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十年磨一劍?星際線飛船載人首飛再推遲

時間:2023-06-25 11:56:34    來源:科普中國網(wǎng)    

波音公司的星際線飛船原定在今年7月21日進(jìn)行首次載人試飛,不料6月1日美國宇航局和波音公司聯(lián)合宣布,由于新近發(fā)現(xiàn)飛船存在兩個技術(shù)問題,首次載人試飛將被迫推遲。已有消息稱,該任務(wù)將不早于2023年底進(jìn)行,甚至不排除波音公司放棄星際線飛船的可能性。那么星際線飛船的研制過程為何這么坎坷?它又有怎樣的技術(shù)特點(diǎn)?未來前景如何呢?


(資料圖片僅供參考)

“豪門貴胄”身負(fù)眾望

星際線載人飛船的故事要從2010年講起。當(dāng)時,由于運(yùn)維成本高昂,加上1986年“挑戰(zhàn)者號”和2003年“哥倫比亞號”兩起災(zāi)難推波助瀾,航天飛機(jī)已進(jìn)入退役倒計時,美國一時面臨失去獨(dú)立的載人航天能力。美國航天員前往國際空間站,只能乘坐俄羅斯飛船。然而,2011年航天飛機(jī)正式退役后,俄飛船票價不斷上漲,運(yùn)送每名西方航天員的收費(fèi)從2000 多萬美元一路飆升到2020年的8000多萬美元。

肯尼迪航天中心總裝測試廠房中的波音星際線飛船

為應(yīng)對這種尷尬局面,美國宇航局一方面立項(xiàng)研制兼顧近地軌道和深空探測任務(wù)的獵戶座飛船,另一方面推動商業(yè)載人計劃發(fā)展,希望民營航天企業(yè)挑起大梁,將美國航天員和貨物更廉價地送往國際空間站。

2014年9月,美國宇航局宣布,波音公司和SpaceX公司各自獲得了向國際空間站提供載人發(fā)射服務(wù)的合同,金額分別為42億和26億美元。要知道,波音公司從頭到尾參與了美國宇航局的商業(yè)載人計劃,獲得了比競爭對手更多的政府資金支持,最受美國政府倚重。波音公司也是信心滿滿,宣稱要在2015年讓星際線飛船為商業(yè)載人任務(wù)做好準(zhǔn)備。

波音公司有資格如此自信,作為美國歷史最悠久的航空航天制造企業(yè)之一,從1916年創(chuàng)業(yè)至今,取得了舉世矚目的成就。特別是二戰(zhàn)后,波音自籌資金,進(jìn)入航天技術(shù)領(lǐng)域,攻克固體火箭發(fā)動機(jī)難關(guān),贏得了民兵導(dǎo)彈合同,至今仍是美國戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈主要供應(yīng)商之一。之后,波音通過并購等手段,不斷提高在航天領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力,成為美國主要火箭制造商之一,研制的德爾塔4系列火箭在很長一段時間里是美國運(yùn)載能力最強(qiáng)的火箭。它還是美國主要衛(wèi)星制造商之一,無論是在軍用還是商用市場上都有舉足輕重的地位。在“阿波羅計劃”、航天飛機(jī)、國際空間站等美國歷代重大航天計劃中,波音公司都是重要參與者,研發(fā)一款穩(wěn)妥可靠的近地軌道載人飛船似乎不成問題。

研制歷程意外頻出

其實(shí),美國商業(yè)載人計劃也說不上一帆風(fēng)順。飛船無人試飛不斷“跳票”,最早計劃在2015年進(jìn)行,隨后不斷推遲。直到2019年3月,SpaceX公司成功完成載人龍飛船的首次無人試飛。

星際線飛船本來有望更早飛天,但它采用多臺液體火箭發(fā)動機(jī)實(shí)施逃逸的技術(shù)方案,火箭發(fā)動機(jī)除用于逃逸外,還用于真空變軌推進(jìn)以及再入過程減速制動,還要能夠多次重復(fù)使用,因此技術(shù)復(fù)雜。在2018年進(jìn)行緊急中止系統(tǒng)測試時,波音發(fā)現(xiàn),發(fā)動機(jī)出現(xiàn)推進(jìn)劑泄漏問題,不得不對飛船推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行局部重新設(shè)計。這就使得星際線飛船首次無人試飛推遲到2019年12月。

在“星際線”執(zhí)行首次無人軌道試飛任務(wù)時,飛船上的一個任務(wù)計時器出現(xiàn)故障,使飛船未能按計劃在船箭分離后完成入軌機(jī)動。該故障消耗了飛船的大量推進(jìn)劑,導(dǎo)致剩余推進(jìn)劑無法滿足其安全對接國際空間站的條件,只好取消對接任務(wù),提前返回地球。

