试车事故新细节,事故或影响NASA载人发射规划

来源:http://www.roro2.com 作者:必威betway 人气:198 发布时间:2019-10-13
摘要:点击“国家空间科学中心”可以订阅哦! 点击“国家空间科学中心”可以订阅哦! 主页君说 当地时间4月20日,美国佛罗里达州卡纳维拉尔角的1号着陆区,SpaceX对载人龙飞船上的“超级

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主页君说

当地时间4月20日,美国佛罗里达州卡纳维拉尔角的1号着陆区,SpaceX对载人龙飞船上的“超级天龙座”发动机进行地面测试。这是SpaceX专门为载人飞船打造的强劲发动机,推力是货运飞船上“天龙座”发动机的200倍!

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近两年的SpaceX可谓是顺风顺水,火箭发射全胜不说,重型猎鹰头两次发射均获成功,载人龙飞船无人试飞成功,似乎已经摆脱了往日“每年一炸”的噩梦。然而好景不长,北京时间2019年4月21日凌晨,公司在肯尼迪航天中心LZ-1的简易试车台对回收不久的载人龙飞船进行静态点火测试,结果测试过程中突发异常(官方原文anomaly)。具体损毁情况目前各种说法皆有,据目前爆料,实际上飞船是“原地爆炸”了,整船皆毁,再遇重挫。

起初,一系列测试进行得比较顺利。然而,测试到最后,也是当天最关键的一项时,飞船在瞬间爆炸,发动机燃料偏二甲肼/四氧化二氮泄露,测试场地的上空升起了橙黄色的有毒烟雾。

“载人龙”飞船在进行“超级天龙座”推力器试车

结束“验证”1不载人试飞任务后在海上溅落回收的“载人龙”飞船有明显的烧灼痕迹。

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【《航天新闻》5月2日报道】在NASA5月3日就即将进行的货运型“龙”飞船发射任务举行的一场新闻发布会上,太空探索公司主管制造与飞行可靠性的副总裁凯尼格斯曼披露了导致一艘“载人龙”飞船被毁的那起事故的新细节,但未给出事故原因。

这艘飞船在4月20日的一次发动机试车中发生了爆炸

当地游客看到试车台飘来大量橙红烟雾

载人龙飞船测试“异常”,现场腾起有毒烟雾。|Craig Bailey

那起事故发生在4月20日那艘“载人龙”飞船在卡纳维拉尔角空军站1号着陆区进行试验期间。凯尼格斯曼说,“异常”出现在“超级天龙座”逃逸推力器即将点火之际。他说,飞船已在当天早些时候在试车台上结束了其它试验,包括针对较小的“天龙座”推力器的试验。他说:“就在我们要让‘超级天龙座’点火之前,飞船出了异常,导致飞船被毁。”

太空探索公司“载人龙”飞船4月20日发生的试车爆炸事故很有可能导致NASA恢复从美国本土送宇航员上天的规划推迟。自航天飞机2011年退役以来,该局一直依靠俄联盟号箭船组合来进行国际空间站人员往返运输,急需借助“载人龙”和波音的CST-100“星际客机”飞船结束对俄方载人运输工具的依赖。

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在航天这部史诗级难度的“游戏”中,玩家稍有不慎,就可能招来爆炸。在人们谨小慎微几十年后,按部就班刷副本的成功率大幅提高,以至于很多人可能都忘了曾经火光四射的开拓年代。

凯尼格斯曼拒绝推测事故原因。他说,无论是潜在原因还是根本原因,现在就予以确认都为时过早。他说,初步数据表明,异常出现在“超级天龙座”系统启动期间。这些推力器要在点火前约半秒启动。不过他又说,他并不认为问题源于“超级天龙座”推力器本身。他说,这种推力器在其研制过程中已做过“约600次试验”。

