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“星艦”第二次發(fā)射二級失聯(lián) 美國載人登月計劃受影響
2023年11月19日 00:59 來源:澎湃新聞 關(guān)燈

  “星艦”火箭第二次發(fā)射出現(xiàn)了一級分離后發(fā)生爆炸和二級失聯(lián)的情況,美載人登月計劃大概率無法按計劃的時間將人送到月球。

  “星艦”第二次發(fā)射原計劃11月17日進(jìn)行,但由于火箭的一個格柵舵出現(xiàn)問題,需要對驅(qū)動器進(jìn)行更換,發(fā)射時間推遲到18日。作為目前人類最大的火箭,“星艦”的第二次發(fā)射依然吸引了全世界的目光。雖然沒有完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo),但飛行時間更長,一二級分離成功,相比首飛,有更多的技術(shù)進(jìn)步和成績。

  有點(diǎn)不一樣的“星艦”

  今年4月,“星艦”迎來首次飛行試驗(yàn),但升空后即發(fā)現(xiàn)一級有多臺發(fā)動機(jī)工作不正常,升空2分30秒后火箭姿態(tài)失穩(wěn)并開始旋轉(zhuǎn),最終解體爆炸,發(fā)射宣告失敗。

  之后,SpaceX公司公布了失敗的原因,稱“星艦”發(fā)射后幾臺發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障,損失高度并開始旋轉(zhuǎn),向飛船下達(dá)了終止飛行的指令。SpaceX稱,“星艦”設(shè)置了出現(xiàn)意外情況時自毀的機(jī)制,以防止火箭自由墜落并威脅地面人類的安全。

  據(jù)稱,發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障的原因是超重助推器后端泄漏的推進(jìn)劑起火,最終切斷了與主飛行計算機(jī)的連接。這導(dǎo)致大多數(shù)助推發(fā)動機(jī)失去信號,并最終導(dǎo)致“星艦”控制系統(tǒng)中斷。

  事后,SpaceX公司實(shí)施了泄漏緩解措施,并改進(jìn)了發(fā)動機(jī)和助推器硬件的測試。此外,SpaceX公司升級了超重助推器現(xiàn)有的滅火系統(tǒng),降低未來發(fā)動機(jī)產(chǎn)生火災(zāi)的風(fēng)險。

  “星艦”是SpaceX公司研發(fā)的一款重型運(yùn)載火箭,采用可重復(fù)使用設(shè)計,該火箭由兩部分組成:起飛級名為“超級重型助推器”,并聯(lián)安裝了33臺“猛禽”液氧甲烷發(fā)動機(jī),其中內(nèi)置13臺用來改變推力方向,最大推力約7600噸;第二級實(shí)際上是集成了6臺發(fā)動機(jī)的飛船(其中包括3臺真空版“猛禽”發(fā)動機(jī)和3臺海平面版“猛禽”發(fā)動機(jī))?!靶桥灐苯剀壍雷畲筮\(yùn)載能力為250噸,可回收狀態(tài)下為150噸。

  從哪里跌倒就從哪里爬起來。針對首飛失敗的原因,馬斯克9月曾表示,自4月份首飛以來,SpaceX對“星艦”進(jìn)行了1000多次修改,最主要的變化是級間熱分離方式,即“星艦”的二級飛船在還未與一級超重助推器分離時點(diǎn)燃發(fā)動機(jī)。馬斯克稱,“熱分離具有載荷入軌優(yōu)勢,保守地說,運(yùn)載能力大約增加了10%?!?/p>

  馬斯克表示,當(dāng)“星艦”第二級飛船的發(fā)動機(jī)被點(diǎn)燃時,超重助推器的少數(shù)發(fā)動機(jī)仍在工作。這樣做可以避免運(yùn)載器在一級發(fā)動機(jī)首先關(guān)閉的傳統(tǒng)級間分離過程中失去推力。

  為了提高運(yùn)載能力,大部分火箭采用多級設(shè)計,火箭間分離是運(yùn)載火箭的關(guān)鍵技術(shù)之一,能否成功分離直接影響任務(wù)成敗。目前,級間分離有冷分離和熱分離兩種分離形式。熱分離是指靠前面一級火箭發(fā)動機(jī)噴出的高溫燃?xì)饬靼押竺嬉患壔鸺崎_,前面一級發(fā)動機(jī)在連接件解鎖時就已經(jīng)點(diǎn)火了;而冷分離則利用安裝在分離體上的分離能源提供分離能量,前面一級火箭的發(fā)動機(jī)要在前、后兩級火箭分開后才點(diǎn)火。

  兩種分離方式各有優(yōu)缺點(diǎn),熱分離方式不需要進(jìn)行兩次發(fā)動機(jī)加速,減少死重問題,一定程度上提升運(yùn)載能力。但熱分離也存在一些問題,這些問題需要在使用這種技術(shù)時加以注意。比如,“星艦”一級在熱分離時會被火焰直接吹襲,時間必須控制好,不然有可能會影響箭體的復(fù)用。其次,熱分離運(yùn)動速度快,若出現(xiàn)設(shè)計問題或者意外因素,可能導(dǎo)致火箭的意外破損。

  從此次發(fā)射直播視頻來看,熱分離技術(shù)獲得了成功,第一級的33臺發(fā)動機(jī)也全部點(diǎn)燃,但熱分離后不久就發(fā)生爆炸,二級在推進(jìn)劑即將耗盡時光機(jī),隨后遙測信號丟失,第二次發(fā)射雖然沒有達(dá)到預(yù)期,但相比首飛,飛行時間更長,驗(yàn)證了更多技術(shù)。