事后調(diào)查發(fā)現(xiàn),該計時器初始化設(shè)置的時間點(diǎn)有誤,導(dǎo)致出現(xiàn)了11個小時的計時偏差。在隨后的在軌檢測期間,波音公司研制團(tuán)隊(duì)又發(fā)現(xiàn),飛船存在“閥門映射錯誤”,于是進(jìn)行緊急排故,并在飛船著陸前約3小時發(fā)送了經(jīng)修正的飛控代碼。

“星際線”首次試飛不利后,美國宇航局提出大量整改意見,為安全起見,還要求波音公司再進(jìn)行一次無人試飛。波音公司不得不自掏4.1億美元,進(jìn)行第二次無人軌道試飛。

2021年8月,“星際線”再次被推上發(fā)射臺,但在發(fā)射前檢查中發(fā)現(xiàn),13個推進(jìn)劑閥門狀態(tài)異常,波音公司再次開啟漫長的排故之路。

經(jīng)過調(diào)查,閥門“卡澀”的主要原因是推進(jìn)劑與大氣水分相互作用,對閥門材料造成腐蝕。但該問題并未徹底解決,而是通過凈化系統(tǒng)和密封連接件,避免讓水氣侵入推進(jìn)系統(tǒng)閥門,緩解腐蝕作用。為此,波音還設(shè)定了減輕推進(jìn)劑腐蝕的限制性窗口期,即向服務(wù)艙裝載推進(jìn)劑之后的60天內(nèi)必須發(fā)射飛船。

2022年5月,星際線飛船執(zhí)行了第二次無人軌道試飛,與國際空間站首次對接。然而,在入軌階段,飛船點(diǎn)火僅1秒后,1臺發(fā)動機(jī)因故障關(guān)機(jī),飛控啟動的備用發(fā)動機(jī)工作僅25秒后也因不明原因關(guān)機(jī)。好在飛船又啟動了另一組發(fā)動機(jī)進(jìn)行機(jī)動,最終完成入軌。

業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,此次任務(wù)是成功的,星際線飛船可以啟動后續(xù)載人任務(wù)。但今年5月26日美國宇航局表示,又發(fā)現(xiàn)了兩個令人擔(dān)憂的新問題,導(dǎo)致飛船首次載人試飛再度推遲。

執(zhí)行OFT-2任務(wù)的波音星際線飛船對接國際空間站

前途叵測的項(xiàng)目前景

波音宣布此次試飛推遲的前兩天,恰好是SpaceX公司載人飛行3周年。截至目前,載人龍飛船已為美國政府和商業(yè)客戶執(zhí)行了務(wù),累計將38人送入太空10。次載人任美國宇航局仍表示,期待波音公司將“星際線”投入使用,成為第二家供應(yīng)商以提供項(xiàng)目冗余,而這原本是載人龍飛船的“內(nèi)定任務(wù)”。

接下來,星際線飛船項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)面臨較大壓力。以這次公布的兩個問題為例,一個是降落傘軟連接組件的載荷限制低于預(yù)期,一個主傘發(fā)生故障時,會給另外兩個降落傘帶來額外的負(fù)載,降低了降落傘系統(tǒng)的整體安全系數(shù);另一個是包裹航天器線束膠帶的易燃性問題,在飛船其他部位發(fā)生“多重故障”的情況下,膠帶可能燃燒,帶來更大的潛在風(fēng)險。不難發(fā)現(xiàn),這兩個問題都不涉及過于高深的技術(shù),更像是管理不善的惡果。

展望未來,“星際線”的前途可以說用“烏云密布”來形容。

首先是成本問題。2019年11月,美國宇航局首次發(fā)布兩款飛船的座位成本估算:載人龍飛船為5500萬美元,星際線飛船為9000萬美元。波音公司獲得了超出固定價格合同之外的2.872億美元額外補(bǔ)償,接下來,通過在星際線飛船乘員艙內(nèi)裝載額外貨物,將座位成本調(diào)整為約7000萬美元,但仍然高于載人龍飛船運(yùn)送更多乘員之前的價格。

其次是運(yùn)載火箭問題。星際線飛船本來要由宇宙神5系列火箭發(fā)射,但該型火箭即將被淘汰,預(yù)定替代者火神火箭遭遇首飛推遲,增加了任務(wù)的復(fù)雜性和不確定性。

最后是國際空間站退役問題。2022年9月,美國政府再次購買了5次載人龍飛船的國際空間站運(yùn)輸服務(wù),預(yù)計能夠支持到國際空間站退役?!靶请H線”即使順利服役,預(yù)計每年只能飛行一次,無疑使其前景黯淡不少。(作者:于遠(yuǎn)航 把關(guān)專家:中國航天科技集團(tuán)科技委副主任 江帆)

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