизбежным потерям. Неудачный космический запуск следует рассматривать как случай проявления риска, подлежащего предварительному выявлению, оценке и возможной реакции на риск со стороны организаций, реализующих комические проекты. Таким образом, целесообразно подразделять космические запуски на успешные и неудачные. Для целей данного исследования под неудачным космическим запуском понимается выведение в космос ракеты-носителя с полезной нагрузкой на борту, в ходе которого произошли негативные события, повлекшие частичное или полное невыполнение запланированных мероприятий, повреждение или потерю космического аппарата, а также ущерб третьим лицам. В целях удобства анализа необходимо рассмотреть неудачные запуски в сопоставимом виде с раскрытием сущности каждого негативного события, его причин, последствий и ущерба. Систематизированная информация представлена в табл. 1. Статистика космических запусков в России с января 2004 года по сентябрь 2014 года Неудачные космические запуски в России с 2004 по 2014 годы* Таблица 1 Дата Стартовый комплекс РН и РБ Описание сущности события, причин неудачи, последствий и ущерба 24.12.2004 Плесецк 32/2 Циклон-3 701 Двигатель третьей ступени ракеты-носителя (РН) во втором своем включении вместо положенных 9,8 секунды отработал только немногим более четырех секунд, после чего отключился. Полезная нагрузка выведена на нерасчетную орбиту 21.06.2005 Плесецк 16/2 Молния-М 77046-694 На 298-й секунде полета произошла авария 3-й ступени носителя. Спутник потерян в результате аварии ракеты-носителя. Ущерб около 1,3 млн руб., угроза экологического загрязнения местности 21.06.2005 К-496 Волна-О Первая ступень двигателя ракеты-носителя самопроизвольно прекратила свою работу на 83 секунде полёта, в результате чего ракета не набрала необходимую для выхода на орбиту скорость и упала в океан. Неудачный запуск замедлил развитие совместного российско-американского проекта по запуску космического аппарата, движущегося по принципу солнечного парусника 08.10.2005 Плесецк 133/3 Рокот / Бриз- КМ Не произошло отделение разгонного блока (РБ). В результате связка из второй ступени ракеты и разгонного блока упала в Северном Ледовитом океане. Проблема в нештатной работе программного обеспечения системы управления разгонного блока, которая не сформировала требуемых команд на разделение второй ступени и космической головной части. Потерян спутник Cryosat стоимостью 140 млн евро, научный проект ЕКА отложен до 2010 года 28.02.2006 Байконур Пл. 200/39 Протон-М / Бриз-М 535- 11/88515 Из-за нештатной работы во время второго включения разгонного блока арабский спутник связи на расчетную орбиту не выведен. Использование по назначению спутника Arabsat 4A не представляется возможным 26.07.2006 Байконур Пл. 190/95 Днепр 4502973-804 На 73-й секунде полета произошло аварийное отключение двигателей ракеты. Авария произошла из-за нарушения теплоизоляции, в результате чего произошел перегрев рабочего тела гидропривода, который управляет качанием камеры № 4 двигательной установки первой ступени. В аварии было потеряно 18 спутников. На месте падения ракеты взяты пробы грунта, ПДК гептила превышена в тысячу раз 05.09.2007 Байконур Пл. 200/39 Протон-М / Бриз-М 535- 22/88522 На 135-й секунде полета произошло аварийное выключение двигательной установки второй ступени ракеты. На почву попало несколько тонн высокотоксичного топлива (гептила). Несмотря на быструю ликвидацию последствий экологической катастрофы, Казахстан потребовал от России компенсационную выплату в размере 60,7 млн долл. 14.03.2008 Байконур Пл. 200/39 Протон-М / Бриз-М 535- 25/88525 Разгонный блок не доставил полезную нагрузку на расчетную орбиту. Преодолеть разницу в орбитах за счет резерва двигателей спутника не представилось возможным. Собственник объявил о потере спутника 23.05.2009 Плесецк 43/4 Союз-2.1а 77067-162 РБ Фрегат Запуск частично успешный: аппарат не вышел на целевую орбиту. Дефект разгонного блока на втором включении, третьего запланированного включения не произошло. КА используется по назначению, но не в составе спутниковой группировки ЕССС 05.12.2010 Байконур Пл. 81/24 Протон-М / ДМ-3 535- 37/01L После удачного старта разгонный блок ДМ-03 вместе с космическими аппаратами упал в Тихий океан. Согласно выводам комиссии все ступени и системы ракеты-носителя отработали штатно, а спутники были утрачены из-за того, что в разгонный блок ДМ-03 из-за ошибки в конструкторской документации залили 1,5 тонны лишнего топлива. Ущерб