  美國很可能無法按時載人登月

  “星艦”第二次發(fā)射沒能完全達(dá)到預(yù)期,雖然這是SpaceX公司 “快速迭代”和“以飛代試”火箭研制模式下可接受的挫折,但這些挫折很可能拖累美國載人登月計劃以及自身公司的航天計劃。

  今年8月,美國宇航局(NASA)官員表示,如果關(guān)鍵系統(tǒng)研發(fā)進(jìn)度跟不上,“阿耳忒彌斯3號”載人登月計劃最終可能不包括航天員登陸月球這一環(huán)節(jié)。美國宇航局探索系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)部官員吉姆·弗里告訴媒體,如果SpaceX公司開發(fā)的載人月球著陸系統(tǒng)(即登月版“星艦”)等關(guān)鍵裝備沒有及時到位的話,“我們可能最終執(zhí)行一次(與計劃)不同的任務(wù)”。

  美國宇航局局長比爾·尼曾說,我每天都會問這樣一個問題:SpaceX進(jìn)展如何?所有的經(jīng)理都告訴我,他們正在實(shí)現(xiàn)所有里程碑。

  美國政府2019年宣布“阿耳忒彌斯”新登月計劃,目前已完成“阿耳忒彌斯1號”繞月飛行任務(wù)。美國宇航局計劃明年11月實(shí)施“阿耳忒彌斯2號”載人繞月飛行任務(wù)。

  在美國登月計劃中, SLS火箭+“獵戶座”飛船+登月版“星艦”是最關(guān)鍵的三個部分,缺一不可,前兩者的研制進(jìn)度雖然拖拖拉拉且耗資甚巨,但已經(jīng)完成研發(fā),首次試飛也一切順利。根據(jù)計劃,只需要在2024年再完成一次載人繞月試飛,就具備了登月條件。

  在“阿耳忒彌斯”新登月計劃中,登月版“星艦”將載著航天員離開“門戶”月球空間站,執(zhí)行登月任務(wù)。降落月面完成任務(wù)后,“星艦”再次起飛前往月球門戶與之對接,將航天員送到“門戶”空間站,休整后進(jìn)入“獵戶座”飛船返回地球。“星艦”第二次發(fā)射后還要進(jìn)行多次驗(yàn)證飛行,包括發(fā)射臺回收、快速復(fù)用發(fā)射、在軌加注、無人月面著陸演示等一系列重大試驗(yàn)挑戰(zhàn),據(jù)稱,可能至少要進(jìn)行十余次飛行試驗(yàn)并獲得成功,然后才能具備登月條件?,F(xiàn)在看,“星艦”已經(jīng)美國成為2026年重返月球的X因素。

  值得一提的是,在“星艦”首飛失敗后一個月,5月19日,美國宇航局宣布與藍(lán)色起源公司簽訂額外合同,開發(fā)第二種載人月球著陸器,該著陸器將作為“阿耳忒彌斯5號”任務(wù)的一部分進(jìn)行首次載人飛行。藍(lán)色起源公司的月球著陸器比登月版“星艦”小,有效載荷只有20噸,著陸器使用液氫和液氧推進(jìn)劑的組合作為燃料,計劃在2029年執(zhí)行第五次飛行任務(wù)。有分析認(rèn)為,因?yàn)槊绹詈骄挚吹搅恕靶桥灐边M(jìn)度拖延,并且技術(shù)上存在一些不確定性,決定為登月版“星艦”選一個“備胎”,而藍(lán)色起源公司的方案就是“備胎”。

  SpaceX公司負(fù)責(zé)建造和飛行可靠性的副總裁、前美國宇航局高級雇員威廉 格斯滕邁爾曾說,如果延誤繼續(xù)下去,最終,我們將失去領(lǐng)先地位,我們將看到中國在我們之前(載人)登陸月球。

  今年7月,中國載人航天工程辦公室發(fā)布《關(guān)于征集載人月球探測工程月面科學(xué)載荷方案的公告》指出,我國載人月球探測工程登月階段任務(wù)已經(jīng)啟動實(shí)施,計劃先期開展無人登月飛行,并在2030年前實(shí)現(xiàn)中國人首次登陸月球。

  中國載人登月的初步方案是:采用兩枚運(yùn)載火箭分別將月面著陸器和載人飛船送至地月轉(zhuǎn)移軌道,飛船和著陸器在環(huán)月軌道交會對接,航天員從飛船進(jìn)入月面著陸器。其后,月面著陸器將下降著陸于月面預(yù)定區(qū)域,航天員登上月球開展科學(xué)考察與樣品采集。在完成既定任務(wù)后,航天員將乘坐著陸器上升至環(huán)月軌道與飛船交會對接,并攜帶樣品乘坐飛船返回地球。

  據(jù)悉,我國已全面部署開展各項(xiàng)研制建設(shè)工作,科研人員正在研制長征十號運(yùn)載火箭、新一代載人飛船、月面著陸器、登月服、載人月球車等裝備。長征十號起飛重量約2187噸,起飛推力約2678噸,地月轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力不小于27噸,預(yù)計在2027年具備首飛條件,而新一代載人飛船試驗(yàn)船在2020年5月首飛成功。在研的月面著陸器重約26噸,由登月艙和推進(jìn)艙組成,可將兩名航天員送達(dá)月面,主要負(fù)責(zé)把航天員從環(huán)月軌道下降著陸月面并返回環(huán)月軌道。同時,月面著陸器也具有自主控制飛行能力。

  美國曾經(jīng)是世界上第一個成功進(jìn)行載人登月的國家,在新世紀(jì)的月球探測熱潮中希望再次拔得頭籌,現(xiàn)在壓力來了。

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編輯:方琳
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