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Space X和波音公司将如何保证NASA宇航员安全?

本文作者:郑佳雨 2015-08-16 11:05
导语:​在SpaceX's Falcon 9号火箭飞往国际太空站途中解体事件发生大约一个月后,公司首席执行官Elon Musk宣布火箭坠落的原因是一个两英尺长一英寸厚的钢支柱导致。

 Space X和波音公司将如何保证NASA宇航员安全?

在Space X的Falcon 9 号火箭飞往国际太空站途中解体事件发生大约一个月后,公司首席执行官Elon Musk宣布火箭坠落的原因是一个两英尺长一英寸厚的钢支柱导致。火箭液体氧气箱里的氦气压力阀由数千个这样的钢支柱维持,一旦钢支柱突然折断,大量氦气就会泻出从而导致液体舱爆炸之后引爆整个火箭。尽管只是一个微小的疏忽也会导致重大的航天事故。

幸运的是,坠落的飞行器内没有搭载宇航员,只是丢失了食物、水和货物,但是很快同一类型的火箭将会搭载宇航员。Space X和波音公司目前正在研发载人运输模型,搭载美国宇航员往返于国际空间站。作为NASA商业载人运输项目的一部分,该项目计划于2017年实施,旨在发展私人航空业务。

“平均每270次飞行任务中,会发生一次事故。”

作为航天局首次将宇航舰队的安危交由私营公司负责的首次尝试,宇航部门为保证宇航员的人身安全而采用了全新的保护手段。NASA对私营公司发出要求表示:如果飞行任务没有遵守高标准的安全守则或者航天局在飞行器研制过程中监管力度不够,它们都将受到相应的惩罚。当然,SpaceX 和波音公司必须达到规定的几百条安全标准,同时证明即使搭载宇航员的火箭爆炸时,也能保证他们的安全。对于其他方面,飞行器的外观以及运作方式,NASA则并不会过多干涉。

尽管有如此高标准的要求,NASA依然不能确保Space X 和波音飞行器百分百的安全。“你能计算出每一百次飞行任务中有多少次任务是安全的并能将宇航员安全送回地球?”NASA商业飞行发展中心负责人Phil McAlister说,“平均每270次飞行任务中就会发生一次事故。”

更少的标准

 Space X和波音公司将如何保证NASA宇航员安全?

从佛罗里达州发射的NASA亚特兰蒂斯号航天飞机(NASA/Bill Ingalls)

这些项目和商业载人运输项目最大的区别在于监管力度的不同。NASA直接负责制定航天飞机的设计规格,承包商需要达到1万至1.2万个生产标准。商业载人运输项目使用的太空舱,例如 CST-100和 Dragon V2等,所需的供应工作几乎都由这些私人公司负责。SpaceX 和波音只需满足NASA制定的商业载人运输项目合同中规定的280条标准。NASA商业飞行发展中心负责人McAlister 表示这些标准主要涉及安全和性能方面,对于Space X 和波音公司的要求也并不会十分严格。比如,合同会规定为宇航员制定一个中止计划系统并能让宇航员手动操作飞行器上的软件,但是他们没有规定这些系统怎么运转。

McAlister说:“这样的操作,为私营公司按照自己的方式设计系统提供了灵活性。商业载人运输项目可让我们废除低规格的标准,允许私营公司进行创新并提出独特的解决方案。”McAlister认为由于不必担心NASA繁复的标准以及频繁的检查,这也为SpaceX 和波音公司的工作进程提供了便利。

NASA为私营公司及航天局之间提供联系人,这些联系人与公司工程师一块工作提供他们所需的技术。航天局要求完全了解公司的设计。McAlister透漏:“如果有重要的会议或者重要的数据需要测试,我们有权掌握情况。”尽管交流、合作十分密切,飞行器最终是归属于SpaceX 和波音而不是NASA。

商业载人运输项目监管力度不够有可能会导致安全问题。一月,负责监测NASA项目安全性能工作的航空航天安全咨询委员会称NASA没有为他们提供详细的安全运输资料。此后,NASA加强与 ASAP的沟通,但是担任咨询委员会主席的海军中将Joseph Dyer仍有担心。Dyer对播客客户端(The Verge)说:“我们相信执行力度的好坏在于领导力。”随着NASA一些关键人物例如NASA人类探索中心副行政官Bill Gerstenmaier的加入,Dyer不再担心安全问题。他还说,他发现值得注意的是他必须相信人格和声望而不是公开透明的数据信息。

 Space X和波音公司将如何保证NASA宇航员安全?

