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            三次彩排全掛,新一代登月火箭首飛無期

            時間:2022-05-09 12:57:32    來源:科普中國網    

            還記得3月中旬,風風光光從總裝車間垂直轉運到發射工位的NASA新一代載人登月火箭SLS(太空發射系統)嗎?

            那是這款重型火箭的首次亮相,為的是開展發射前的最后測試,也就是“濕彩排”。

            所謂“濕”,顧名思義,各級火箭會注入超過260萬升、約1000噸液氧液氫等液體推進劑和保護氣體,在地面實地模擬除發射升空之外的全部流程。事后,還要把所有推進劑排出并確?;鸺貧w安全狀態,整個測試難度和總成本可想而知。

            首次亮相的SLS登月火箭,可謂風光無限 | NASA

            作為NASA醞釀了20余年、預算已超過230億美元、單次發射費用不低于20億美元的航天大殺器,SLS重型火箭原本預計僅進行這一次最全面的濕彩排。在成功后,就立即在5月開始執行首次發射,完成重返月球的阿爾忒彌斯首次任務。

            然而,SLS的濕彩排相當不順利,基本上算是失敗了。

            濕彩排一波三折

            北京時間3月18日,SLS成功轉運到卡角的LC-39B發射平臺,經過在發射架上約兩個星期的全面測試后,NASA于4月2日正式開始了濕彩排的預定計劃。

            然而,開局就頗為不順,負責給移動發射臺的封閉區域內提供壓力的兩臺大型風扇出現了故障。這里是加注推進劑的核心區域,必須通過加壓來防止有害氣體的積累,最大限度保持測試和發射安全。在這種情況下,濕彩排只能立即中止。

            首次濕彩排前,移動發射臺被閃電擊中,不過這跟后來出現的故障無關 | NASA

            還好這不是火箭本身的問題,風扇故障也容易排除,第二天(4月4日)NASA便重新安排了濕彩排。禍不單行,這回移動發射臺上又有一個排氣閥卡死了,導致液氫加注無法啟動。盡管當時液氧加注已完成50%,但第二次濕彩排也只能半途而廢了。

            4月7日,在更換移動發射臺上一個調節裝置之后,技術人員發現SLS火箭上面級ICPS內部也有一個閥門故障了。這個故障在發射平臺現場無法解決,必須運回總裝車間拆開火箭才能維修。

            為了不耽誤更多的時間, NASA不得不更改了“濕彩排”方案,取消了對火箭上面級加注燃料的測試,試圖繞開ICPS內部那個故障閥門,希望能夠完成除此之外“濕彩排”涉及到的其他測試。

            夕陽西下,SLS在發射臺上等待下一輪濕彩排 | NASA

            時間軸推進到4月15日,NASA第三次開啟了SLS的“縮水版”濕彩排。這次起步要順利不少,SLS的核心級開始注入液氫推進劑。對于這類火箭而言,作為還原劑、密度極低、體積極大、溫度極低、容易揮發、危險系數最高的液氫是最難處理的部分。

            然而很快,問題又暴露了出來:發射臺底部竟然開始大量泄漏火箭推進劑,這是一個無法挽回的致命傷。因為大量液氫進入空氣后,會迅速變成氣體,與空氣中普遍存在的氧氣形成了天然的超級“炸彈”,一旦發生危險,后果可想而知。NASA只能立叫停了第三次測試。

            又經過10天的全面檢查,工程師還發現了其他潛在問題,并一致認為最后一次故障徹底無法挽回,拖泥帶水的這一系列濕彩排只能宣告結束。

            4月26日,SLS原路返回了總裝車間。

            連夜運回總裝車間的SLS火箭。它身后燈火通明的,是準備發射新一批宇航員去國際空間站輪換的獵鷹9號火箭 | Stephen Clark

            “新鴿王”火箭再延期

            出現這些問題,恰恰說明濕彩排對于新火箭的研發而言極其重要,可以提前發現潛在風險,最大限度避免在發射時出現災難性后果。

            但很顯然,SLS火箭的初次發射,也不可能按先前計劃的那樣,在今年5月進行了。

            在5月5日的一次電話會上,NASA稱火箭上面級內部那個閥門故障已查明原因,是被一些橡膠碎屑給卡住的,但碎屑來源仍需調查。

            如果一切順利,SLS火箭將在本月月底前返回LC-39B發射平臺,預計6月初第四次啟動全面的“濕彩排”測試。

            如果下一次“濕彩排”能夠順利完成,NASA才會確定阿爾忒彌斯計劃首次發射任務的升空時間。

            原定今年5月的SLS首飛,目前發射時間待定 | NASA/MSFC

            表面上最讓人熱情澎湃的火箭發射倒計時背后,還有太多支撐環節,如發動機試車、火箭總體設計、加工與制造、轉場總裝轉運和發射場系統等。出現任何一個短板,結果便是徹頭徹尾的失敗。

            對于SLS這種集舉全國之力、耗費數十年、數百億美元、重返月球、單次發射費用極高和載人火箭等元素于一身的NASA大殺器而言,必須慎之又慎。

            不過,這也讓很多關注SLS研發的航天愛好者頗為失望:什么,搞了幾十年的這貨,竟然濕彩排都狀況頻出?

