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NASA最强火箭试车失败,波音一手好牌打得稀烂

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  航天新观察2021/01/17

  第 294期

  【《航天新闻》、航小宇1月17日报道】作为的“航天发射系统”(SLS)芯级“初试”(Green Run)测试工作的最后一步,SLS火箭芯级今晨进行了一次热试车,但提前关机。

  4台RS-25发动机于北京时间1月17日凌晨6时27分在NASA斯坦尼斯航天中心B-2试车台上点火。 这原本将是一次持续485秒的全程静态点火试车。 然而,发动机在试车开始1分多钟后便停了下来。 在NASA电视台播出的来自控制间的一路信号中,控制人员于点火后约45秒报告称,4台发动机中有一台发生“MCF”(主要部件失效)。 发动机于约20秒后关机。

  提早关机原因暂时还不清楚。 不过,在1月12日的一场通报会上,NASA和波音官员称,他们需要让此次静态点火试车持续至少250秒才能采集到所需数据。 意在模拟通过最大动压区的发动机推力水平调节以及喷管摆动动作,都包括在前250秒内。

  NASA和波音指望着本次试车成功后便可在2月份把该级运往佛罗里达州,以同其两台五段式固体火箭助推器、上面级和“阿蒂米斯”1任务所用“猎户座”飞船装到一起。 “阿蒂米斯”1任务是“猎户座”飞船的一次不载人试飞任务。 NASA在试车前的通报会上称,仍希望在年内发射“阿蒂米斯”1任务。

  宙叔评论

  “航天发射系统”(SLS)是啥?虽然名字如此朴素,它是美国NASA重返月球及载人火星任务的运载工具,人类历史上最强的火箭之一,与阿波罗时代的土星五运力位于一个级别。NASA已经宣布重返月球Artemis计划下的第一次不载人飞行任务要在今年内实施了,但这枚火箭还没搞定。今天凌晨,原本计划连续点火大约8分钟的SLS火箭芯一级只试车了大约1分钟,原因是4台发动机其中一台主要部件失效,导致软件系统关闭了发动机,具体原因待查。

  同为NASA立项的运载工具,航天飞机代表着上一代的辉煌,SLS是这一代的荣光。单从外形上看,二者就很像。SLS火箭芯一级使用的发动机是航天飞机主发动机RS-25,也是全球推力最大、历史最悠久的应用型氢氧发动机之一,其性能比航天飞机有所改进,数量也在航天飞机3台得基础上增加了1台变为4台。SLS助推器使用的也是航天飞机的助推器,性能加以改进,助推器由4段式改为5段式。上面级主要采用美国久经考验的RL-10发动机。所以,SLS火箭可以说是一个充分继承美国航天顶配动力系统、并且进行了升级优化的一款产品。为了重返月球,美国把家底都掏出来了,并且为了缩短周期和降低成本,几乎没有研制新系统。

  当然,任何复杂系统的建设都不是搭积木,不是“1+1=2”的简单叠加。航天所有新产品——包括SpaceX的猎鹰重型火箭、龙2飞船在内,研制与测试无一不是屡屡推迟。但SLS的推迟略狠,从2011年启动到现在10年了,预算不断超支,工程不断延期,一直磕磕绊绊。目前,NASA已为其研发投入了近200亿美金,然而还没看到胜利的曙光。固体助推器完成了地面静态点火测试,逃逸试验也一步一步完成了,但现在又卡在芯一级试车上。该芯一级在2020年初就已经交付,整一年后的今天才开始测试,并且还失败了——至少是未能达到预期目标。至于是不是RS-25发动机本身的问题还有待确认,但可以肯定的是,发动机单机都是经过航天飞机几十年的飞行验证过的且可重复使用,就连这次点火的4台发动机也是之前使用过——RS-25发动机是优质的,问题可能出在了总体结构布局设计上。因为芯一级发动机数量由航天飞机的3台变为4台,一定会出现新的振动耦合情况,这一点是航天飞机上并没有验证过的,很可能是导致这次问题试验提前关机的主要原因之一。另一方面,波音公司作为当年航天飞机的总承包商,有着强大的系统集成能力,但今天的波音公司并不像几十年前那么精干、给力了。三十年河东三十年河西,三十年过去,波音公司拿着现有的各种分系统却无法利落地攒出一枚新火箭。一手好牌,打得稀烂。

  业界早就质疑,传统的航天系统工程是否需要反思了?尤其是火箭。SpaceX公司的火箭已经到了第三代。以LEO为参照目标,20吨级的猎鹰9号、60吨级的猎鹰重型、100吨级的“星舰”运载器都在快速迭代中,前两者已成熟,后者原型机进展顺利。而美国传统火箭工业部门连一代新火箭都还没有拿出来,甚至看不到研发或应用的具体时间表,比如概念中的“火神”火箭、“欧米伽”火箭等。因此,SLS火箭不仅是美国登月的基本工具,更是美国传统火箭工业在“新航天”时代对自身实力的再次证明——他们的确需要证明!这次静态点火试验提前关机,让SLS火箭的研制进度更加捉紧。已经花了那么多钱,还长期频繁推迟进度,何时能看到一个完成组装的火箭呢?SLS原计划2021年首飞,2024年送宇航员登上月球,这个计划越来越不容乐观,可能都无法实现。

  相比之下,SpaceX公司“星舰”迅猛追赶的势头不容传统巨头们忽视。这一完全新研发的火箭,从箭体结构和材料、发动机到入轨模式和迭代方式都是前无古人的,其进度快要赶上原本一手好牌的SLS火箭了。当然,“星舰”研制之路也并不是一帆风顺,这一路简直就是炸过来的。目前,原型机SN9正准备试飞,同样遇到了不可测的异常,有待确认、解决。差别在于,“星舰”迭代太快,估计很快会解决问题然后进入下一步,而SLS火箭迭代太慢,不知何时才能走完这试飞前的最后一公里。

  美国为什么会有两个“巨无霸”的火箭项目同时存在?“这本身就很讽刺。”美国有媒体说,“波音和NASA用多年来经验丰富的火箭工程师建造SLS,而星舰是一支由太空牛仔组成的草台班子在德克萨斯州的一块空地上建造的,其中一些人过去造过水塔。”

  NASA前任局长博尔登(Charlie Bolden)在2020年9月的一次谈话中承认,随着商业公司的大型火箭在未来4年发展更好,“SLS将会消失”——诶,你当局长的时候支持SLS,卸了任话风就180度大转弯?不过,很多人确实对SLS的具体使用也不乐观,即便它上天了:SLS,一次性火箭,国家已经投入200亿美元,每次发射还将花费约20亿美元;星舰,可重复使用火箭,自筹资金研制,据马斯克说每次发射成本约200万美元。真的是一个活在过去、一个立足未来啊。

  当然,也有人说了,将NASA的“国家工程”与私人公司项目进行直接比较是不公平的,一个是现实一个是理想。毕竟NASA是政府机构,不能冒太大风险。“当你不得不向纳税人解释为什么他们的钱化为乌有时,你没有多少失败的余地。”对于国家项目来说,美国航天史上那句名言可以改为:“Failure is Not an Option, for SLS.”

  NASA和波音公司不久将会公布此次静态点火提前关机的具体原因和细节,业界可以据此赌一把“星舰”和SLS火箭谁先首飞了。来自NASA的试车视频如下。

  

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