波音目前正在研制CST-100太空舱,负责想太空运输宇航员

中止计划程序

商业载人运输项目要求公司满足一些关键技术标准,如同学生需要通过标准测试。公司能否通过则取决于自身实力。对于SpaceX 和波音公司而言,这意味着复杂的程序。例如,公司会在飞行器内装备三个不同的计算机系统,避免有两个系统在执行任务时发生故障。即使三个系统都发生故障,也要确保宇航员仍有后备资源可以控制飞行器任务进程。

保证宇航员安全的主操作系统是太空舱的中止计划程序。我们六月从SpaceX获知,一个小钢条可使重达500多吨的火箭在起飞时刻坠落。NASA想确保如果类似的事情再次发生,宇航员能安全逃生。

为确保宇航员安全,SpaceX配置了中止计划系统可供宇航员在飞行中使用。Dragon V2表面嵌入了小型机器即Super Draco,它可在飞行器抵达太空前,火箭发生故障时携带太空舱逃离。Dragon V2还配备了降落伞可将太空舱安全带回地球。SpaceX的发言人Phil Larson称:“与以往的中止塔系统不同,该装置可帮助宇航员逃往轨道。”

 Space X和波音公司将如何保证NASA宇航员安全?

五月份,SpaceX成功实施发射中止操作实验

波音公司称它们也有类似的逃生系统可供宇航员在飞行中使用。如果飞行器发生故障,波音飞行器系统会自动检测出故障,与此同时Rocketdyne RS-88机器会将太空舱送入安全区域。波音公司载人和任务操作中心负责人Chris Ferguson说,之后降落伞会启动。他还说,一旦主机器发生故障,飞行中止操作系统可在任何情况下运行。

应对故障的计划也在飞行器发射前准备完毕。这些被称为中止操作系统,它们在火箭机器发生故障时将宇航员从发射架带走。飞行逃生系统中的这些机器将太空舱带至安全区域。

尽管这些安全系统十分相似,但是他们接受的测试并不相同。SpaceX已于五月份展示了中止操作系统,并计划在2016年测试飞行逃生系统。而波音公司表示不会在2017年二月前检验其中止操作系统。此外,在太空舱进行首次载人航空前,波音公司未发布对飞行中止操作系统进行测试的消息。NASA认为,这是因为波音更依靠于计算机模型。因为 SpaceX已经有类似Dragon V2的飞行器,所以该公司能做真正的实验。

概率风险评价

NASA预测将会有伤亡事故发生,这种可怕的计算方法就是概率风险评价(probabilistic risk assessment)简称PRA。它可用于评估尖端技术的风险,主要预测的内容包括三方面:潜在的系统故障,故障发生的形式,以及带来的结果-当然也包括死亡。

公司进行概率风险评价时,需要关注过去的失败率,飞行器可靠性、飞行区域以及其它相关数据。NASA工作人员McAlister说:“有时模仿真正的飞行试验需要反复进行。”这些公司必须证明太空舱在实施国际空间站任务时确保宇航员的生还率达到99.6%。

实际上人们对PRA一直存在质疑。例如,它们没有考虑人类错误的因素。专家认为,它也绝不可能将所有可能的灾难因素考虑进去,但是它们对于分析将要发射的飞行器的优缺点十分有帮助。

尽管存在一些缺陷,商业太空飞行PRA相对于旧实验的优势不言而喻。航天飞机宇航员失联的平均概率为1/80,按此计算新太空舱的安全系数是它的三倍。哥伦比亚号和挑战者号飞船遇难所带来的阴影笼罩着安全系统,这也是新的中止操作系统存在的原因之一。Ferguson称,这也是为什么太空舱体积更小-便于躲避太空中的轨道碎片。

Ferguson还说:“尽管我们的技术取得了重大进步,但我们并没有取得完全胜利,我们不能忘记航天飞机已经夺走了15条鲜活的生命。”

尽管比较商业载人运输项目和航天飞机是暂时的,但是十分有必要。SpaceX 将于2016年四月份测试Dragon太空舱,波音公司将于2017年四月份检验其CST-100太空舱。下次载人飞行原定于2017年进行,尽管NASA负责人Charles Bolden称如果国会不批准航天局项目所需的资金,首次载人飞行将会延迟。首次飞行的成功或许不足以证明该项目的成功,我们需要可靠性。所以我们需要更多的飞行任务,而不仅仅只有一次。只有发射任务失败才知道测试的结果,也只有在这种情况下我们能检测出安全系统的效果到底如何。

via.theverge

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