Ⅰ 揭開NASA新月球火箭-「太空發射系統SLS」的神秘面紗
繼承太空梭零件而誕生的,以月球和火星為目標的巨大火箭
美國國家航空航天局(NASA)在1969年實現了人類 歷史 上首次載人登月。這一年的7月16日,承載著3名宇航員的巨大的 「土星V號」 火箭從 佛羅里達州 的 肯尼迪航天中心 起飛。4天後, 尼爾·阿姆斯特朗 和 巴茲·奧爾德林 在月球上邁出了一大步。
53年後的2022年3月18日——。在肯尼迪航天中心,NASA開發的新的巨大火箭出現了。它的名字叫 「太空發射系統(SLS)」 。這是一種火箭,目標是時隔半個世紀的載人月球探測,以及人類 歷史 上首次的載人火星探測。
太空發射系統(SLS)是以載人月球和火星探測為目標,NASA和波音公司正在開發的火箭。
目前,NASA正在推進自阿波羅計劃以來的載人探月計劃「artemis(阿爾忒彌斯計劃)」,並計劃在2030年進行載人火星探測。而且,為了實現這兩方面,還計劃建設繞月載人據點「 Gateway 」。
在上述計劃中,SLS是負責發射搭載宇航員的 「獵戶座」宇宙飛船 和 「 Gateway 」 的各模塊的重要火箭。
全長98米,直徑8.4米,相當於30層建築的巨大火箭,具有向地球低軌道發射95噸,向月球發射27噸的能力。這是一種讓曾經在 阿波羅計劃 中將人類送上月球的 「土星V號」 在現代復活的火箭。
但是,其結構與 「土星V號」 大不相同。SLS的機體和火箭發動機等,為了削減開發成本和時間,最大限度地利用了 太空梭 的遺產。
SLS為2級,相當於第1級的核心級油箱幾乎使用了太空梭的外部油箱 (ET) 。發動機也配備了4台曾作為太空梭主發動機使用的 「RS-25(SSME)」 。
在核心階段的兩側配備了 固體火箭助推器 ,這也是太空梭的 SRB 的補充和延長版。
另外,雖棗敬然目前只是被稱為「Block 1(模塊1)」的初期形態,但未來有計劃通過改進助推器和第二級來逐步提高發射能力。
2004年,時任美國總統 布希 宣布的新太空政策 「太空 探索 願景」 ,該願景規定了利用太空梭的遺產開發新的載人月球火箭,由此 「航空航天」 被列入美國宇航局的 「 星座 計劃」 。名為「Airlies I」和「Airlies V」的火箭已經開始研製。但是,由於開發嚴重延遲,後來被下一任美國總統 奧巴馬 改變,目的地從月球改為小行星。於是火箭的設計也被重新修改,重新開發了 SLS 。
之後,美國總統特朗普再次提出以月球為目標的方針,NASA據此啟動了 阿凳源慎爾忒彌斯計劃 。拜登政府也繼承了這一計劃,並延續至今。
在奧巴馬政府時期, SLS 原本計劃在2017年進行無人飛行試驗,但由於預算、開發和試驗問題,以及新冠和颶風造成的設施受損等各種原因,一再延遲,不過這次終於完成了。
在位於佛羅里達州的NASA肯尼迪航天中心組裝的 SLS 1號機 被放置在移動式發射台上,於北京時間3月18日5時47分從 VAB (Vehicle Assembly Building,組裝樓)出發。
SLS的前裂擾端已經搭載了無人的 「獵戶座」宇宙飛船 和可以互相配合的 超小型衛星 等。
發射台和火箭緩緩移動,在9小時28分後的18日17時15分抵達了距離 VAB 6.4公里的該中心39b發射設施。
對於 SLS 來說,下一關是被稱為「 wet dress rehearsal 」的測試。這和實際發射一樣,是向火箭貯箱中放入推進劑、倒計時、發射延期或中斷時的應對方案,確認准備工作和步驟的預演。
今後,首先要確認 SLS 和其前端搭載的 獵戶座宇宙飛船 ,以及地面系統,然後實施預演。目前該預演預定於美國當地時間4月3日舉行。
NASA負責宇宙 探索 系統開發的副局長 湯姆·惠特梅耶爾 說:「SLS從組裝艙露面,對該火箭和宇宙飛船來說是一個標志性的時刻,也是NASA重要的里程碑。」
「像這樣第一次站在發射點上,我們就可以啟動火箭系統,進行發射倒計時的預習,在火箭上填充推進劑,可以做好向月球發射獵戶號宇宙飛船的准備」。