от потери спутников составил 2,5 млрд руб., не считая стоимости РН «Протон-М» 01.02.2011 Плесецк 133/3 Рокот / Бриз- КМ Спутник выведен на нерасчетную орбиту из-за ошибок в работе разгонного блока. Через некоторое время связь со спутником пропала. Причиной отсутствия связи с «Гео-ИК-2» стал отрицательный энергобаланс космического аппарата, образовавшийся в результате падения напряжения бортового электропитания. Космический аппарат сошел с орбиты в 18:27 15 июля 2013 года и сгорел в атмосфере 17.08.2011 Байконур Пл. 200/39 Протон-М / Бриз-М 935- 21/99522 В ходе полета произошел сбой в системе разгонного блока, в результате чего космический аппарат был выведен на нерасчетную орбиту. Авария стала результатом программной ошибки. Стоимость создания и запуска спутника предположительно составила около 10 млрд руб. 24.08.2011 Байконур Пл. 1 Союз-У ПВБ L15000-132 На участке работы третьей ступени ракеты-носителя на 325-й секунде произошло нарушение работы двигательной установки, приведшее к ее аварийному отключению. Причиной нештатной работы стало уменьшение расхода горючего в газогенераторе вследствие засорения тракта его подачи. Ущерб - 3,2 млрд руб. Окончание табл. 1 Дата Стартовый комплекс РН и РБ Описание сущности события, причин неудачи, последствий и ущерба 08.11.2011 Байконур Пл. 45/1 Зенит-2СБ 2SB41.1,2FG Произошел перезапуск двух комплектов бортового вычислительного комплекса и «Фобос-Грунт» остался на околоземной орбите. Непосредственной причиной перезапуска обоих полукомплектов вычислительной машины ЦВМ22 названо срабатывание сторожевого таймера в её составе, связанное, вероятнее всего, с искажением программного кода при воздействии тяжёлых заряженных частиц на ячейки ОЗУ. Ущерб - 5 млрд руб. 23.12.2011 Плесецк Пл. 43/4 Союз-2.1 б 78075- 164/104 На 421-й секунде полета произошла нештатная работа двигательной установки третьей ступени ракеты из-за прогара камеры двигателя вследствие «нестабильности характеристик паянного соединения, не выявляемого существующими в отрасли методами контроля качества». [15] Полная потеря полезной нагрузки. Ущерб - около 2 млрд руб. 06.08.2012 Байконур Пл. 81/24 Протон-М / Бриз-М 935- 31/99532 Выключение двигателей разгонного блока произошло через 7 секунд вместо расчётных 18 минут 5 секунд. Причиной аварии была признана производственная проблема: произошло засорение магистрали наддува дополнительных топливных баков горючего «Бриз-М». Ущерб от аварии оценивается в 5-6 млрд руб. 08.12.2012 Байконур Пл. 200/39 Протон-М / Бриз-М 935- 34/99535 Процедура отделения КА от разгонного блока произошла на 4 минуты раньше расчетного времени. Спутник был оставлен на орбите, ниже расчётной. Выведение на расчетную орбиту за счет резервов космического аппарата привело к снижению срока полезной эксплуатации аппарата до 11,5 лет вместо ожидавшихся 19. Заявленный убыток, связанный с сокращением срока службы спутника, составил 73 млн евро 02.07.2013 Байконур 81/24 Протон-М / ДМ-03 Примерно на десятой секунде после старта ракета внезапно изменила направление полета, начала падать и взорвалась на территории космодрома. Причиной аварии стала нештатная работа трех из шести датчиков угловых скоростей, которые были установлены обратной стороной. Ущерб превысил 6 млрд руб. 16.05.2014 Байконур Протон-М / Бриз-М Спутник «Экспресс-АМ4Р» не вышел на целевую орбиту. Третья ступень ракеты не доработала 37 секунд. Телеметрия показала резкое падение давления в рулевом двигателе третьей ступени. Причиной аварии стал производственный дефект в ходе сборки. Запуски «Протонов» приостановлены до полного расследования *Источник: материалы открытой печати, отчеты межведомственных комиссий, специализированные сайты Интернета [12-14]. В разрезе используемых ракет-носителей можно выделить неудачные пуски с применением ныне снятых с эксплуатации РН «Молния-М» и «Циклон-3». Авария РН «Молния-М» 2005 года оказалась последней в истории эксплуатации данного ракетоносителя. В 2010 году после пятидесяти лет использования РН «Молния-М» выведена из эксплуатации и заменена на более современную - «Союз-2» с разгонным блоком «Фрегат». Аналогичная ситуация сложилась с РН «Циклон-3», аварийный запуск 2004 года оказался последним в истории длительной успешной эксплуатации ракетоносителя, и в 2010 году использование этой ракеты прекращено. В истории использования РН «Днепр» аварийным оказался 7-й запуск в 2006 году, по состоянию на сентябрь 2014 года - единственный в практике эксплуатации РН. «Рокот» - жидкостная