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联合千余企业研制近 10 年,NASA 最强火箭点火失败,美国何时重返月球?

本文作者:付静 2021-01-19 11:56
导语:土星 5 号早已退役,聚光灯照在了太空发射系统火箭身上。

1969 年 7 月 20 日,人类第一次踏上月球,此后阿姆斯特朗的那句“这是我个人的一小步,却是人类迈出的一大步”广为流传。

其实,搭载阿姆斯特朗三人登月的火箭正是 NASA 大名鼎鼎的土星 5 号 SA-506 火箭,时至今日,它仍被称为史上最强运载火箭系统。

时隔半个世纪,NASA 再次将载人登月提上日程,雄心勃勃的「阿尔特弥斯计划」(Artemis)由此提出。由于土星 5 号这枚「老古董」早已退役,于是聚光灯照在了另一枚火箭身上——太空发射系统火箭(Space Launch System,简称 SLS)。

但就在上周末,这枚被寄予厚望的火箭在关键测试中出现问题,「阿尔特弥斯计划」是否会因此受影响?

联合千余企业研制近 10 年,NASA 最强火箭点火失败,美国何时重返月球?

SLS 核心级测试失败

当地时间 2021 年 1 月 16 日下午 5 时 27 分,美国密西西比州圣路易斯湾附近的斯坦尼斯航天中心 B-2 测试台,NASA 对 SLS 火箭核心级进行了热火测试。

按原先的计划,火箭的 4 台 RS-25 发动机将进行 8 分钟的全功率点火——这正是火箭发射后进入太空所需的时间。

热火测试的流程包括装载 73.3 万磅的液氧和液氢、倒计时、点燃发动机。值得一提的是,测试中,高度为 212 英尺(64.6 米)的核心级在测试台上产生了 160 万磅推力。

意外的是,发动机在启动后 1 分钟多一点的时候突然关机,点火测试提前结束,其团队正在进行评估。

NASA 局长 Jim Bridenstine 表示:

这是我们向前迈出的重要一步,确保 SLS 火箭核心级为「阿尔特弥斯计划」的任务做好准备,最终实现载人登月。尽管发动机最终没有持续 8 分钟点火,但 SLS 团队成功完成了倒计时和点燃发动机的步骤,并获得了有价值的数据。

据 NASA 的官方新闻稿,此次测试是美国「阿尔特弥斯计划」“初试”(Green Run)系列的最后一项测试。

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2020 年 1 月,SLS 芯级“初试”(Green Run)系列测试正式开启。

当时,核心级已在位于美国新奥尔良的米丘德(Michoud)组装设施完成组装并交付,随后被安装在斯坦尼斯航天中心 B-2 测试台上。

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这一系列测试的第一项刚刚完成,疫情开始大范围肆虐,3 月份团队决定先暂时搁置原先的计划。2020 年 5 月起,这一系列逐步恢复,SLS 团队陆陆续续完成了其余几项测试,但在这一过程中也受到了墨西哥湾沿岸的热带风暴、飓风影响,进展并不似预期中的那么顺利。

不难理解,每一项测试都建立在前一次测试的基础上,复杂性是在不断增加的,直到最后点燃四台发动机,进行热火测试。

如今第八项测试结束,不过是以失败告终。下一步,除了分析相关数据,SLS 团队将要依次检查核心级和四个 RS-25 发动机,从而确定下一步该如何走。

NASA 最强火箭能否不负众望?

号称史上最强运载火箭系统的 SLS,有何过人之处?

实际上,它是一种从美国航天飞机演变而来的超重型运载火箭 ,在地位上,SLS 不同于 NASA 外包给 SpaceX 等众多商业公司的太空项目中所用到的火箭,它由美国国家航空暨太空总署设计,可以说是有着 NASA 的“纯正血统”。

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在美国航天飞机时代,挑战者号航天飞机、哥伦比亚号航天飞机都发生过灾难,共 14 名宇航员罹难。

在此背景下,NASA 一方面把研制往返国际空间站飞船的重任承包给商业航天公司,另一方面经过分析,NASA 认为如果采用普通串并混合式火箭发射系统,两次灾难都可避免,研制一种更为可靠的运输系统,也是一定要推进的事情,因为除了国际空间站,NASA 还有一个重要的目标——再次实现载人登月。

为此,SLS 的研发被提上日程。2011 年立项,9 月其设计被最初确定下来。

联合千余企业研制近 10 年,NASA 最强火箭点火失败,美国何时重返月球?

2015 年,SLS 助推器的试射任务顺利完成,7 月,SLS 设计方案完成并进入评估阶段,准备实施火箭的全尺寸建造。终于在 2019 年,SLS 建造完成。

其实,有两个字贯穿着火箭的整个设计、建造、测试过程:成本。

NASA 预计,SLS 预计花费 180 亿美元开发(100 亿美元用于其本身、20 亿美元改建发射台及肯尼迪航天中心、60 亿美元用于猎户座载人舱组的研究、制作),据说 2012-2017 年 NASA 每年拨出 30 亿美元预算。加上火箭的制造成本,前期总投入估计将达 360 亿美元,发射费用也在 10 亿左右(SLS 不可重复使用)。

据悉,SLS 的庞大工程背后是 NASA 全部门和 1000 多家美国公司的支持,其中SLS 核心级的主承包商正是有着百年历史的波音公司。

所有这一切努力,为的是打造 NASA 体积最大、动力最强的火箭:

  • 核心发动机:RS-25,即航天飞机的液氢液氧主发动机;

  • 固体燃料助推器:航天飞机助推器的升级版本;

  • 高度:98 米(载人版本)、122 米(货舱版本);

  • 质量:2497 吨(载人版本)、2951 吨(货舱版本);

  • 近地轨道有效载荷:70 吨(载人版本)、130 吨(货舱版本);

  • 最终运载能力可达到 165 吨,可向月球运送最高 27 吨的有效载荷。

斯坦尼斯航天中心主任 Rick Gilbrech 曾说过:

当年,斯坦尼斯是土星 5 号第一、第二级火箭推进设施的首要测试地点。自上世纪 60 年代土星 5 号火箭测试以来,斯坦尼斯还从未见过如此强大的能量。

1967-1973 年,NASA 共发射了 13 枚土星 5 号运载火箭,保持着堪称完美的发射记录,但考虑到性价比,土星 5 号退役。

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自 NASA 1972 年最后一次阿波罗任务以来,美国再也没能在月球上着陆。2019 年 7 月 20 日,即阿姆斯特朗登月 50 周年当天,NASA 公布了雄心勃勃的「阿尔特弥斯计划」。

这一工程包括 3 个阶段,其第一阶段则是发射搭载 SLS 重型火箭的“猎户座”飞船,它将在为期 3 周的绕月无人飞行后返回地球。

在 SLS 核心级热火测试之前,NASA 曾表示 2021 年 11 月将完成「阿尔特弥斯计划」第一阶段任务。

而万众期待的测试失利,被誉为是土星 5 号继任者的 SLS,又能否不负众望?

引用来源:

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-conducts-test-of-sls-rocket-core-stage-for-artemis-i-moon-mission/

https://www.nasa.gov/exploration/systems/sls/index.html

https://baike.baidu.com/item/%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E5%8F%91%E5%B0%84%E7%B3%BB%E7%BB%9F/4623116?fr=aladdin

https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AA%E7%A9%BA%E7%99%BC%E5%B0%84%E7%B3%BB%E7%B5%B1#%E8%A8%AD%E8%A8%88%E8%88%87%E7%99%BC%E5%B1%95

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