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          十年磨一劍?星際線飛船載人首飛再推遲
          2023-06-25

          波音公司的星際線飛船原定在今年7月21日進行首次載人試飛,不料6月1日美國宇航局和波音公司聯合宣布,由于新近發現飛船存在兩個技術問題,首次載人試飛將被迫推遲。已有消息稱,該任務將不早于2023年底進行,甚至不排除波音公司放棄星際線飛船的可能性。那么星際線飛船的研制過程為何這么坎坷?它又有怎樣的技術特點?未來前景如何呢?

          “豪門貴胄”身負眾望

          星際線載人飛船的故事要從2010年講起。當時,由于運維成本高昂,加上1986年“挑戰者號”和2003年“哥倫比亞號”兩起災難推波助瀾,航天飛機已進入退役倒計時,美國一時面臨失去獨立的載人航天能力。美國航天員前往國際空間站,只能乘坐俄羅斯飛船。然而,2011年航天飛機正式退役后,俄飛船票價不斷上漲,運送每名西方航天員的收費從2000 多萬美元一路飆升到2020年的8000多萬美元。

          肯尼迪航天中心總裝測試廠房中的波音星際線飛船

          為應對這種尷尬局面,美國宇航局一方面立項研制兼顧近地軌道和深空探測任務的獵戶座飛船,另一方面推動商業載人計劃發展,希望民營航天企業挑起大梁,將美國航天員和貨物更廉價地送往國際空間站。

          2014年9月,美國宇航局宣布,波音公司和SpaceX公司各自獲得了向國際空間站提供載人發射服務的合同,金額分別為42億和26億美元。要知道,波音公司從頭到尾參與了美國宇航局的商業載人計劃,獲得了比競爭對手更多的政府資金支持,最受美國政府倚重。波音公司也是信心滿滿,宣稱要在2015年讓星際線飛船為商業載人任務做好準備。

          波音公司有資格如此自信,作為美國歷史最悠久的航空航天制造企業之一,從1916年創業至今,取得了舉世矚目的成就。特別是二戰后,波音自籌資金,進入航天技術領域,攻克固體火箭發動機難關,贏得了民兵導彈合同,至今仍是美國戰略彈道導彈主要供應商之一。之后,波音通過并購等手段,不斷提高在航天領域的技術實力,成為美國主要火箭制造商之一,研制的德爾塔4系列火箭在很長一段時間里是美國運載能力最強的火箭。它還是美國主要衛星制造商之一,無論是在軍用還是商用市場上都有舉足輕重的地位。在“阿波羅計劃”、航天飛機、國際空間站等美國歷代重大航天計劃中,波音公司都是重要參與者,研發一款穩妥可靠的近地軌道載人飛船似乎不成問題。

          研制歷程意外頻出

          其實,美國商業載人計劃也說不上一帆風順。飛船無人試飛不斷“跳票”,最早計劃在2015年進行,隨后不斷推遲。直到2019年3月,SpaceX公司成功完成載人龍飛船的首次無人試飛。

          星際線飛船本來有望更早飛天,但它采用多臺液體火箭發動機實施逃逸的技術方案,火箭發動機除用于逃逸外,還用于真空變軌推進以及再入過程減速制動,還要能夠多次重復使用,因此技術復雜。在2018年進行緊急中止系統測試時,波音發現,發動機出現推進劑泄漏問題,不得不對飛船推進系統進行局部重新設計。這就使得星際線飛船首次無人試飛推遲到2019年12月。

          在“星際線”執行首次無人軌道試飛任務時,飛船上的一個任務計時器出現故障,使飛船未能按計劃在船箭分離后完成入軌機動。該故障消耗了飛船的大量推進劑,導致剩余推進劑無法滿足其安全對接國際空間站的條件,只好取消對接任務,提前返回地球。

          事后調查發現,該計時器初始化設置的時間點有誤,導致出現了11個小時的計時偏差。在隨后的在軌檢測期間,波音公司研制團隊又發現,飛船存在“閥門映射錯誤”,于是進行緊急排故,并在飛船著陸前約3小時發送了經修正的飛控代碼。

          “星際線”首次試飛不利后,美國宇航局提出大量整改意見,為安全起見,還要求波音公司再進行一次無人試飛。波音公司不得不自掏4.1億美元,進行第二次無人軌道試飛。

          2021年8月,“星際線”再次被推上發射臺,但在發射前檢查中發現,13個推進劑閥門狀態異常,波音公司再次開啟漫長的排故之路。

          經過調查,閥門“卡澀”的主要原因是推進劑與大氣水分相互作用,對閥門材料造成腐蝕。但該問題并未徹底解決,而是通過凈化系統和密封連接件,避免讓水氣侵入推進系統閥門,緩解腐蝕作用。為此,波音還設定了減輕推進劑腐蝕的限制性窗口期,即向服務艙裝載推進劑之后的60天內必須發射飛船。

          2022年5月,星際線飛船執行了第二次無人軌道試飛,與國際空間站首次對接。然而,在入軌階段,飛船點火僅1秒后,1臺發動機因故障關機,飛控啟動的備用發動機工作僅25秒后也因不明原因關機。好在飛船又啟動了另一組發動機進行機動,最終完成入軌。

          業內人士認為,此次任務是成功的,星際線飛船可以啟動后續載人任務。但今年5月26日美國宇航局表示,又發現了兩個令人擔憂的新問題,導致飛船首次載人試飛再度推遲。

          執行OFT-2任務的波音星際線飛船對接國際空間站

          前途叵測的項目前景

          波音宣布此次試飛推遲的前兩天,恰好是SpaceX公司載人飛行3周年。截至目前,載人龍飛船已為美國政府和商業客戶執行了務,累計將38人送入太空10。次載人任美國宇航局仍表示,期待波音公司將“星際線”投入使用,成為第二家供應商以提供項目冗余,而這原本是載人龍飛船的“內定任務”。

          接下來,星際線飛船項目團隊面臨較大壓力。以這次公布的兩個問題為例,一個是降落傘軟連接組件的載荷限制低于預期,一個主傘發生故障時,會給另外兩個降落傘帶來額外的負載,降低了降落傘系統的整體安全系數;另一個是包裹航天器線束膠帶的易燃性問題,在飛船其他部位發生“多重故障”的情況下,膠帶可能燃燒,帶來更大的潛在風險。不難發現,這兩個問題都不涉及過于高深的技術,更像是管理不善的惡果。

          展望未來,“星際線”的前途可以說用“烏云密布”來形容。

          首先是成本問題。2019年11月,美國宇航局首次發布兩款飛船的座位成本估算:載人龍飛船為5500萬美元,星際線飛船為9000萬美元。波音公司獲得了超出固定價格合同之外的2.872億美元額外補償,接下來,通過在星際線飛船乘員艙內裝載額外貨物,將座位成本調整為約7000萬美元,但仍然高于載人龍飛船運送更多乘員之前的價格。

          其次是運載火箭問題。星際線飛船本來要由宇宙神5系列火箭發射,但該型火箭即將被淘汰,預定替代者火神火箭遭遇首飛推遲,增加了任務的復雜性和不確定性。

          最后是國際空間站退役問題。2022年9月,美國政府再次購買了5次載人龍飛船的國際空間站運輸服務,預計能夠支持到國際空間站退役?!靶请H線”即使順利服役,預計每年只能飛行一次,無疑使其前景黯淡不少。(作者:于遠航 把關專家:中國航天科技集團科技委副主任 江帆)


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