            畢竟,SLS并非是顛覆性的新型火箭技術,基本是持續40年的成熟項目航天飛機的“火箭版”。

            僅從外表看就能發現SLS和航天飛機有著明顯的代際傳承 | NASA

            SLS的4臺核心發動機RS-25D(和升級版本RS-25E),是航天飛機的主力發動機,早就驗證了優異的可靠性和可復用性,幾乎從未出過重大問題,是人類液氫液氧火箭發動機技術的天花板。代價自然也十分高昂,單臺發動機本身的費用就高達約1億美元。航天飛機每架3臺發動機反復使用,SLS卻是一次就扔4臺,都不帶回頭看一眼的。

            SLS的核心級,標準的大橙罐,土到沒有任何涂裝,僅是絕緣材料的自然顏色。這讓人瞬間聯想到航天飛機的大橙罐。沒錯,這兩個就是本出一家。

            它的核心推力則來自兩個固體助推器,也是升級版的航天飛機助推器。自重725噸,推力卻高達1600噸,一個助推器就可以推起一發長五(起飛重量約870噸),確實是暴力怪獸。

            所以,濕彩排搞成這個樣子,的確是讓人感覺“濕漉漉”的狼狽。

            不對比,沒傷害

            更為反差的是,在SLS在LC-39B進行濕彩排期間,SpaceX的獵鷹9火箭就豎立在隔壁的LC-39A,以至于二者可以同框拍下清晰的合影。

            SLS與獵鷹9號同框,場面頗為經典 | daytonews

            圖中這枚獵鷹9號火箭已是第5次執行發射任務,也是第2次執行載人航天。本次任務公理一號(Axiom-1)也是人類載人航天史上第一次純私人前往國際空間站的載人航天任務。從4月8日這枚獵鷹9號發射,到4月25日公理一號宇航員順利返回,SLS就一直在隔壁靜靜地看著。

            真的是靜靜,因為它的三次濕彩排一次都沒有搞成。

            更諷刺的是,就在SLS被拉回總裝測試車間后不久,4月29日,這枚回收的獵鷹9號火箭第6次發射升空,運送53顆星鏈衛星進入太空,創造了獵鷹9號火箭僅需21天就可再次發射的最短記錄。

            獵鷹9號發射公理1號,SLS就在右邊靜靜地立著 | Max Evans

            雖說把SLS與運輸能力遠不如它的獵鷹9相比并不公平,但SpaceX的重型獵鷹火箭在此前搶走了SLS的“歐羅巴快船”訂單,就真的是不給面子了。

            作為NASA新一代旗艦級木星探測任務,歐羅巴快船預算極高、原本對SLS高昂的發射費用沒那么敏感,但實在扛不住SLS不斷延期且發射頻率嚴重短缺,更重要的是重型獵鷹實在太香了。SpaceX的1.78億美元報價,幾乎是SLS的十分之一,省下來十多億美元,干點什么不好?

            而與SLS同等級別近地軌道運力的星艦,則一直在等美國聯邦航空管理局(FAA)發放首飛的適航許可。這二者無論誰首飛,都將是近20年來世界最強,自然誰都想占住這個先機。

            現在SLS又拉垮了一次,就看已經4次推遲發布報告的FAA,還能按住星艦多久了。

            就在SLS轉運的3月18日,星艦已經進行了推進劑加注試驗 | SpaceX

            一定會有人問,SLS這么不給力,為什么NASA還要花這么大精力研發?這就是另外的故事了,足夠再寫一篇文章。

            簡而言之,SLS雖然如此,卻依然代表著航天最高科技,對于洛馬、波音和諾格這三大軍工巨頭的長期發展有著舉足輕重的意義。且SLS成熟后的下一個版本,三大巨頭會在上面實踐一系列尖端科技,比如新上面級、新固體助推、新復合材料儲罐等,這些都不是SpaceX能承擔的技術。

            本文長度有限,咱們有空細聊。果殼也將繼續關注SLS和星艦的試飛進展,敬請期待。

            作者:太空精釀

            本文來自果殼,未經授權不得轉載.

            如有需要請聯系sns@guokr.com

            標簽: 航天飛機 總裝車間 載人航天

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