1969 年 7 月 20 日,人類第一次踏上月球,此后阿姆斯特朗的那句”這是我個人的一小步,卻是人類邁出的一大步“廣為流傳。
其實,搭載阿姆斯特朗三人登月的火箭正是 NASA 大名鼎鼎的土星 5 號 SA-506 火箭,時至今日,它仍被稱為史上最強運載火箭系統(tǒng)。
時隔半個世紀,NASA 再次將載人登月提上日程,雄心勃勃的「阿爾特彌斯計劃」(Artemis)由此提出。由于土星 5 號這枚「老古董」早已退役,于是聚光燈照在了另一枚火箭身上——太空發(fā)射系統(tǒng)火箭(Space Launch System,簡稱 SLS)。
但就在上周末,這枚被寄予厚望的火箭在關鍵測試中出現(xiàn)問題,「阿爾特彌斯計劃」是否會因此受影響?
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SLS 核心級測試失敗
當?shù)貢r間 2021 年 1 月 16 日下午 5 時 27 分,美國密西西比州圣路易斯灣附近的斯坦尼斯航天中心 B-2 測試臺,NASA 對 SLS 火箭核心級進行了熱火測試。
按原先的計劃,火箭的 4 臺 RS-25 發(fā)動機將進行 8 分鐘的全功率點火——這正是火箭發(fā)射后進入太空所需的時間。
熱火測試的流程包括裝載 73.3 萬磅的液氧和液氫、倒計時、點燃發(fā)動機。值得一提的是,測試中,高度為 212 英尺(64.6 米)的核心級在測試臺上產生了 160 萬磅推力。
意外的是,發(fā)動機在啟動后 1 分鐘多一點的時候突然關機,點火測試提前結束,其團隊正在進行評估。
NASA 局長 Jim Bridenstine 表示:
這是我們向前邁出的重要一步,確保 SLS 火箭核心級為「阿爾特彌斯計劃」的任務做好準備,最終實現(xiàn)載人登月。盡管發(fā)動機最終沒有持續(xù) 8 分鐘點火,但 SLS 團隊成功完成了倒計時和點燃發(fā)動機的步驟,并獲得了有價值的數(shù)據(jù)。
據(jù) NASA 的官方新聞稿,此次測試是美國「阿爾特彌斯計劃」”初試“(Green Run)系列的最后一項測試。
2020 年 1 月,SLS 芯級”初試“(Green Run)系列測試正式開啟。
當時,核心級已在位于美國新奧爾良的米丘德(Michoud)組裝設施完成組裝并交付,隨后被安裝在斯坦尼斯航天中心 B-2 測試臺上。
這一系列測試的第一項剛剛完成,疫情開始大范圍肆虐,3 月份團隊決定先暫時擱置原先的計劃。2020 年 5 月起,這一系列逐步恢復,SLS 團隊陸陸續(xù)續(xù)完成了其余幾項測試,但在這一過程中也受到了墨西哥灣沿岸的熱帶風暴、颶風影響,進展并不似預期中的那么順利。
不難理解,每一項測試都建立在前一次測試的基礎上,復雜性是在不斷增加的,直到最后點燃四臺發(fā)動機,進行熱火測試。
如今第八項測試結束,不過是以失敗告終。下一步,除了分析相關數(shù)據(jù),SLS 團隊將要依次檢查核心級和四個 RS-25 發(fā)動機,從而確定下一步該如何走。
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NASA 最強火箭能否不負眾望?
號稱史上最強運載火箭系統(tǒng)的 SLS,有何過人之處?
實際上,它是一種從美國航天飛機演變而來的超重型運載火箭,在地位上,SLS 不同于 NASA 外包給 SpaceX 等眾多商業(yè)公司的太空項目中所用到的火箭,它由美國國家航空暨太空總署設計,可以說是有著 NASA 的”純正血統(tǒng)“。
在美國航天飛機時代,挑戰(zhàn)者號航天飛機、哥倫比亞號航天飛機都發(fā)生過災難,共 14 名宇航員罹難。
在此背景下,NASA 一方面把研制往返國際空間站飛船的重任承包給商業(yè)航天公司,另一方面經過分析,NASA 認為如果采用普通串并混合式火箭發(fā)射系統(tǒng),兩次災難都可避免,研制一種更為可靠的運輸系統(tǒng),也是一定要推進的事情,因為除了國際空間站,NASA 還有一個重要的目標——再次實現(xiàn)載人登月。
為此,SLS 的研發(fā)被提上日程。2011 年立項,9 月其設計被最初確定下來。
2015 年,SLS 助推器的試射任務順利完成,7 月,SLS 設計方案完成并進入評估階段,準備實施火箭的全尺寸建造。終于在 2019 年,SLS 建造完成。
其實,有兩個字貫穿著火箭的整個設計、建造、測試過程:成本。
NASA 預計,SLS 預計花費 180 億美元開發(fā)(100 億美元用于其本身、20 億美元改建發(fā)射臺及肯尼迪航天中心、60 億美元用于獵戶座載人艙組的研究、制作),據(jù)說 2012-2017 年 NASA 每年撥出 30 億美元預算。加上火箭的制造成本,前期總投入估計將達 360 億美元,發(fā)射費用也在 10 億左右(SLS 不可重復使用)。
據(jù)悉,SLS 的龐大工程背后是 NASA 全部門和 1000 多家美國公司的支持,其中SLS 核心級的主承包商正是有著百年歷史的波音公司。
所有這一切努力,為的是打造 NASA 體積最大、動力最強的火箭:
核心發(fā)動機:RS-25,即航天飛機的液氫液氧主發(fā)動機;
固體燃料助推器:航天飛機助推器的升級版本;
高度:98 米(載人版本)、122 米(貨艙版本);
質量:2497 噸(載人版本)、2951 噸(貨艙版本);
近地軌道有效載荷:70 噸(載人版本)、130 噸(貨艙版本);
最終運載能力可達到 165 噸,可向月球運送最高 27 噸的有效載荷。
斯坦尼斯航天中心主任 Rick Gilbrech 曾說過:
當年,斯坦尼斯是土星 5 號第一、第二級火箭推進設施的首要測試地點。自上世紀 60 年代土星 5 號火箭測試以來,斯坦尼斯還從未見過如此強大的能量。
1967-1973 年,NASA 共發(fā)射了 13 枚土星 5 號運載火箭,保持著堪稱完美的發(fā)射記錄,但考慮到性價比,土星 5 號退役。
自 NASA 1972 年最后一次阿波羅任務以來,美國再也沒能在月球上著陸。2019 年 7 月 20 日,即阿姆斯特朗登月 50 周年當天,NASA 公布了雄心勃勃的「阿爾特彌斯計劃」。
這一工程包括 3 個階段,其第一階段則是發(fā)射搭載 SLS 重型火箭的”獵戶座“飛船,它將在為期 3 周的繞月無人飛行后返回地球。
在 SLS 核心級熱火測試之前,NASA 曾表示 2021 年 11 月將完成「阿爾特彌斯計劃」第一階段任務。
而萬眾期待的測試失利,被譽為是土星 5 號繼任者的 SLS,又能否不負眾望?