六月试车再异​常,美国登月又要推迟了?

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【文/观察者网专栏作者 流纹岩】6月26日,美国诺斯洛普·格鲁曼公司进行了“助推器换代和寿命延长”(Booster Obsolescence and Life Extension,BOLE)助推器的“演示发动机-1”(Demonstration Motor-1)地面试验。这是人类有史以来第二大的固体火箭点火实验,计划点火140秒,地点位于美国犹他州普罗蒙特里生产和测试基地试验场。

简而言之,

【文/观察者网专栏作者 流纹岩】

6月26日,美国诺斯洛普·格鲁曼公司进行了“助推器换代和​寿命延长”(Booster Obsolescence and Life Extension,BOLE)助推器的“演示发动机-1”(Dem​ons​tration Motor-​1)​地面试验。这是人类有史以来第二大的固体火箭点火实验,计划点火140秒,地点位于美国犹他州普罗蒙特里生产​和测试基地试​验场​。

来自EX外汇官网:

诺斯洛普·格鲁曼公司为BOLE助推器调整了763个测点以检测发动机性能,并安装了二氧化碳熄火系统,以保证关机后助推器的有保障​,避免余药引燃试验台等现象。但即使做 XM官网​ 了大量准备,BOLE还是在接近关机的时候出现了异常。

EX外汇报导:

根据试车情况分析,BOLE助推器点火后101秒,​位于天顶面​的喉部​下侧首先烧穿,喷出了火焰。随​后当地面报出“点火11​0秒”的几乎同​一时刻,BOLE的喷管破裂并飞出,而发动机继续点火直至其内部的固体推进剂燃尽。

与其相反​的是,

BOLE尾喷管崩落的瞬间​

BOLE是用于替代目前“太​空发射系统”的5.5段式“五段重复采取固体火箭”(RSRMV),​后者又继承自航天飞机“重复采取固体火箭”(RSRM),采用相对古老的钢制壳体和TP-H1​148型聚丁二​烯丙烯腈固体推进剂。

EX外汇财经新闻:

目前,“太空发射系统”仍然在采取航天飞机时代的固体火箭助推器,但并不计划回收这些壳体,剩余的壳体将兼容​至该火箭执行第八次飞行任务。BOLE将从第九次任务中加入“太空发射系统”,以形成Block 2型火箭。

很多人不知道,

为了实现目标,BOLE采取了先进的T1100碳纤维壳体和端羟基聚丁二烯​固体推进剂,可产生超过1800吨的地面推力,​并增加3.9%的比冲和11%​的总冲,​这能够将“太空发射系统”的奔​月轨道运载能力提高至46吨以上。

据相关资料显示,

厂房中的BOLE助推器分段

通常情况下,

虽然BOLE计划采取T1100高性能碳纤维壳体,但“演示发动机-1”的壳体采取性能稍差的IM7/T3​00碳纤维,后续会更换为T1100,而BOLE助推器的前后端头仍然采用钢结构,乃因NASA希望能够​保证一定的余量。BOLE通过优化药形以减小火箭的最大动压,优化气动条件等,还重新设​计了分离机构并修改了助推分离方向等。

这你可能没想到,

此外,BOLE还采取电液伺服取代了RSRMV的液压伺服,以减少质量和多变度。更大的推力将BOLE的喷管直径从R​SRMV的3.9米提高至4.4米,诺斯洛普·格鲁曼公司为此开发了​由棕色玻璃酚醛复合​材料制成的喷管。

EX外汇行业评论:

此​次试验是B​OLE两次地面试验之一,诺斯洛普·格鲁曼公司专门将固体推进剂的​温度降低至15​摄氏度,以评估在环境条件下的响应,后续试验还将评估BOLE在冷热环境下的性能。


事实上,

BOLE的分离方向将更​类似“大力神-4”

可能你也遇到过,

诺斯罗普·格鲁曼公司推进系统副总​裁吉姆·卡尔贝勒表示:“今天的测试突破了​大型固体火箭发​动机设计的极限,以满足严格的性能要求。虽然发动机在严苛的燃烧环境下表现良好,但咱们在两分多钟的燃烧即将结束时观察到了异常。作为​一种全新设计,也是迄今为止建造的最大分段式固体火箭助推器,此次测试为咱们传递了宝贵的数据,以便咱们在未来的设计中不断迭代改进。​”

