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拖延到影响NASA重返月球的“猎户座”飞船,你到底要怎么飞?【402.com】

2019年8月24日 - 科技中心

美国国家航空航天局局长吉姆 ·
布里登斯汀说,该机构正在研究用商业运载火箭发射猎户座宇宙飞船的可行性。猎户座飞船是为
EM-1 绕月任务而建造的,原计划搭载 NASA 的 SLS
火箭系统发射升空。来源:洛克希德 · 马丁公司

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美国国家航空航天局 目前正在考虑将原计划搭载首次 SLS 任务的猎户座宇宙飞船
转移到使用商用火箭发射,以确保该任务能在 2020 年年中如期进行。

猎户座全飞船和第二级总重56吨,按照上图所示FH完全不回收可发射63吨载荷进入近地轨道。SLS的第二级现阶段是直接使用的德尔塔IV型火箭的氢氧第二级DCSS,而现阶段SpaceX直径5.2米的整流罩意味着火箭能支持DCSS的5米直径,理论上载荷重量和载荷直径都可行。但在实际操作上FH却有很大的兼容问题,首当其中的便是载荷长度。SpaceX的整流罩长13.1米,但DCSS和猎户座飞船服务舱加起来至少长17米,搭配上整流罩会更长,额外的长度会对发射时的气动产生严重的影响,还意味着SpaceX现有的FH移动发射立起装置也要重新设计,一系列对改造的测试同样需要时间,并不一定能赶在2020之前完成。

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从减少对火箭改造的角度上讲,D4H发射猎户座飞船FH发射DCSS最合适,毕竟猎户座的首飞便是D4H,火箭和飞船的适配器都是现成的。但由于SpaceX并没有使用液氢未来也不会使用,LC-39A发射台已经移除了液氢加注装置,FH若发射DCSS需要再改造发射台。可是LC-39A是SpaceX载人龙飞船的唯一发射台,若不能使用势必会推迟DM-2和后续的载人发射,对国际空间站的人员输送产生影响。若反过来FH发射猎户座飞船D4H发射DCSS,那两者都需要新的适配器,FH还需要针对猎户座飞船的外形进行新的气动测试。已经因为载人发射和FH商业发射而忙得不可开交的SpaceX能否有人手在2020年内完成测试,是个大问号。

他说:” 我们有机会利用商业能力在 2020 年 6
月之前把猎户座载人舱和欧洲服务舱送入绕月轨道。这是我们最初提出的目标,而我也已责成让机构去研究如何才能实现这一目标。”

猎户座EM-1任务官方演示视频,全面了解本文所讲任务,NASA中文翻译

布里登斯廷还说,即使在考虑 EM-1 任务的替代方案,该机构仍然致力于为 EM-2
任务及其后任务开发 SLS 火箭。他说,鉴于其宣传的有效载荷性能,SLS 火箭 ”
是美国需要建造的关键部件,这是一项关键的能力。”

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在听证会后,就 SLS 首次任务就进行载人飞行来说,他表示 ”
这完全在可能的范围内。如果我们 SLS
火箭能通过我们的全面测试,并且加上我们已经测试过的猎户座乘员舱和欧洲服务舱的话,我认为这是我们绝对应该考虑做的事情,这可能会将使我们的进程回到正轨。”

各种EM-1的商业发射替代组合,你会发现,只有两发FH是可行的,但是最终也被NASA否定了

美国国家航空航天局局长布里登斯廷 3 月 13
日在参议院商务委员会的听证会上说,该机构将在未来几周内决定是否让猎户座飞船及其欧洲服务舱搭载在一对商业运载火箭上进行发射。

NASA局长对EM-1替代发射计划的现场说明,生肉无字幕,但听力要求不高

” 我认为,作为一个机构,我们需要坚持我们的承诺,”
他补充说,这里他指的是不迟于 2020 年年中发射 EM-1 的早期计划。”
如果我们告诉你和其他人,我们将在 2020 年 6 月发射环绕月球的任务,也就是
EM-1,那么我们应该就在 2020 年 6
月发射环绕月球的任务,我认为这是可以做到的。作为一个机构,我们需要考虑实现这一目标的所有选择。”

那能否接着往后按照SLS的研发推迟EM-1的发射呢?可以,但从整体时间线上来看NASA可能不会接受。从EM-1的任务概述便能看出,其核心在于测试猎户座飞船和欧空局制造的猎户座服务舱的深空能力,只有猎户座通过了测试LOP-G才能开始建造,不然无法往来的空间站不过是空中阁楼。

如果采用这种替代方法,这可能意味着首个 SLS 任务搭载的 EM-2
任务也将是首个搭载宇航员的任务。尽管对让宇航员搭载首次发射的新火箭这个决定存在犹豫,但这种情况可能不会改变。

LOP-G环月空间站现阶段构想图,右侧为猎户座飞船,左边可以看到负责各舱段的国家和机构

该任务被称为探索任务 1,任务原本搭载 SLS 火箭的第一次飞行。然而,SLS
运载火箭的研发问题已将该任务的发射推迟到 2020
年年中,而且该机构官员最近表示这个日期还可能会再次延迟。

