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SLS火箭只有2次VAB机会了!SpaceX将能独立登月,还要NASA干什么?

NASA官网给出了8月29日因为发动机冷却问题推迟到9月3发射却因为液氢泄漏再次推迟发射的解决方案,技术团队已经确认了问题位于液氢加注口的密封部件,打算回到总装大楼VAB再执行更换。

不过在美东时间2022年9月6日,NASA再次修正了解决方案,技术团队认为可以在移动发射台上更换设备,并且将在临时发射台上完成更换,NASA表示工程师将克服周围环境不稳定以及超低温条件下进行修复。

NASA为何那么急?只有2次机会了!

NASA似乎有些急了!对航天史比较熟悉的朋友一定想起了1960年10月24日发生在拜科努尔试验场发射台上的事故,当时苏联的R-16洲际弹道导弹正在准备进行试飞,但在发射前发生了故障,涅杰林元帅时任战略火箭军司令并在现场指挥,他不顾科学家的警告执意要在发射台上排除故障。

正常操作应该是将燃料彻底携出然后再维修,由于R-16用的是有毒的肼类燃料,因此这一倒腾得延误发射好几天,但是涅杰林元帅等不起了,原因是要在十月革命纪念日(俄历10月25日)前向苏共献礼,当时大量科学家受命在发射台上维修,涅杰林元帅也身先士卒来到了发射台附近20米的地方指挥。

但正当技术人员在检修时R-16的二级火箭突然启动了,强大的火焰喷薄而出,把一级火箭的燃料罐给彻底摧毁引发了大爆炸,发射台被炸得面目全非,发射台上以及周围的人总共74人悉数遇难,涅杰林元帅尸骨无存,最后只找到了他佩戴的化成一团金属的苏联英雄勋章和一个元帅肩章。

Mitrofan Nedelin

NASA为何那么急?还有2次机会

当然NASA不至于糊涂到不将液氢液氧卸除就直接更换密封组件,所以爆炸不会发生,但大家也看到了NASA已经有点按捺不住了,原因有很多个,其中一个不是原因的原因就是SLS火箭推来推去出VAB大楼已经好几次,此前的湿彩排也是浪费了这些次数。

在这个巨型发射台上垂直运输尽管非常稳定,但对于如此庞大的结构损伤也是存在的,尽管这里会存在一个运输次数的理论值,但要是这个极限次数到了计算的阈值,到底还发射不?不过也别慌,还有一套评估体系,只要评估通过即可再次发射,所以看起来这只是一个衡量指标,不过还剩下2次机会对于工程师的压迫感还是很强的。

还有另一个原因则是SLS火箭实在太拉胯了,连续推迟18次,NASA也觉得有点说不过去了,各位必须要了解一下的是,这套为了登月而研制的SLS火箭其实只是个拼凑版:

  • 助推器是航天飞机的固体助推器改进版;

  • 芯一级发动机是航天飞机的主发动机,而且还是航天飞机用过好几次的;

  • 芯二级火箭发动机是阿波罗时代的RL10改进版;

新火箭用老技术,甚至用回收的火箭发动机这点完全是没有问题,毕竟在这个地主家也没有余粮的时代要省着用,但问题来了,这个SLS火箭前前后后已经倒腾了将近300亿美元,比一枚新火箭的开发费用还要高,简直就成了NASA向国会要钱的摇钱树。

更让纳税人恼火的是居然这个从2010年开始执行、原计划是2016年发射的火箭已经推迟了16次了+8月29日1次+9月3日1次,总计18次!NASA拉胯到这个程度了吗?这让美国民众对NASA执行的阿尔忒弥斯计划也是信心不足。

SpaceX已能独立登月,还要NASA干什么?

SLS火箭是为阿尔忒弥斯计划服务的,但你不要以为SLS火箭会被用来登月,尽管SLS确实是一枚登月火箭,但它只负责将飞船送到月球轨道,剩下就没它什么事了,那么问题来了,究竟谁会去登月呢?答案是SpaceX!

