

NASA 即将迈出重返月球的第一步。该计划的第一阶段,恰如其分地命名为“阿尔忒弥斯 1 号”,计划派遣一次无人测试飞行,绕月球往返。这将是 “阿尔忒弥斯”计划 的首次飞行,该计划旨在 2020 年代中期再次将人类送上月球。
但在“阿尔忒弥斯 1 号”能够实现之前,NASA 需要确保其备受瞩目的火箭——即 太空发射系统 (SLS)——能够完全投入使用。但目前尚未实现;本月早些时候,该火箭最新的彩排 提前结束了。这是工程师团队连续第三次不成功的演习。
关键问题之一是 NASA 一直未能将“阿尔忒弥斯”火箭储备的全部燃料泵入其油箱。当 NASA 的工程师们在肯尼迪航天中心的发射台上测试加注油箱时,技术问题和泄漏阻止了该过程的完成。这听起来可能很糟糕,但在航天发射中,这种障碍非常普遍。
“我希望不会有太多延误,他们会很快找出问题所在,并能尽快回到正轨,”华盛顿特区战略与国际研究中心(Center for Strategic and International Studies)空间项目副研究员 Makena Young 说。
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当 奥巴马政府十年前批准 SLS 火箭概念 时,NASA 表示它将在 2016 年或 2017 年准备好发射。但在这个开发阶段的实验火箭,出现重大困难几乎是意料之中的。火箭是一项高度复杂的操作——仅仅把它放在发射台上然后像烟花一样点燃是不够的。它需要众多精密的子系统协同工作,才能将宇航员和其他宝贵货物送入太空。
例如,发射台本身远不止是火箭起飞前的临时停放点。就 SLS 而言,它是一个移动的发射塔,可以滚动到发射台上并发挥多项关键作用。
从那个塔上伸出来的是一团团被称为“脐带”的连接器,它们连接着火箭。一个脐带允许宇航员在乘员舱离地数百英尺时登上火箭。其他脐带充当稳定器,使火箭在发射台上保持稳定。还有一些脐带包含电缆,在地面和火箭之间提供至关重要的电气和通信连接。
而所有这些脐带,它们以不同的方式运行和分离,必须在起飞时毫不费力地分离。当它们所连接的物体是一个高达 365 英尺、会引起数英里外汽车警报的燃烧巨兽时,这是一个艰巨的任务。NASA 肯尼迪航天中心的一名工程师 Kevin Miller 说:“这对那些部件来说是一个非常、非常恶劣的环境。这是一个与世界上任何其他地方都不同的有趣环境,我们必须确保它运行完美无缺。”

并非所有脐带都连接到航天器塔架。在火箭的另一侧,另外两条连接器从地面伸出,并连接到火箭的底部附近。这些尾部服务桅杆脐带 (TSMUs) 的主要功能之一是帮助在火箭停留在发射台上时为 SLS 加注燃料。
当最终准备起飞时,SLS 会用两个简单的元素——氢气和氧气——来驱动。将它们泵入同一个腔室,点燃它们,由此产生的反应会产生水和大量的能量,使火箭能够突破地球的大气层和引力场。(这只是主级。SLS 还依赖一对像拐杖一样的助推器来帮助它飞得更高。它们通过完全不同的工艺燃烧铝基固体燃料。)
但是,由于气体密度不高,试图在室温下储存氢气和氧气会需要过大的燃料箱,这在火箭上是不切实际的。因此,这些元素必须保持在低温液态。这种寒冷不容小觑。氧气在 -297 华氏度(-183 摄氏度)下液化。同时,液态氢的沸点更低,为 -423 华氏度(-253 摄氏度)。
在 其最近一次测试 中,NASA 加注了 49% 的液氧和 5% 的液氢,然后技术人员发现了氢气泄漏并停止了加注。
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Miller 说:“少量液态氢会变成巨大的气态氢云。” 如果在起飞前不解决这个问题,这种易燃的“沉降物”可能会导致灾难。
“多年来,许多发射因推进剂泄漏而被推迟,无论是发射载具还是地面系统硬件,”一直关注 SLS 项目的航天记者 Jeff Foust 说。纵观历史,无数次航天飞机发射 都曾遇到过泄漏问题。“这些问题都会被追踪并修复,然后航天器最终会发射,”Foust 说。

但是,正如 TSMUs 需要正常运行才能为火箭加油一样,它们也需要用氮气将其冲洗干净。这样做可以清除火箭系统中的上述氢气,从而最大程度地减少潜在的火灾风险。氮气还可以作为气候控制,使火箭的部件保持稳定的温度和低湿度——这在佛罗里达州亚热带气候下尤为重要。
Miller 说:“它能让所有的电子设备保持良好状态,因为它们既凉爽又干燥。”
不过,即使在这个阶段,也预计会出现此类错误。彩排和其他测试旨在在可能困扰载有宇航员和昂贵太空仪器的实际发射之前,发现这些棘手的问题。
至于这对“阿尔忒弥斯”号任务的未来意味着什么,时间表尚不确定。在首次完整的无人发射可以安排之前,需要进行成功的测试。按这个速度,“阿尔忒弥斯 1 号”可能要到 6 月或 7 月初才能飞往月球。
如果将“阿尔忒弥斯”号飞船发射到月球与从其同名女神的弓箭射出箭来相比,那么 NASA 可能还需要几周时间才能知道弓箭是否可用。只有这样,任务才能起飞。
Young 说:“延迟不是好事,但他们采取一切预防措施确保发射安全成功,这是好事。”
不过,任何“阿尔忒弥斯 1 号”的延误都会给“阿尔忒弥斯 2 号”的调度带来压力:这是首次载人任务,将有三名美国宇航员和一名加拿大宇航员 在月球轨道上停留 10 天。“阿尔忒弥斯 2 号”目前定于 2024 年 5 月发射,但在“阿尔忒弥斯 1 号”之后大约需要两年时间准备。 “阿尔忒弥斯 1 号”的发射推迟得越久,人类等待访问月球背面将越久。
在此之后,才迎来第三阶段:继 1972 年之后,首次将脚步 踩上月球的尘土。
更正(2022 年 4 月 27 日):该报道之前混淆了 NASA 最近一次湿彩排期间注入 SLS 火箭的液氧和液氢的百分比水平。它还错误地指出,在那次测试中存在氮气泄漏。这两处信息现已更新。