美國宇航局巨型火箭即將進行最終關鍵性測試

技術力量

B-2試驗台

在密西西比州南部，靠近路易斯安那州邊界的地方，工程師們一直在對一件了不起的硬件進行測試。一個巨大的橙色圓柱體懸掛在一個同樣氣勢磅礴的鋼結構上，這個鋼結構被稱為B-2試驗台，位於聖路易斯灣市外的美國國家航空航天局試驗設施斯坦尼斯航天中心的場地上。

B-2試驗台從上到下高65米，比自由女神像還長。這個圓柱體代表了強大的航天器的核心。它被稱為“太空發射系統”，由液體燃料核心級和兩個綁在兩側的固體燃料助推器組成，其底部有四個強大的RS-25發動機。

完全組裝好的飛行器提供了將宇航員轟出地球並拋向月球所需的巨大推力。根據美國國家航空航天局的 "阿爾忒彌斯 "計劃，美國宇航員將在2024年被送往月球表面。這將是自1972年 "阿波羅17號 "以來首次有人在地球唯一的天然衛星上登陸。

它可能使用為航天飛機開發的技術，但在許多方面，太空發射系統”是土星五號的現代繼承者，土星五號是執行阿波羅任務的巨大火箭。

經過十年的發展，太空發射系統”現在正接近一個關鍵階段。為期一年的核心級測試計劃即將結束。這一階段被稱為“綠色運行”，旨在熨平火箭首飛前的任何問題，計劃於2021年11月進行。

今年1月12日，第一枚“太空發射系統”核心級被用駁船從新奧爾良的工廠運到斯坦尼斯，在那裏進行組裝。隨後，它被吊車吊起，垂直安裝在B-2試驗台上。

斯坦尼斯航天中心的太空發射系統”綠色運行測試指揮員瑞安·麥基本表示："當你真正看到真實的東西， 真正的航空電子設備， 真正的罐子，能容納50萬加侖的液態氫罐和超過20萬加侖的液態氧罐 ，就會發現這是一個不可思議的飛行器。"

“太空發射系統”核心級

綠色運行分為八個部分，或者說測試案例。今年初以來，來自美國國家航空航天局和火箭的主承包商波音公司的工程師一直在進行這些單獨的測試。包括給航電設備供電，評估不同系統和部件的性能，以及模擬問題。

麥基本表示："我們非常幸運，能夠讓它經受住考驗：給它通電，做泄漏檢查，甚至給一些系統加壓。其中一個測試案例，即測試案例五，我們最終對發動機進行了萬向球測試，就是我們用液壓方式移動發動機，這樣你就可以在飛行過程中進行航向修正。這是一個很有趣的事情。"

在明年的首次任務中，也就是所謂的 "阿特米斯-1"，“太空發射系統”將發射一個無人駕駛的獵戶座太空艙，繞月球一圈。這將使美國國家航空航天局在宇航員被允許上天之前對太空艙進行評估。

第一台SLS核心機安裝在試驗台上

其餘兩項核心級試驗至關重要。第七次試驗，即所謂的 "濕敷演練"（WDR），是在核心級貯箱中裝滿液態氫（LH2火箭燃料）和使燃料燃燒的液態氧（LOX）。這兩者合在一起被稱為推進劑。

一條水道蜿蜒穿過斯坦尼斯航天中心的場地，將其與附近的河流相連。這使得重型設備和硬件可以在美國宇航局的不同地點之間運輸。在濕裝演練期間，共有6艘載有LH2和LOX的駁船將停靠在B-2試驗台附近。

低溫推進劑將從這些駁船上用管道輸送到核心級油箱。使用氫氣，這是一種很輕的氣體，這相對容易，但氧氣很重，必須要用泵輸送。

裝載工作將在大約六個半小時內進行。儲罐裝滿後，還要不斷加滿，因為推進劑的溫度在零下幾百度，隨著時間的推移會沸騰。

工程師們將收集數據，並與數學模型進行比較，以檢查整個系統的行為是否符合預期。

工程師團隊將在WDR期間模擬發射倒計時，將流程進行到倒計時33秒處。

工人使用一種名為摩擦攪拌焊技術來堵洞

波音公司副總裁兼“太空發射系統”項目經理約翰·香農說："我們將花大約兩周的時間來觀察數據，以確保所有系統的表現符合預期，我們會出去檢查，確保沒有意外。"

第八次，也是最後一次測試，被稱為發動機 "熱火"測試，將從33秒處開始接力。隨著核心階段固定在支架上，熱火將首次看到其四台強大的RS-25發動機一起燃燒。

麥基本表示："這是一個完整的持續燃燒，這就是我們的目標，同時點燃不止一台是令人興奮。我們已經有近40年的時間沒有在這個地點做過了。"

除了它將產生的工程數據外，測試將展示“太空發射系統”的威力。發動機與為現已退役的航天飛機軌道器提供動力的發動機相同，將產生高達160萬磅的推力。這大約相當於6架747客機在滿功率時的功率。

雖然推進劑被送入RS-25發動機時處於零下幾百度的溫度，但出現的廢氣卻高達3315攝氏度，熱得可以把鐵煮熟。

數十萬加侖的水被導入火焰桶中

麥基本說："我們向一個有大量水進入的桶裏點火。水可以防止它直接燒穿試驗台。"

數十萬加侖的水被導入火焰桶中，以冷卻排氣。此外，數萬加侖的水還將用於在發動機周圍形成水幕，以抑制發動機點火8.5分鐘時產生的噪音。

這樣做的目的是為了保護核心舞台在固定在支架上時不受振動的影響。

麥基本說："我們肯定很興奮，因為很少能嘗試新的太空飛行器。"

工程師們最近一直在排除一個預閥的問題，這個預閥為RS-25發動機提供液態氫燃料。但麥基本說，這是我們完全有能力處理的事情。

測試基本順利進行，但由於今年疫情的原因，有5周的停頓。此外，鑒於颶風季節特別活躍，現場工作也因熱帶天氣而不得不停工6次。

太空發射系統升空時的樣子

原定於11月初至11月中旬進行的濕裝彩排和熱火，現在預計將與未來6至3周內進行。

各團隊都意識到要在1月份的時間內將核心級交付到佛羅裏達州的肯尼迪航天中心，在那裏進行最後的加工和准備，以便在2021年11月發射。

麥基本說，他相信團隊仍然可以完成這一時間表，但補充說，這取決於核心級在WDR期間的表現。

到今年年底，“太空發射系統”的成本將超過170億美元，如果不進行重大修改，現有的商業火箭都無法一次性將獵戶座、宇航員和重型貨物送上月球。

目前還沒有明確的跡象表明美國下屆政府可能會將載人航天方案引向何方。

"阿爾忒彌斯 "計劃的努力得到了美國兩党的支持。但一些國會山的立法者未必會對邁克·彭斯去年宣布的2024年人類登陸月球的時間表那麼執著。

1969年，土星五號發射阿波羅11號

毫無疑問，月球計劃已經重新找回了阿波羅時代的一些興奮點。麥基本說，他對 "土星五號 "工程師在上世紀60年代所做的工作感到敬畏。他並沒有忘記，B-2試驗台是為了測試土星第一級的五個發動機而建造的。