ракета-носитель лёгкого класса. За период использования РН проведено 20 запусков, в числе которых 18 успешных. Неудачные запуски РН в 2005 и 2011 годах связаны с нештатной работой разгонного блока «Бриз-КМ». Неудачи при запуске ракет-носителей семейства «Союз» за анализируемый период случались трижды. В 2009 году неудача при запуске РН «Союз 2.1а» произошла по вине разгонного блока «Фрегат». За всю историю эксплуатации РН «Союз-У» из 770 произведенных запусков неудачными оказались 21, при этом причиной аварии 2011 года была производственная оплошность, приведшая к засорению тракта подачи топлива, что указывает на влияние человеческого фактора. Двигатель РД-0110 третьей ступени ракеты «Союз» уже не одно десятилетие серийно изготавливает Воронежский механический завод. Начиная с 60-х годов прошлого века, двигатель РД-0110 обеспечил более 1700 успешных пусков. Авария РН «Союз-2.1б» также произошла на участке работы третьей ступени РН из-за технического дефекта производства при изготовлении двигателя РД-0124 [15]. Запуски РН «Протон-М» за анализируемый период относились к числу неудачных девять раз. Внештатные ситуации на участке работы ракеты-носителя возникали трижды. В 2007 году причиной аварии стала нештатная работа второй ступени РН. Два случая в 2013 и 2014 годах связаны с человеческим фактором - небрежность работников, повлекшая дефекты при сборке. Разгонные блоки «Бриз-М» стали причиной пяти неудачных запусков с участием ракеты-носителя «Протон» с 2006 по 2012 годы. Три случая были вызваны нештатной работой разгонного блока. Причиной аварий 2011 и 2012 годов был человеческий фактор - небрежность работников, повлекшая программные ошибки и дефекты при сборке. Авария РН «Протон» с РБ ДМ-03, произошедшая в 2010 году, также связана с человеческим фактором, проявившимся в ошибке в документации, вследствие чего ракета была перетя- желена. РН «Волна» является «гражданской» версией межконтинентальной ракеты РСМ-50. Запуск РН производится с подводных лодок в Баренцевом море. Технические характеристики ракетоносителя значительно ограничивают возможность широкого гражданского использования. В истории эксплуатации РН четыре из пяти запусков прошли со значительными отрицательными отклонениями от планируемых результатов. После 2005 года запусков РН «Волна» не производилось. На основе представленной в табл. 1 информации можно сделать вывод о значительном влиянии на успешность запуска качества контроля при производстве космической техники, а также человеческого фактора. Обращение к методологии управления космическими проектами и космическими рисками позволит более детально рассмотреть причины и последствия неудачных космических запусков. Проектный подход в управлении является исторически характерным для аэрокосмической отрасли. Это обусловлено специфичными для отрасли технологичностью, наукоемкостью, а также уникальностью создаваемой продукции и высокой инновационной активностью участников космического рынка. Систематизация знаний в области управления космическими проектами и развитие методической базы в этой области знаний в свете череды неудачных космических запусков является актуальной научной задачей, востребованной космической отраслью Российской Федерации [1]. Проводя анализ неудачных космических запусков, необходимо обратиться к методологии управления рисками космических проектов. Целесообразно выявить соответствие между повлекшими отрицательные отклонения негативными событиями и группами рисков космических проектов, а также критичностью последствий проявления риска. Основным признаком классификации проектов создания космических аппаратов выступает целевое назначение космического аппарата как ключевого элемента проекта в целом. При этом выделяются научные, оборонные, социальноэкономические и КА двойного назначения. Полезным также будет анализ распределения неудачных космических запусков с точки зрения владельцев КА: национальные (запуски для российских заказчиков), с иностранным участием (как правило, запуски спутников для других государств, где Россия выступает как посредник услуг выведения), международный (как правило, научные проекты с участием России в распределении получаемых результатов). Риски космических проектов можно классифицировать по многим признакам. В рамках данного исследования интерес представляет классификация рисков по причине (природе) ущерба от риска: 1. Технические риски - риски, связанные с возможностью сбоев и поломок оборудования, недостаточностью контроля качества или наличием дефекта, не выявляемого существующими в отрасли методами контроля качества. 