近段时间,美国太空总署(NASA)的日子显然不太好过。向国际空间站提供定期轮班和补给的俄制"联盟"飞船发射失败,唯一值得庆幸的就是宇航员安全着陆,但在查出问题原因之前,俄制火箭和飞船显然被搁置一段时间。而雪上加霜的是,就在同一时间,NASA自身主导的大型火箭"太空发射系统"(SLS)也被曝出有进度问题,整个计划不仅继续进度延迟,更有可能要超支数十亿美元。
图为SLS火箭的发射台想象图。
一言以蔽之,在航天飞机退役之后,已经放弃传统飞船的美国也就暂时失去了对空间轨道的人员载荷投送手段,国际空间站本身难以扩建,就连补给品和人员也要仰仗俄罗斯"联盟"系统这种外来手段才能维持。
当然,在航天事业上向来自视甚高的美国人不会坐视这一情况持续太久。在2011年"亚特兰蒂斯"号航天飞机最后执行了一次时长13天的轨道任务之后,NASA便顺势将SLS火箭推上台面,称SLS火箭将在"过渡期"之后取代所有的"外国代用品"。
图为2011年的STS-135航天飞机任务成员合影,这是美制第一代航天飞机最后的任务。
事实上,从部件的继承关系说,SLS火箭也的的确确能称作是航天飞机的"正统继承人":该火箭在芯中央级使用了4台RS-25液氢-液氧发动机,单台的推力高达2280千牛,是中国长征五号所使用的YF-77液氢-液氧机推力的近4倍。
当然,推力的大小不是关键,RS-25事实上就是"罗托达因航天飞机主引擎",从1981年之后的30年间就被一直用于航天飞机任务,SLS的头几次发射还将继续使用之前任务"库存"的RS-25,其中使用次数最多的达到12次,最少的也有3次。
图为NASA仓库内库存的RS-25发动机,可见其尺寸之大。
但毫无疑问,SLS火箭系统的问题也出在RS-25发动机,这些推力巨大的"老伙计"身上。诚然,RS-25在技术指标先进的同时,结构和原理早在数十年前就为美国航天业界"吃透",但要想完成一款真正的大型火箭,真正的大障碍出在控制系统以及箭体设计上。
换句话说,这芯一级的4台RS-25个个都推力巨大,这使得固定它们的箭体强度必须足够高,操作它们的控制系统必须足够灵敏,能让这四台发动机的工作状况尽可能同步,否则就要面临飞行姿势失衡,甚至是解体。
图为升空的"联盟"火箭,助推器的分离失败是本次事故的主因。
而纵观世界上现有的,使用大推力火箭发动机的运载火箭,都不免有这种"一台失败,火箭失败"的问题,即单台发动机的可靠性叠加上控制系统的可靠性,就是这款火箭的实际可靠性,一旦单台发动机发生故障,火箭也不可避免地面临发射失败,诸如长征五号遥测二号箭等火箭的失利,就是和单台发动机的可靠与否直接挂钩。
图为猎鹰九号第一级点火瞬间,八台"梅林"发动机的壮观图景。
实事求是的说,在"重型猎鹰"首发成功之后,大型火箭和大推力发动机之间划等号的"定理"不仅已经一去不复返,还在多方面呈现出了疲态:比起SPACEX公司的多台中等推力发动机并联思路,大推力发动机构成的大型运载火箭不但成本高,就连可靠性也要打问号。
而在发动机已经齐备的情况下,大推力发动机难以驾驭,显然就是波音公司始终难以完成SLS火箭芯一级工作的主要原因,个中的委屈和苦闷,很值得同样在长征五号上碰到麻烦的中国航天人细细思索一番。(利刃TO)
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