史上最强火箭推进器测试成功

原题:史上最强火箭测试成功!火星殖民我们已做好这些准备(节选)

史上最强火箭推进器测试成功

美国山地夏令时6月28日周二上午九点零五分,Orbital ATK公司在位于犹他州的工厂附近,再次成功对其全新的五段式固体火箭推进器(SRB)进行地面静态点火测试,本次测试任务被命名为QM-2(Qualification Motor-2)。由于地面控制电脑软件问题,测试比原计划推迟了1个小时。

根据NASA的相关条例,火箭发射前需要通过在极端温度条件下的测试,因为温度变化会对推进引擎的性能产生影响。早在2015年3月,Orbital ATK的第一次测试(QM-1)中,就在90华氏度(32.22摄氏度)的条件下成功对火箭推进器进行点火。

史上最强火箭推进器测试成功

Orbital ATK公司的“冷藏室”,将推进器降低到指定温度。图片来源:OrbitalATK

本次的QM-2任务则是在40华氏度(4.44摄氏度)条件进行。由于外壳与燃料质量较大,Orbital ATK公司将火箭推进器在专门的“冷藏室”中存放了一个多月,才使得推进器内外部都降至目标温度。

Orbital ATK公司的火箭推进器将用于NASA的“太空发射系统”(Space Launch System,SLS),该系统也是NASA火星计划的第一步,目前计划于2018下半年执行代号为EM-1(Explore Mission)非载人发射。EM-1任务计划将把未载人的“猎户座”(Orion)太空舱发射升空,在其停留太空期间,将有6天围绕月球逆行轨道运行。

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EM-1任务飞行轨道示意图。图片来源:NASA

下面,我们先来大致了解一下QM-2所测试的固体火箭推进器:

推进器高度约17层楼,比自由女神像还高出不少

组装完毕后,单个推进器重量超过160万磅(约726吨)

史上最强火箭推进器测试成功

图片来源:NASA

推进器的设计宗旨就是更快的速度和更大的推力,在发射之初就可提供超过全推力75%的动力;

单个推进器每秒燃烧约6吨固体燃料;

单个推进器最大推力为360万磅(约1633吨);

推进器顶端部分包括罩帽和前延伸裙板。前延伸裙板内装有航电设备,其与主体火箭的连接部分在发射时会承受最大压力;

推进器中段由五级组成,每一级都填充了固体推进剂;

推进器尾部包括后裙板与推力矢量控制系统,用来控制喷嘴及调节飞行姿态。

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图片来源:NASA

虽然表面上看起来和航天飞机的固体火箭推进器较为相似,设计制造也确实借鉴了航天飞机发射系统,但SLS的推进器要多出一级,能为SLS提供更多的燃料,并将推力从12000千牛提升到16000千牛。

其与航天飞机固体火箭推进器的不同点还包括:摈弃了石棉绝缘衬垫设计、轻量化航电设备(减重约860千克)。

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全新设计的航电系统。图片来源:Orbital ATK

从去年QM-1的成功测试中收集的第一手数据,结合多次的模拟发射,推进器控制软件已进一步优化,对点火时机、喷嘴方向的控制将更为精准。NASA马歇尔太空飞行中心(Marshall Space Flight Center)的工程师们将对QM-2测试任务的数据进行实时分析,以为2018年的发射做好准备。

从Orbital AKT接手SLS计划开始,进展也并非一帆风顺。航天飞机时代使用的是石棉合成物绝缘外壳。然而在上世纪九十年代,美国立法禁止使用石棉材料及制品,虽然为航空工业开了绿灯,但开发全新的替代材料势在必行。

早期的绝缘材料在与推进剂接触时会产生缝隙,这会对推进器造成极大的安全隐患。Orbital ATK的工程师们最终开发出了理想的推进器绝缘材料,保证强度的同时,降低了重量。在此前QM-1的实测中已经验证了新材料的有效性。

目前,Orbital ATK的固体火箭推进器已完成了多项测试。包括对推进器各个接合点的抗压测试,以及对引擎喷嘴的调节。用于QM-2测试任务的固体火箭推进器组件已经服役了较长时间,五个推进模块都曾用于以前的测试或火箭发射任务。比如,其中的三个推进模块曾参与了六次航天飞机发射,尾端模块曾用于“奋进号”航天飞机发射(任务编号:STS-134)。整个推进器的全新组件可能只有尾端模块的加固件。

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维护完毕的第五级推进模块。图片来源:Orbital ATK

该固体火箭推进器的命运可能会比较悲惨,在完成预定任务并分离后,它将被直接扔进大海。而此前用于航天飞机发射任务的推进器都会被回收。因为在对2009年进行的固体火箭推进器测试分析表明,推进器外壳会严重损毁,进行回收将不具备性价比。加之SLS系统的发射任务并不繁重,专门建立一支配备了专业设备的回收小组,显然是件太烧钱的事情。所以NASA最终决定让它沉入海底。

QM-2测试任务完成后,推进器将被封存,下次亮相将是2018年SLS的首次正式发射。

AI有话说:

土星五号后继有人。

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