2. Риски, связанные с человеческим фактором - риски, связанные с возможностью принятия человеком ошибочных или алогичных решений в конкретных ситуациях. В связи с субъективным недостатком информации, физическим и психологическим состоянием человека. 3. Информационные риски - риски, связанные с объективным недостатком информации, проявляющиеся при реализации космических проектов в неизученных областях космического пространства. 4. Природные риски - риски проявления неуправляемых и непредсказуемых обстоятельств, например, столкновение с метеоритами и космическим мусором на орбите. Критичность последствий проявления риска определяется его влиянием на результаты космического запуска и, следовательно, на результаты космического проекта в целом. Целесообразно выделить следующие виды последствий: частичная потеря функциональности, полная потеря функциональности, потеря КА. Наличие описанных выше систем классификации космических аппаратов, групп риска и критичности последствий риска позволяет классифицировать по ним отдельные параметры неудачных космических запусков (табл. 2). Классификация некоторых параметров неудачных космических запусков Таблица 2 Дата запуска Наименование КА Целевое назначение КА Владелец КА Группа рисков - проявление риска Критичность последствий 24.12.2004 Сич-1М Микрон Социально- экономическое, ДЗЗ Украина Технические риски - нештатная работа РН Вывод на нерасчетную орбиту - частичная потеря функциональности 21.06.2005 Молния-3К Двойного назначения РФ Риски, связанные с человеческим фактором - нарушение эксплуатационных требований Потеря КА 21.06.2005 Космос-1 Научное РФ-США Технические риски - нештатная работа РН Потеря КА 08.10.2005 Криосат-1 Научное ЕКА Технические риски - нештатная работа РБ Потеря КА 28.02.2006 Arabsat 4A Социальноэкономическое ARABSAT Технические риски - нештатная работа РБ Вывод на нерасчетную орбиту - полная потеря функциональности Окончание табл. 2 Дата запуска Наименование КА Целевое назначение КА Владелец КА Группа рисков - проявление риска Критичность последствий 26.07.2006 18 спутников Научное Белоруссия, Россия, Италия, США и пр. Технические риски - дефект при производстве РН Потеря КА 05.09.2007 JCSAT 11 Социальноэкономическое, связь и телевещание Япония Технические риски - нештатная работа РН Потеря КА 14.03.2008 Americom 14 Социальноэкономическое, телевещание США Технические риски - нештатная работа РБ Вывод на нерасчетную орбиту - полная потеря функциональности 23.05.2009 Меридиан-2 Двойного назначения РФ Технические риски - нештатная работа РБ Вывод на нерасчетную орбиту - частичная потеря функциональности 05.12.2010 Ураган-М № 739 Ураган-М № 740 Ураган-М № 741 Двойного назначения РФ Риски, связанные с человеческим фактором - ошибка в документации Потеря КА 01.02.2011 Гео-ИК-2 Научное РФ Технические риски - нештатная работа РБ и КА Вывод на нерасчетную орбиту - полная потеря функциональности 17.08.2011 Экспресс- АМ4 Социальноэкономическое, цифровое вещание РФ Риски, связанные с человеческим фактором - программная ошибка Вывод на нерасчетную орбиту - полная потеря функциональности 24.08.2011 Прогресс- М-12М Научное МКС Риски, связанные с человеческим фактором - дефект при сборке РН Потеря КА 08.11.2011 Фобос-Грунт Научное РФ Риски, связанные с человеческим фактором - воздействие внешней среды, неучтенное при проектировании КА Потеря КА 23.12.2011 Меридиан № 15L Двойного назначения РФ Технические риски - дефект при производстве РН Потеря КА 06.08.2012 Телком-3 Экспресс- МД2 Социальноэкономическое, телекоммуникация РФ / Индонезия Риски, связанные с человеческим фактором - дефект при производстве РБ Потеря КА 08.12.2012 Ямал-402 Социальноэкономическое, телекоммуникация РФ Технические риски - нештатная работа РБ Вывод на нерасчетную орбиту - частичная потеря функциональности 02.07.2013 3 Глонасс-М Двойного назначения РФ Риски, связанные с человеческим фактором - дефект при сборке РН Потеря КА 16.05.2014 Экспресс- АМ4Р Социальноэкономическое, цифровое вещание РФ Риски, связанные с человеческим фактором - дефект при сборке РН Потеря КА В числе 19 неудачных запусков ракет-носителей 6 использовались для выведения космических аппаратов научного назначения. Потери такого характера оказывают значительное отрицательное воздействие на интенсивность научных исследований ввиду сложности и длительности создания космических аппаратов научного назначения. Кроме материальных убытков, неудачи при реализации научных проектов существенно замедляют научный прогресс. Крупные потери при неудачных запусках КА социально-экономического назначения несет и народное хозяйство, в первую очередь, отрасль телекоммуникаций. К 8 неудачным запускам социально-экономического назначения можно прибавить 5 запусков КА двойного назначения, также способных приносить экономическую пользу при гражданском использовании с момента ввода в эксплуатацию. Из табл. 2 видно, что основные потери от неудачных космических запусков несет государство и компании внутри России. 