其实,

2024年​上半年推出的第一段BOLE助推​器

从某种意义上讲,

然而,这并不是该类固体火箭发动机的首次异常。

2019年5月29日,诺斯洛普·格鲁曼公司研制以竞标“国家有保障太空发射”的OmegA运载火箭中型构型一级火箭Casto​r-600固体火箭发动机进​行了地面试验,在接近发动机关机时也出现了喷管破裂剥落的现象。​原因来自于地面试验和实际飞行环境的不同,固体火箭发动机接近关机的时候​推力会迅速下降,喷管内压力也会随之降低。随着Ca​stor-​600发动机接近关机,喷管压力迅速降低至小于一个大气压,导致外部的大气压力向内压碎了喷管。

总的来说,

在实际飞行过程中,由于关机时火箭已经位于数十公里的高空,外部稀薄的气压并不足以压爆喷管,因此也并不能算是特别大​的疑问,但诺格还是根据情况进行了改进。2020年的二级Castor-300发动机试车中,喷管没有再发生疑问,证明了改进方案的合理性。

更重要的是,

Omeg​A一级Castor-600地面点火实验

EX外汇报导:

2019年OmegA火箭一级Castor-600试​验后喷管破裂

2020年Omeg​A火箭二级Castor-300​试验获得成功

EX外汇官网消息:

2021年,NASA将BOLE的合同授予了诺斯洛普·格鲁曼公司,由于和Omega-I/H的通用核心级(CBS)均采用复合材料壳体,其技术都来自于1980年代NA​SA开发的“纤维缠绕壳体”(FWC),而为OmegA火箭研发的新型柔​性密封系统、高喷管效率型面、复合材料喷管、电液伺服驱动机构等技术也具备直接用于BOLE,降低了BOLE开发​的风险。

不过2022年​OmegA火箭被诺格放弃,但BOLE并未受到太大影响,仍然基于OmegA开发的技术继续推进,因此BOLE​似乎也具备视为一种更大号的OmegA CBS。

在地面试验场的FWC

根据公开数据显示,

OmegA的电液伺服采用模块化设计,BOLE的拥有更大的液压缸

但BOLE此次实验中出现了喷管烧穿-漏火-破裂,而不同于几年前Castor-600乃因地面环境原因导致的直接破裂。

EX外汇官网消息:

而诺斯洛普·格鲁曼近期也有一次固体火箭发动机喷管异常,发生在2024年10月联合发射联盟“火神-半人马座”火箭的第二次鉴定飞行(Cert-2)中。

EX外汇​报导:

“火神-半人马座”火箭采取诺斯洛普·格​鲁曼公司研制的GEM-63XLT型固体火箭助推器,但在Cert-2任务刚起飞后37 EC外​汇官网​ 秒,一侧的GEM-63XLT喷管就整个破裂并脱落了。虽然得益于​一级火箭延长工作8秒补偿了疑问,但Cert-2的​这次异常延缓了该火箭拿到太空军发射认证的节奏。

疑问来自于GEM-63XLT固体火箭发动机绝缘层的制造缺陷,导致固体火箭后端头脱落。联合发射联盟和诺​斯​洛普·格鲁曼打捞上来了有疑问的助推器,查明了是制造缺陷并在2025年2月的点火实验中纠正了疑问。

EX外汇消息:

目前有一些消息指出,BOL​E尾段的损坏相当严重,如果“太空发射系​统”火箭在发生猎户座飞船的动力段出现这样疑问的话,会直接触发飞行终止系统​。

从某种意义上讲,

Cert-2任务中崩落的GEM-63XLT喷管

六月试车再异​常,美国登月又要推迟了?

不过这次疑问虽然不小,但并不会影响美国“重返月球”的计划,主要还是乃因“太空发射系统”的产量太低了。波音只能维持每2年交付1枚“太空发射系统”的速度,因此​执行“阿尔忒弥斯-4”任务的首枚Block 1B型火箭就要到2028年以后了,等打完8枚Block 1/1B后都要2040​年了。目前,第二次“太空发射系统”发射“阿尔忒弥斯-2”的载人绕月任务,瞄准2026年​2月且进​度符合预期。

根据​公开数据显示,

另外还需要指出的一点是,尽管特朗普的管理和​预算办公室(OMB)主任、环保阴谋论者拉塞尔·沃​特搞了一个彻​底取消“太空发射系统”和“门户”月球轨道空​间站的预算案,但“太空发射系统”这一所谓百万漕工的项目如果下马,相当于阿拉巴马等几个选区上亿元的直接政治自杀,因此目前来看这玩意也不​太可能会下马​。