如果預演順利完成, SLS 就會暫時返回 VAB(組裝樓) 。然後,進行預演時使用的感測器的卸載、電池的再充電、物資的裝載以及最終確認等,進入發射狀態。
SLS的1號機飛行任務被稱為「artemis I(阿爾忒彌斯 I)」。
在這次artemis I任務中,利用SLS發射了無人的 獵戶座飛船 ,進入繞月軌道。在進行測試之後,返回地球。任務期間預計為4 ~ 6周,將測試SLS的性能和 獵戶座飛船 能否承受地球和月球的往返飛行等。
獵戶座在2014年也進行了無人駕駛試飛,但此時的服務艙等是未完成的原型,而這次 阿爾忒彌斯 I 將是第一次有完整的實機試飛。
另外,SLS還將搭載10顆來自美國國內外大學和研究機構的微型衛星,將其送入飛往月球的軌道。
如果 阿爾忒彌斯 I 成功的話,2024年以後將會有 阿爾忒彌斯 II 的計劃。該任務將利用 SLS 發射首次由宇航員乘坐的 獵戶座飛船 。 獵戶座飛船 不會進入繞月軌道,而是在經過月球背面後掉頭返回地球的「自由返回軌道」飛行。預計任務時間約為7天。
到了2025年,終於通過 阿爾忒彌斯 III ,人類在1972年阿波羅17任務之後,時隔半個多世紀再次登上月球。
另外, 阿波羅計劃 全部著陸在月球正面,而 阿爾忒彌斯計劃 降落在被認為有水的月球南極。在 阿爾忒彌斯的計劃 中,計劃中的 阿爾忒彌斯 III 之後繼續 探索 月球表面,並以此水為資源,提取人類生命所必需的氧氣,作為飲用水和生活用水。用作火箭和月球車的燃料。
為了持續的月球探測,從介於 阿爾忒彌斯 II 和 阿爾忒彌斯 III 之間的2024年秋天開始,也將開始建設繞月載人據點 「 Gateway 」 。 「 Gateway 」 是繞月飛行的空間站,乘坐 獵戶座宇宙飛船 從地球來的宇航員首先進入 「 Gateway 」 ,換乘登月艙,在月球表面著陸。探測活動結束後,返回 「 Gateway 」 ,然後換乘 獵戶座宇宙飛船 返回地球。通過持續地、輪換地進行這個流程,目標是讓宇航員一直在月球上活動。
此外,在 「 Gateway 」 建設和物資補給等方面,還將利用民間火箭和補給船。除了已經與 埃隆·馬斯克 領導的 「SpaceX」 簽訂了補給合同之外,登月艙也將由該公司開發。
然後,以月球及其周邊為舞台,宇航員的宇宙長期停留,其他天體的探測,資源利用等,獲得了很多的技術之後, 2030年進行載人火星探測 。
SLS將在肯尼迪航天中心39號發射基地發射,這里曾經是 土星V號 和太空梭起飛的 歷史 場所。開始建設是在1964年,完成是在1967年。
附近還有第 39a 發射設施,從登月的 阿波羅任務 開始,基本上使用的是 39a , 39b 是預備的。但是,在之後的 天空實驗室 計劃,以及與蘇聯共同實施的 阿波羅-聯盟測試 計劃中,作為 土星IB火箭 的發射場所活躍著。
1981年太空梭投入使用後,在全部135次發射中承擔了53次。雖然 39a 較多,但兩個發射台都支持發射操作。之後,為了發射前面提到的 星座 計劃 的火箭而進行了修改,也只在2009年進行了一次試驗任務就受挫了。但是,它將重新成為 SLS 的發射設施。
在 星座 計劃 的時候只進行了最低限度的修改,但是在SLS的發射上使用的時候,實施了徹底的修改。例如,將合計396km的銅線電纜置換為91km的光纖,將焊盤運用所需的系統置換為PLC(可編程邏輯控制器),為了消音而進行的灑水系統和為了逃避噴射的煙而進行的框架溝道(煙道)等,讓1960年代的設備,變成了21世紀的設備。
此外,在無限軌道上運行的被稱為 「履帶式運輸車」 的巨大車輛用於運輸,是從 阿波羅計劃 和 太空梭 中使用的車輛改道而來,但在 2016 年進行了重大翻新,它被稱為 「超級爬行者」 。VAB也基本上是一邊挪用,一邊改修為SLS用。
相反,移動式發射台幾乎可以說是唯一為SLS而新造的發射台,但嚴格地說,移動式發射台是將 星座 計劃 時建造的發射台進行了大幅強化。
繼承了通過 阿波羅計劃 將人送上月球,用太空梭支撐國際宇宙空間站的建設和運用的 歷史 和傳統,通過技術革新脫胎換骨的發射設施。