11 запусков относятся к национальным, в числе которых 3 запуска научных КА, 4 - социально-экономического назначения, 5 - двойного назначения. В двух случаях потеряны аппараты научного назначения, созданные в рамках международных проектов. В 7 случаях потери понесли собственники космических аппаратов из других государств. Неудачи при таких запусках негативно отражаются на международном престиже отечественной космонавтики. Классификация причин неудачных запусков по группам рисков показала преобладание технической группы рисков (11 из 19 случаев), оставшиеся 8 относятся к рискам, связанным с человеческим фактором. При этом хронологически на первые 6 лет анализируемого периода приходится только один случай проявления риска, связанного с человеческим фактором, и 8 рисков технического характера. С 2009 по 2014 годы выявлено 7 случаев проявления риска, связанного с человеческим фактором, и 3 - технического риска. Проявление технических рисков обычно связано с нештатной работой РН или РБ ввиду их технического несовершенства или наличия производственных дефектов, не подлежащих обнаружению существующими методами контроля качества. Проявления рисков, связанных с человеческим фактором, более разнообразны по природе, но в большинстве своем сводятся к субъективному недостатку информации (отсутствию необходимых навыков и знаний) и халатности. Распределение по критичности последствий рисков показало, что риски, связанные с человеческим фактором, имели более критичные последствия и во всех случаях привели к потере запускаемых КА либо их полной непригодности к использованию. При проявлении же технических рисков в 3-х случаях удалось сохранить частичную функциональность КА. Это, вероятно, связано с особенностями процесса запуска космического аппарата, в ходе которого предусмотрено активное участие с Земли, и человеческие решения подлежат переосмыслению и корректированию непосредственно в процессе вывода ракеты в космос. Неизбежные технические риски нивелируются путем дублирования систем КА и создания современных систем контроля качества продукции. В результате проявляются в виде негативных событий лишь наиболее грубые недочеты, исправить которые не представляется возможным. Заключение. Неудачи в космической деятельности являются отражением накопившихся в ракетнокосмической отрасли проблем. На данный момент реализуются масштабные преобразования в ракетнокосмической отрасли России. Подобные институциональные преобразования должны обеспечить условия для снижения количества неудачных космических запусков, вызванных сбоями и поломками оборудования, недостаточностью контроля качества, принятием ошибочных или алогичных решений. Помимо институционального уровня необходим пересмотр процессов управления на прикладном уровне - от отдельных рабочих мест и производственных подразделений как основных источников проявляющегося риска до взаимодействия участников при осуществлении отдельных космических проектов. Решение данной проблемы возможно путем совершенствования организации космической деятельности на основе методов проектного управления.

Об авторах

Геннадий Павлович Беляков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Email: gpbelyakov@mail.ru
доктор экономических наук, профессор, профессор кафедры организации и управления наукоемкими производствами Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Юлия Анатольевна Анищенко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Email: julya104@mail.ru
кандидат экономических наук, доцент кафедры организации и управления наукоемкими производствами Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Михаил Викторович Сафронов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Email: smv-agi@mail.ru
магистр экономики, ассистент кафедры организации и управления наукоемкими производствами Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Список литературы

Дополнительные файлы