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SpaceX載人飛船載人航天還剩兩大難題:中止發射和閃降

2019-10-23 16:17:18  來源:網易科技

近日,美國宇航局長吉姆·布里登斯汀(Jim Bridenstine)與SpaceX首席執行官埃隆·馬斯克(Elon Musk)、兩名美國宇航員站在“龍”飛船前,討論了SpaceX首次國際空間站載人飛行計劃將面臨的挑戰。

馬斯克稱,宇航員乘坐龍飛船進入太空前需要進行多項測試,最重要的是對太空艙發射中止系統和降落傘的測試,近期這兩項測試都遇到非常棘手的困難,2018年4月,龍飛船中止引擎測試時發生爆炸,隨后該問題得到了解決。

他還討論了安全隔板的問題,安全隔板可在不泄漏的情況下能緩解燃料超壓現象,它將中止系統與軌道操控系統分隔,取代了曾導致泄漏爆炸的閥門裝置。

不過降落傘可能是一個更復雜的問題。

2018年4月,研究人員并未按計劃對龍飛船降落傘進行測試,雖然其中一個降落傘是故意損壞(研究人員在測試中僅使用了3個降落傘,而不是4個降落傘),但由于其他3個降落傘沒有成功充氣,導致出現嚴重的硬著陸,如果飛船測試中乘坐工作人員,他們很可能會嚴重受傷。

布里登斯汀說:“人們對飛船降落傘安全性頗為憂慮,但當前我們處于非常積極有利的局面,SpaceX投入了大量資源和人力開發研制降落傘,便于實現‘龍’飛船持續性、可重復性使用的性能。”

事實上,SpaceX一直在努力研發降落傘裝置,現在正從馬克2型向馬克3型改良升級,我們認為馬克2型降落傘是非常安全的,相比之下,馬克3型的安全性增強了10倍。如果人們將馬克3型降落傘的安全系數與阿波羅號飛船相比,它的安全系數是阿波羅飛船的兩倍。

馬斯克繼續指出,龍飛船降落傘存在的問題與阿波羅號飛船不可“同日而語”,當時阿波羅號飛船重量約5900公斤,是迄今降落傘回收最重的宇宙飛船,當阿波羅號飛船從月球返程時,太空飛行速度非常快。

1963-1968年,美國宇航局進行了至少34次阿波羅飛船降落傘試驗,正如馬斯克等人常提醒的那樣,“太空旅行是非常艱難的”,宇宙飛船從太空返回地球是太空飛行最具挑戰的環節,龍飛船重量約9000公斤,在它返回地球旅程中正確使用降落傘是非常重要的。

2012年,美國宇航局噴氣推進實驗室設計“好奇號”火星車著陸的超音速降落傘時,也遭遇了類似的問題,正如好奇號項目總工程師羅伯·曼寧(Rob Manning)所說,“降落傘始終是一個問題。”

太空飛行中質地柔軟裝置的設計和應用是最具挑戰的,人們測試金屬裝置會簡單一些,當拉動金屬裝置時,金屬在一定作用力下會斷裂,但是該方法無法適用于質地柔軟的降落傘。降落傘的性能可比作一種不可預測的野生動物,對它而言,任何模擬測試都基本上沒有幫助,工作人員只能在真實環境中一次次地反復測試。

馬斯克說:“降落傘看似簡單,但它絕對不簡單,降落傘設計實際上是40多年前阿波羅任務中最具挑戰性的事情之一。”

布里登斯汀指出,降落傘很難建模設計,“我們需要降落傘具有持續性、可重復性使用,我們需要大量的降落測試,從現在至年底,我們可能經歷大約10次飛船降落試驗,當然試驗總數取決于每次試驗是否成功。”

“龍”飛船最初計劃使用SpaceX黑科技SuperDraco引擎,它是驅動中止系統的密封艙火箭引擎,而不是采用降落傘裝置,之后該方案發生改變,采用阿波羅飛船的成功經驗,利用降落傘最終飛船濺落在海面上,用兩個引導傘牽引主降落傘脫離飛船前端。

近期,SpaceX對龍飛船重新設計了降落傘,分別命名為:馬克1型、2型和3型,目前測試的是最新設計的馬克3型降落傘。馬斯克表示,雖然之前設計的降落傘都是安全的,但很難達到美國宇航局和SpaceX的安全要求。

布里登斯汀稱,SpaceX計劃在一兩周時間內首次完成馬克3型降落試驗,之后將定期進行試驗。馬斯克并未提供降落傘測試的計劃日期,但他表示在攜載宇航員進入太空之前,至少可以連續進行10次成功測試。迄今為止,SpaceX已完成50多次降落傘測試,僅有幾次失敗。

馬斯克說:“馬克2型和3型之間最大區別在于降落傘繩的牢固程度,從之前尼龍材料過渡至超強纖維Zylon材料,后者強度是尼龍材料的3倍以上,并且降落傘的縫接模式上也有一些變化。

SpaceX采用重復測試方法,布里登斯汀對該方案表示贊同,他說:“SpaceX最擅長的是‘飛行-測試-修復’,它與其他承包商不同,我不認為該公司很糟糕,也不認為該公司出類拔萃,其擁有獨特之處,這正是我們選擇與其合作的原因之一,我喜歡SpaceX的‘飛行-測試-修復’測試方案。”

當然,“龍”飛船降落傘測試對于SpaceX承諾成功攜載美國宇航員抵達國際空間站是至關重要的,同時,此類測試對其他太空公司也有促進作用。

布里登斯汀說:“美國宇航局可以從我們的優秀合作方獲得重要數據和信息,再將它們應用整合到航天領域,從而確保我們的宇航員在太空旅程中處于安全,當一個合作方取得了成功,這種成功將延伸應用于所有合作方,因為人類安全是第一位的。”

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