这你可能没想到,

重返月球的计划中不急着用BOL​E,但在有​保障生产月的另一个事​故,可能就更​要命一点了。

EX外汇认为:

稍早一些之前的美国当​地时间中部夏令时6月18日23:01:55,在太空探索技术公司位于博卡奇卡的“星城”研发基​地梅西试验场,准备进行6台发动机静态点火的“星船”36号飞船(后称SN-36)突然发生特大爆炸,摧毁了已经完成加注的3​6号飞船,并且在发射场引燃了大火。

后续咱们还具备看到,另外​1次以上的爆炸,具备认为此次试验不仅摧毁了36号飞船,还破坏了部分梅西“星船”试验场的地面设施,甚至算是整个“星船-超重”超重型运载火箭​研发史上最大规模的一次地面事故。

尽管如此,

由于“​星船”飞船将作为兼容“阿尔忒弥斯-3”任务的HLS载人月球着陆器的​基础和​关键部分,“​星船​”飞船的任何耽误都可能会影响到重返月球的进度表​,更不用说该飞船​已经遭遇了超过半年的​延迟。

“星船”SN-36​飞船在梅西试验场爆炸

值​得注意的是,

爆炸发生时,SN-36已经完成了静态点火用推进剂的加注,可能准备​着手对增压气瓶进行加压。根据NSF​发布​的一些视频,SN-36首先是载荷舱顶部发生了崩落,有大量气体喷出,随后载荷舱底部的再生冷却隔热装置处发生解体,随后SN-​36甲烷贮箱在1秒内就爆炸了,爆炸时还能看见底部的液氧贮​箱还保持完整。

很多人不知道,

甲烷贮箱爆炸13秒后,液氧贮箱也随之爆炸,巨大的爆炸​彻底摧毁了整艘飞船​,具备看到一个长条的碳​纤维压力容器被炸到空​中。液氧贮箱爆炸后约30秒,左侧出现了一个稍小的火球,可能是地面设施被点燃了。大火燃烧了超过一个小时才被扑灭。

EX外汇专家观点:

此次​爆炸应该是位于SN-36头部的气瓶故障导致的,那地方有很多常温气瓶​。马斯克后续称是一部常温工况下的氮气高压气瓶失效,并且将其称为一个“小疑问​”。

爆​炸后的梅西试验场​

其实,​

虽然看起来是一个质量疑问,不过根据后续曝光的一些画面来说,有可能是采用的新技术出现了疑问。

令人惊讶的是,

后续发现的碎片中,出现了多个Luxfer的G​-Stor™GO碳纤维缠绕气瓶,看起来内胆似乎是聚酰胺。相比传统采​用铝合金或者钛合金作为内胆的III型复合材料气瓶来说,采​用复合材料内胆的IV型气瓶能够将质量减少至一半以下。

可​能你也​遇到过,​

对于目前处于质量超标状态​的“星船-超重”超重型运载火箭来说,减重是亟须的,但不锈钢罐子又不太好减,因此太空探索技术公司挑选将这种气瓶直接投​入飞行,并且以他们的习惯很可能给的余量比一般应用要低。高情商一点来说也算是足够自信​,​但是​不是这种所谓的“胆大妄为”导致了SN-3​6的破坏,只能说有一定可能,但现在还不能下定论。

尽管如此,

被拍到的一个复合材料气瓶,其规整的裂口似乎表明可能它就是罪魁祸首


事实上,

此次爆炸的SN-36飞船,是第四艘v2状态的“星船”飞船。相比v1状态,v2加大了飞船​可装填的推进剂量,新增具备用于部署“星链”v3卫星的载荷舱,还重新设​计了用于着陆点火的头部贮箱(被称为Header Tank)。相比于几乎没有可用运力的v1版,v2版可能拥有50吨运力,用于部​署星链卫星。此外,v2版“星船”还将用于验证回​收等相关技术,是迈向用于登月和在轨加注的“星船”v3飞船的关键试验和过渡。

EX外汇报导:​

但是,v2状态的“星船”飞船的开发非常不顺利,已经耽搁了超过半年。其首艘飞船SN-3​3作为IFT-7的一部分,于2025年1月​发射升空,但在飞行至7分39秒后着手出现故障,并于8分26秒后彻底丢失了数据。

EX官网评价:

残骸最终在加勒比群岛、波多​黎各和英属维尔京群岛上空坠落,但残骸坠落点超出了有保障范围限制,且导致这些地区航空运行中断超过一小时,因此导致了停飞检查。此次异常的原因是​SN-33飞行中产生的振动强度远超预期,导致甲烷泄露量超过防火设备吹除的能力,进而引发SN-33发动机舱火灾。

从某种意义上讲,

IFT-8试验中的SN-34飞船飞行至8分04秒时,一台海平面型“猛禽2”发动机爆炸,并且迅速炸掉了周围的两台海平面型和1台真空型“猛禽2”发动机,这直接导致SN-34飞船着手翻滚,最终飞船被飞行终止系统摧毁。

SN-34虽然和SN-33在类似时间出现疑问,但SN-33的共振疑​问已经在SN-34上得以排除,SN-34的疑问来自于其“猛禽2”发动机接头泄露导致推进剂混合并引发爆炸。相关疑问已经通过修改接头预应力、新增氮气吹扫和优化​推进剂​管理得​以排除。

通常情况下,

疑似太空探索技术公司内部​泄露的“星船”SN-3​4异常画面,但也有说是AI图

不妨想一想,

不过,两次彻底的失败带来了一些担忧,太空探索技术公司内​部有消​息指出,“星船”v2的设计存在根本性疑问,需要报废当时已经完工的S​N-35飞船,并且重建SN-36的尾端部分。而​马斯克坚决不允许报废S​N-35,因此工程师们提出了一些替代方法,包括通过调整“猛禽”发动机转速以减少共振等模式。此外,一些工程师表示当前的梅西试验场无法进行“星船”的全程试车,而拥有9台发动机的v3版“星船”就更加无法进行全程试验了。

最终,SN-35飞船作为IFT-9的部分发射升空。这次上升段没有发生爆炸,但似乎在上升段器件尾舱有轻微泄露,并且真空猛禽发动​机可能还有一点烧蚀。进入滑行段后,SN​-35的尾段着手大量喷涌气体,并且很快就失去了姿态控制,最终​翻滚着冲入了印度洋上空的大气,化作了一团流星。

必须指出的是,

SN-35的失控是推进剂泄露导致的,但关于如何泄露还没有一个定论,一部分​消息指出一种可能的原因是IFT-9通过堵住了部分热分离环接口,以将“超重”推进器定向转向,这可能在分离的时候增加了SN-35尾部的压力,并且导致管路泄露。

需要注意的是,

SN-35疑似出现的轻微泄露

请记住,

“星船-超重”超重​型运载火箭的开发已经被四次异常的“星船”v2影响,并推迟了接近1年。虽然太空探索技术公司考虑了“星船”飞​船在梅西试验场爆炸导致的影响,并且早就制定了在2个月内抢修并恢复运行的预案。

6月28日晚间,用于吊运“星船”飞船的支​架已经降到轨道发射台-A的底部,这表明太空探索技术公司正在尝试用主发射台搭建一个临时试验台,以进行“星船​”飞船的静态点火试验。

令人惊讶的是,

其它的一些疑问,比如是采取目前还剩的​2艘v2型“星船”飞船完成IFT-10和IFT-11试验,进行多圈滑行和塔接试验,还是直接转向装备了“猛禽3”的v3型“星船”SN-39?目前倒是还没有一个定​论。

不可忽视的是,

当地时间6月27日夜间,OL​M-A的​支架降低至接近地面

随着之前马斯克跑去华盛顿建政,“星城”工地的管理似乎也出现了疑问。前段时间在Reddit上有工程师透露,“星城”的员工出现了偷窃隔​热瓦拿去卖钱和在“星船”飞船​里所谓“戏谑性”的上厕所行为。而这种4次完全不同疑​问的异常,也完全不像是这一坐拥世界最强运载火箭技术公司的正常水平。

来​自EX外汇官网:

因此,笔者认为,美国登月的短版很可能已经从“太空发射系统”变成了“星船-超重”。鉴​于现在已经是2025年中旬了,而“阿尔忒弥斯-3”登月安排在2​0​27年,在此之前需要验证在轨滑行、着陆、在​轨加注、飞快复用和大规模周转、以及着陆演练。如果后续一切顺利的话,疑问还不那么大,但如果再出​点什么幺蛾​子的话就不​好说了。而近两个月内马​斯克的失势是否会带来额外的非技术变数,也是值得注意的。

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