从NASA官网的火箭性能数据图可以看出,若要离开地球引力C3=0,哪怕现役最强的重型猎鹰火箭最多也只能送大约15吨,但猎户座飞船和服务舱总重有足足25吨。不过FH的深空运力偏低很大程度上是因为第二级梅林-1真空版引擎使用的煤油燃料比冲低,既然如此只能利用FH近地轨道充足的运力,把SLS的氢氧第二级连同猎户座飞船一起通过FH发射进入近地轨道,来弥补FH第二级比冲低的弱点提升深空运力。按照这个理念“魔改“的FH会是这样的:

” 现在已经是 2019 年了,” 威克说。

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他说,这些选择包括使用商用火箭来发射为 EM-1 任务建造的猎户座飞船。”
以前也有过这样的尝试,” 他说,指的是 2014 年 12 月的探索飞行测试 1
任务,当时德尔塔 4
重型运载火箭发射了一艘搭载样板服务舱的猎户座飞船,以执行绕地球两周的任务。

原计划中猎户座飞船唯一的发射火箭便是SLS,而空间站的建造将在2020-2026年之间完成,任务跨度EM-1到EM-6,届时还需要商业公司的火箭进行物资补给,但人员往来的方式只有猎户座飞船。

“SLS 正在它的计划进程中苦苦挣扎,” 布里登斯汀在回答委员会主席参议员罗杰
· 威克 ( 共和党 – 密西西比州 ) 的一系列问题时说,”
我们现在已经更好地理解到这个项目是有多么困难,它将需要一些额外的时间。”

{“type”:1,”value”:”欢迎各位爱好者投稿,各抒己见,畅所欲言!

他说:” 我们现在拥有惊人的能力,我们可以用现成的东西来实现这个目标。”
就像 NASA 之前也使用过德尔塔 4 重型火箭发射猎户座飞船一样,”
先生,我们可以使用现成的能力来实现 EM-1 任务的目标,但不会改变 EM-2
任务的 SLS 发射计划。”

然而作为LOP-G支柱的SLS却一再遭遇严重的研发进度拖后和经费超支,根据NASA督察长在18年10月公布的对SLS的项目调查报告,SLS的研发现状远比预想的要糟糕许多。调查报告判定根据现有进度,哪怕NASA再投入8亿美金的研发费用,都无法在2020年6月之前进行EM-1的发射。换句话说如果后续测试遇到问题再有延迟,SLS甚至都没法在2020年起飞。

听证会结束后,布里登斯廷表示,他没有与联合发射联盟 ( United Launch
Alliance ) 或 SpaceX 讨论过使用它们的飞行器来发射 EM-1
任务。他说,他要求美国国家航空航天局的发射服务项目看看 ” 有哪些可能性
“,并就各种可能性向他提供一份报告。

德尔塔系列火箭只剩下这6次发射了

他说,关于这一替代方案的决定 ” 可以在未来几周内做出
“。他没有讨论这种方法的成本,只是说如果要实施的话,”
可能需要国会的一些帮助。”

特约作者:Saturn V

他说,其中一个挑战将是在太空进行对接。他说:”
我们目前还没有能力把猎户座太空舱和轨道上的任何物体对接起来。所以从现在开始到
2020 年 6 月,我们必须让这成为现实。”

2019年3月,NASA局长吉姆·布里登斯廷在美国参议院听证会上正式证实了之前已经被怀疑了无数次的猜想,NASA正在研究用商业火箭替代SLS执行猎户座飞船的首次绕月飞行。如果当真不使用SLS发射,势必会进一步加剧SLS的研发到底有没有必要的质疑,毕竟很多人认为这是NASA设施所在州的参议员为了维持工作岗位而强行上马的项目,戏称SLS是参议院发射系统(Senate
Launch System)的简写。不过抛开政治不谈从技术和成本的角度上讲,
EM-1是怎么沦落到今天这一步,如果不使用SLS猎户座飞船又有什么其他方法发射呢?

其中一个问题是 ULA 的德尔塔 4 重型火箭 ( Delta 4 Heavy ) 和阿特拉斯 5
重型火箭 ( Atlas 5 ) 或 SpaceX 的猎鹰重型火箭 ( Falcon Heavy )
等运载工具能否在短短 15 个月内完成交付。新运载火箭的交货时间通常比 15
个月长得多,但已经在为其他任务开发的运载火箭可以重新分配到这一任务中。

可以说各种时间上的巧合让SLS的研发推迟显得尤为糟糕,更为关键的是2019年已经过去了三分之一,不管最终如何发射DM-1,NASA都必须要在近期内作出决定以便承包商和私人企业有足够时间应对,不然就要面对大概率可能发生的在2021年才能进行猎户座飞船无人绕月测试,已经LOP-G大幅度推迟这个事实。估计NASA在2010年取消星座计划转而研发SLS的时候,根本没想到只是从一个被火焰吞没的大楼跳到另一个火焰小些的大楼吧。。。。。。

布里登斯廷在接受威克的进一步询问时表示,目前没有商业运载火箭能够执行
EM-1
任务。相反,他说,这次任务将需要两次发射:一次将猎户座送入地球轨道,另一次将携带一个上级火箭。然后两艘飞船将在太空中进行对接,上层火箭随后会点火,再将猎户座飞船送到月球。

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