阿尔忒弥斯计划:太过庞大

阿尔忒弥斯计划的主要设计思想是非常优秀的,它的基本思路是这样的:

  • 在地月系的拉格朗日L1点将建设一座月球门户,其功能是一个小型空间站,地球来的宇航员乘坐SLS系统装载“猎户座”飞船在这里“停泊靠港”,修整后“择机”登陆月球。

  • 准备登陆月球的宇航员乘坐SpaceX开发的Starship着陆月球,执行登月任务,完成各项月面任务后再返回小空间站“月球门户”。

  • 与地球之间的“航班”定期轮换,而到月球的“航班”也有规划,月球门户成了地月之间的桥梁,当然也可以从月球门户出发前往火星,总之月球门户未来还可以升级成“深空门户”。

SLS火箭就是地球前往月球门户的“公交车”,站点就是月球门户,所以还有一套从月球门户登陆月面的“公交车”,这个就是“Human Landing System”(人类着陆系统HLS),2020年4月,NASA向Blue Origin、Dynetics和SpaceX提供资金,用于竞争为期10个月的HLS初步设计研究。

但到了2021年4月16日时NASA却直接与SpaceX签订合同,使用Starship HLS月球着陆器开发、制造和飞行两次登月飞行,这引发了另外两家极度不满,为此Blue Origin起诉了NASA,不过这事情最终还是不了了之。

Starship HLS:有史以来最庞大的登月飞船

Starship就是大家熟悉的星舰,当然大家想要不知道也很难,毕竟马斯克每次都弄出爆炸的的大新闻,星舰确实不太顺利,但仍然在慢慢接近成功,本来笔者也是准备嘲笑马斯克的,但最近几年来确实干得不错,特别是星链发射,简直就把全世界各大航天局的发射任务都比下去了,估计未来几年全世界加起来也没马斯克的SpaceX发射得多。

星舰其实是一套垂直起飞,水平降落回收的载人飞船,它的尺寸估计不是有史以来第一也算是数一数二了:高度120米,直径9米,起飞重量5000吨,近地轨道运载能力100吨,其中一级火箭高70米,用了33台猛禽发动机。

这台应该是全世界唯一的全流量分级燃烧循环发动机,这个难度相当大,但SpaceX还是干成了,不得不佩服SpaceX挖过来的工程师的能力,它以液氧与甲烷为燃料(不容易积碳,方便回收再次使用),海平面比冲

SPACEX猛禽发动机循环

星舰的二级火箭就是一架机翼比较特殊的“航天飞机”,总高度50米,占2/3以上的空间是两个燃料箱,分别是液氧和液化的甲烷,燃料总重量达到了1200吨,当然乘员空间也非常大,直径5米的舱体,基本可以分成几个多层的小型会议室那么大,乘员数量都已经不太敏感了,5个或者10个甚至更多一点都没所谓。

当然星舰登月版和星舰还是有比较大的差别,登月版是往来于月球和月球门户之间使用的,月球没有大气层,所以星舰登月版也不需要防热瓦,也不需要翼型来考虑空气动力学,因此就像是一枚单级火箭。

垂直降落于月面然后再垂直起飞、乘员舱在顶部,月面降落时宇航员需要从这艘高达50米的飞船顶端爬到月面,执行完任务后再爬回去,穿着宇航服完成这个操作确实有点困难,即使月球重力只有的地球的1/6也很累人,因为宇航服实在太笨重了,更麻烦的是人还可以爬上趴下,但要带大型设备怎么办?

因此星舰登月版会考虑安装一台电梯往来于月面和50米高的“驾驶舱”,在如此高的地方眺望月面,就像住在地球上16层高楼的顶端,而且星舰登月版空间同样巨大,所以应该是一个相当惬意的经历。

SpaceX已能独立登月,还要NASA干什么?

星舰可以登陆火星,也可以返回地球,但它的设计适合穿越大气层,却不一定适合在月面降落,所以落月的版本还得星舰-HLS(登月版),假设登月版成功的话,其实马斯克已经可以独立登月了。

星舰-HLS+载人龙飞船即可,而且星舰-HLS是支持重复使用的,当然也可以和星舰直接搭配使用,各位不要怀疑马斯克能不能干成,这非是对马斯克的肯定,而是NASA把宝押在了SpaceX上,假如阿尔忒弥斯计划成功,那么大概率是马斯克的星舰-HLS成功了。

而此时的马斯克已经可以独立登月,那么问题来了,还要NASA干什么?

