SpaceX载人航天还剩两大难题:中止发射和闪降

摘要:

近日,美国宇航局长吉姆·布里登斯汀(Jim Bridenstine)与SpaceX首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)、两名美国宇航员站在“龙”飞船前,讨论了SpaceX首次国际空间站载人飞行计划将面临的挑战。

马斯克称,宇航员乘坐龙飞船进入太空前需要进行多项测试,最重要的是对太空舱发射中止系统和降落伞的测试,近期这两项测试都遇到非常棘手的困难,2018年4月,龙飞船中止引擎测试时发生爆炸,随后该问题得到了解决。

他还讨论了安全隔板的问题,安全隔板可在不泄漏的情况下能缓解燃料超压现象,它将中止系统与轨道操控系统分隔,取代了曾导致泄漏爆炸的阀门装置。

不过降落伞可能是一个更复杂的问题。

2018年4月,研究人员并未按计划对龙飞船降落伞进行测试,虽然其中一个降落伞是故意损坏(研究人员在测试中仅使用了3个降落伞,而不是4个降落伞),但由于其他3个降落伞没有成功充气,导致出现严重的硬着陆,如果飞船测试中乘坐工作人员,他们很可能会严重受伤。

布里登斯汀说:“人们对飞船降落伞安全性颇为忧虑,但当前我们处于非常积极有利的局面,SpaceX投入了大量资源和人力开发研制降落伞,便于实现‘龙’飞船持续性、可重复性使用的性能。”

事实上,SpaceX一直在努力研发降落伞装置,现在正从马克2型向马克3型改良升级,我们认为马克2型降落伞是非常安全的,相比之下,马克3型的安全性增强了10倍。如果人们将马克3型降落伞的安全系数与阿波罗号飞船相比,它的安全系数是阿波罗飞船的两倍。


马斯克继续指出,龙飞船降落伞存在的问题与阿波罗号飞船不可“同日而语”,当时阿波罗号飞船重量约5900公斤,是迄今降落伞回收最重的宇宙飞船,当阿波罗号飞船从月球返程时,太空飞行速度非常快。

1963-1968年,美国宇航局进行了至少34次阿波罗飞船降落伞试验,正如马斯克等人常提醒的那样,“太空旅行是非常艰难的”,宇宙飞船从太空返回地球是太空飞行最具挑战的环节,龙飞船重量约9000公斤,在它返回地球旅程中正确使用降落伞是非常重要的。

2012年,美国宇航局喷气推进实验室设计“好奇号”火星车着陆的超音速降落伞时,也遭遇了类似的问题,正如好奇号项目总工程师罗伯·曼宁(Rob Manning)所说,“降落伞始终是一个问题。”

太空飞行中质地柔软装置的设计和应用是最具挑战的,人们测试金属装置会简单一些,当拉动金属装置时,金属在一定作用力下会断裂,但是该方法无法适用于质地柔软的降落伞。降落伞的性能可比作一种不可预测的野生动物,对它而言,任何模拟测试都基本上没有帮助,工作人员只能在真实环境中一次次地反复测试。

马斯克说:“降落伞看似简单,但它绝对不简单,降落伞设计实际上是40多年前阿波罗任务中最具挑战性的事情之一。”

布里登斯汀指出,降落伞很难建模设计,“我们需要降落伞具有持续性、可重复性使用,我们需要大量的降落测试,从现在至年底,我们可能经历大约10次飞船降落试验,当然试验总数取决于每次试验是否成功。”

“龙”飞船最初计划使用SpaceX黑科技SuperDraco引擎,它是驱动中止系统的密封舱火箭引擎,而不是采用降落伞装置,之后该方案发生改变,采用阿波罗飞船的成功经验,利用降落伞最终飞船溅落在海面上,用两个引导伞牵引主降落伞脱离飞船前端。

近期,SpaceX对龙飞船重新设计了降落伞,分别命名为:马克1型、2型和3型,目前测试的是最新设计的马克3型降落伞。马斯克表示,虽然之前设计的降落伞都是安全的,但很难达到美国宇航局和SpaceX的安全要求。

布里登斯汀称,SpaceX计划在一两周时间内首次完成马克3型降落试验,之后将定期进行试验。马斯克并未提供降落伞测试的计划日期,但他表示在携载宇航员进入太空之前,至少可以连续进行10次成功测试。迄今为止,SpaceX已完成50多次降落伞测试,仅有几次失败。

马斯克说:“马克2型和3型之间最大区别在于降落伞绳的牢固程度,从之前尼龙材料过渡至超强纤维Zylon材料,后者强度是尼龙材料的3倍以上,并且降落伞的缝接模式上也有一些变化。

SpaceX采用重复测试方法,布里登斯汀对该方案表示赞同,他说:“SpaceX最擅长的是‘飞行-测试-修复’,它与其他承包商不同,我不认为该公司很糟糕,也不认为该公司出类拔萃,其拥有独特之处,这正是我们选择与其合作的原因之一,我喜欢SpaceX的‘飞行-测试-修复’测试方案。”

当然,“龙”飞船降落伞测试对于SpaceX承诺成功携载美国宇航员抵达国际空间站是至关重要的,同时,此类测试对其他太空公司也有促进作用。

布里登斯汀说:“美国宇航局可以从我们的优秀合作方获得重要数据和信息,再将它们应用整合到航天领域,从而确保我们的宇航员在太空旅程中处于安全,当一个合作方取得了成功,这种成功将延伸应用于所有合作方,因为人类安全是第一位的。”

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