确实如此,假如SpaceX的星舰-HLS成功的话,稍稍修改下登月流程,马斯克就可以直接撇开NASA独自登月了,NASA就成了一个笑柄不是吗?从某个角度来理解也没错,但你如果仅仅是这样理解NASA的话就太肤浅了,目前的阿尔忒弥斯的进度尽管不甚理想,但却是当初NASA基本想要的模式。

NASA认为自己是座桥梁:却已空心

NASA是美国联邦政府独立机构,负责制定执行美国的民用太空计划及进行航空科学空间科学研究,1958年7月29日,美国总统艾森豪威尔签署《美国国家航空航天法案》创立NASA,同年10月开始运作。

NASA早期的愿景是“开拓未来的太空探索,科学发现及航空研究”,目前则是“理解并保护我们依赖生存的行星;探索宇宙,找到地球外的生命;启示我们的下一代去探索宇宙”。NASA组织非常庞大,下辖机构繁多,最主要的如下图:

看到这些**中心,估计大家就知道NASA有多牛皮了吧,比如喷气推进实验室(JPL),钱学森也是最早的创始人之一,实验室的主要功能是行星机器人航天器的建造和运行,其负责设计并运营过的各种深空探测器如下图:

JPL还包括运行NASA的DSN(深空测控网络),窥一斑而见全豹,笔者并不打算一一介绍NASA的业务,因为实在太过庞杂了!NASA业务除了深空探索还有载人航天和近地轨道航天任务等,也有军用航天器的研发制造,另外还包括研发顶尖的军用航空器,比如高超音速技术等。

负责的重大工程项目方面则是阿波罗登月计划、天空实验室和航天飞机等美国太空探索任务,还有目前正在推进中的阿尔忒弥斯重返月球计划与火星采样返回任务等。

NASA早期都是在其下辖的机构研发与制造各种任务设备,不过从1980年代起,美国政府开始扶持企业进入航天领域,但早期只有波音、洛克希德、诺斯罗普等大型军工企业才能参与,而到了2000年之后,更多的新兴企业开始涉足航天领域,其中最著名的SpaceX就是2002年成立的,蓝色起源还比SpaceX早一点,是2000年成立的,另外还有Sierra Space、红线空间、ACIM空间、纳米宇宙,相对论空间.......

相对于政府主导的航天领域,私企的进入显然能增加执行效率与降低成本,因为私企需要盈利,需要高效的转化技术,这一点是政府主导的机构所不具备的,有竞争才更适应社会的生存,在制造领域如此,在航天领域同样如此。

NASA要做的就是立足于多个研究中心,将技术转化为生产力,而像SpaceX这样的公司也大量挖掘NASA的退休工程师,甚至从NASA离职再受雇与SpaceX,原因也很简单,NASA已经逐渐走向工程管理类,而这些技术工程师只是想做他们喜欢做的事情。

走向工程化的NASA更多的在协调各个企业之间的工程进度发展,技术层面确实有一些空心化,目前的探索方向也开始倾向于深空,但对于整个航天体系发展来说并不是什么特别坏的事情,应该说这还是有良性发展前途的,但这一切都是阿尔忒弥斯计划实施之前的事情。

NASA和美国政府都认为认为私企的发展会促进美国航天事业的进步,但当私企成长到一定程度后就会利用自己的能力绑架NASA、左右NASA未来的进度与计划,因为这些私企已经知道NASA不具备这方面的实力,此时的NASA该怎么办?

SLS火箭就遭遇了这个难题,这个使用航天飞机时代留下了的遗产改造出来的玩意儿,耗资却超过了300亿美元,这在50年前的阿波罗时代是不可想象的,但阿尔忒弥斯已经走了一大半了,NASA不得不继续执行这项任务。

阿尔忒弥斯计划显然已经无法和像阿波罗计划对比,而NASA同时在展开的还有一项火星采样返回的计划,同样也遭遇了阿尔忒弥斯计划的问题,计划太庞大,多部门协作,涉及太多的利益,目前已经因计划更改落后于中国的火星采样返回计划,而中国的登月计划定在2030年左右完成,目前阿尔忒弥斯计划则将在2025年第一次登陆月球,那么NASA能按时完成任务吗?(完)

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