太空探索公司已在3月份成功完成“载人龙”的一次不载人试飞。在代号“验证”1的那次任务下,飞船于3月2日发往空间站,一周后返航,在大西洋上溅落,并被回收。“载人龙”原定不早于7月25日进行代号为“验证”2的一次载人试飞,但那次试飞很可能因本次事故而进一步推迟(事故发生前就有消息人士称,载人试飞很可能改到9月底或10月初)。与此同时,波音的“星际客机”暂定于8月份进行首次不载人试飞,11月份进行载人试飞。“星际客机”的试飞曾因一艘试验飞船在去年的一次逃逸发动机试车中发生燃料泄漏而推迟。飞船推进系统被迫做了局部重新设计。

准官方说明

航天“游戏”的玩家可以操纵无人载具和有人载具两种。与无人载具相比,有人载具的设计难度更高,对安全性的要求也更高,因为它需要尽可能保证乘客不会发生意外。

凯尼格斯曼随后表示,事故不大可能与复合材料缠绕压力容器有关。COPV是推进系统的一部分。“猎鹰”9火箭第二级所用的COPV设计被认定为该箭2016年9月在准备静态点火试车期间发生爆炸的罪魁祸首。那场爆炸导致了该压力容器随后的重新设计。凯尼格斯曼说,“载人龙”的COPV同“猎鹰”9不同,两者采用不同的材料,形状也不一样。他说:“我相当确信COPV不会有问题。”

太空探索公司一位发言人通过电子邮件对媒体表示,此次出事故的“载人龙”飞船正是3月份执行“验证”1试飞任务的那一艘。该公司原本打算把回收回来的那艘飞船用于一次高空逃逸试验。试验原定最早在6月份进行。但该飞船现在很可能已无法再次使用,具体还要看其在事故中的受损情况。

以下视频来自于一位推特名为Astronut099的分享,看起来是围观测试失败录像时录屏得来的,据其自我介绍是一名来自肯尼迪航天中心的火箭工程师。

2011年,航天头号玩家美国下线了史上最大的有人载具——航天飞机。除了发射成本高昂以外,导致14名宇航员牺牲的两起重大事故,也是航天飞机退役的主要原因。

凯尼格斯曼称公司眼下正在全力进行事故调查,但拒绝就事故将对后续试飞进度产生多大影响做出估计。太空探索公司原本打算利用在本次事故中被毁的那艘“载人龙”飞船开展一次高空逃逸试验,尔后再在不早于7月份进行一次载人试飞。凯尼格斯曼说,完成调查并解决这起“异常”事故眼下“是我们的重中之重”。他说,他希望调查能“相对较快”地结束,不希望“让现行进度安排变得完全行不通”。

太空探索公司发言人在电子邮件中说,初步数据分析表明,这起“异常”是在对逃逸用的“超级天龙座”推力器进行静态点火试车过程中发生的,但问题起因还需做进一步分析才能确定。该发言人说:“太空探索公司将同NASA伙伴密切配合,以分析试验数据,并落实整改措施。……我们将汲取从本次试验以及我们严格的综合测试工作中得到的教训,以确保让‘载人龙’成为迄今造出的最安全的载人航天运输工具之一。”

如果视频属实,这真就是传说中的“原地爆炸”了,幸亏飞船中没有航天员

在那之后,美国宇航员想要进入太空,就只能向原先的老对手——俄罗斯购买联盟号船票了。俄罗斯当然也毫不含糊,坐地起价,到2018年,船票已涨到每人每次8100万美元。

凯尼格斯曼没有就怎样替换被毁的那艘飞船来进行高空逃逸试验做出表示。那艘飞船此前曾参加了代号为“验证”1的不载人试飞任务。他指出,太空探索公司现有“多艘飞船”处于不同生产阶段,从而应能缓解那艘飞船被毁对试飞进度的影响。

太空探索公司尚未公布有关这起事故的具体细节和飞船受损情况。事故形成了能在数公里外看到的大股烟云,据称导致飞船严重受损。据《今日佛罗里达报》报道,有人报料称飞船近乎被毁,还有人称他们听到了爆炸声。《航天新闻》4月22日报道说,这预计会让高空逃逸试验和“验证”2载人试飞推迟至少几个月,具体还要看事故原因、需采取的整改措施以及其它“载人龙”飞船的生产状态。

时间所限,针对此次事故梳理了以下几方面内容,尤其是针对最极端糟糕的“药丸”情况做了说明,当然在最终事故调查报告出来前,还不好说这款飞船的未来会受哪些影响:

SpaceX从中嗅到了商机,那就是:打造自己的商用载人飞船,通过3D打印、新材料、可重复使用等新技术和新概念,大幅降低有人载具的难度和成本。

NASA空间站运行与集成经理托德在发布会上称,NASA为确认本次事故所涉系统与货运型“龙”飞船相关系统之间不存在共性同太空探索公司开展了密切合作。

不过,NASA官员在4月22日举行的一场新闻发布会上证实,太空探索公司接下来代号为CRS-17的货运型“龙”飞船发射任务仍会按此前公布的计划于4月30日进行。这意味着本次试车所出问题只限于并未用在货运型飞船上的“超级天龙座”推力器。不过,业内消息人士称,基于调查工作未来几天可能查出的情况以及空间站国际伙伴可能提出的担忧,CRS-17任务还是有被推迟的可能。

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参与商业载人航天的并不止SpaceX一家,但SpaceX之所以声名远扬,在于其不墨守成规,愿意使用新技术和新想法,并且打拼出了一番天地。

来源:航小宇

“载人龙”飞船配备在轨机动和指向用的“天龙座”以及发射逃逸用的“超级天龙座”推力器。这些推力器采用自燃性的肼和四氧化二氮推进剂。“超级天龙座”共有8台,两两一组,采用3D打印推力室,可多次启动,单台推力约71千牛,用于在发生紧急情况时把飞船从火箭上推开。

NASA局长也做了一个比较官方的回应

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来源:航小宇

1.SpaceX的载人龙飞船是美国三款新一代载人飞船中最激进的一款,其中最出色的设计就是自备动力逃逸,该设计免去了神舟、联盟、猎户座、阿波罗飞船的巨大逃逸塔,填补了以往逃逸塔分离后的逃逸空白区,具备全程逃逸能力。

SpaceX的货运龙飞船 | NASA

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作为载人飞船的铺垫,首先登场的是货运龙飞船,或者说第一代龙飞船。这款飞船于2010年首飞,2012年成为首个给国际空间站运送货物的商业飞船。

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时至今日,货运龙飞船一共发射了18次,重复使用5次。除去一次火箭爆炸的事故之外,均未出现飞船不能继续使用的故障。货运龙飞船也成为了国际空间站常联系的快递小哥。

从左至右分别为星际线(Starliner)、载人龙(Crew Dragon)、猎户座

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2015年发射台逃逸试验录像,可以清晰了解逃逸系统的设计

货运龙飞船与国际空间站对接 | NASA

2.载人龙的自备动力逃逸与波音的星际线(StarLiner)飞船还有不同,他的逃逸发动机和推进剂贮箱就安装在航天员的加压舱周围(图3球形贮箱位置示意),距离航天员仅“一板之遥”,这样整套逃逸系统可以随船回收有利回收复用,长期成本更低,星际线是返回前即抛,本质也是一次性的。

SpaceX并没有满足于此,有人载具才是龙飞船的终极目标。就在货运龙飞船首飞的同一年,客货两用的载人龙飞船的项目开始启动。

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和货动龙飞船相比,新的载人龙飞船体型变大,窗户也更大了,主控电脑和太阳能帆板都有了升级。从外观上,货运龙飞船的外部比较平滑,而载人龙飞船的外部有棱有角。

图3:这是货运龙结构图,但是贮箱位置基本一致,不信见下图

这些棱角里面是一体化设计的紧急逃逸系统,内含8台动力强劲的“超级天龙座”发动机,在危险情况下可以立即点火,将飞船推离危险境地,从而保证其中乘员的安全。一体化的设计,也让这套逃逸系统可以重复使用。

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这是载人龙的静力试验机,红圈处是推进剂贮箱位置

载人龙飞船在2015年完成了地面逃逸测试 | NASA

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与俄罗斯的联盟号载人飞船相比,载人龙飞船的空间更大,一次性最多可以运载7人,而联盟号最多只能搭载3人。

波音星际线飞船的逃逸发动机和贮箱位置,在服务舱上,分离式即抛弃,距离航天员稍远

而在价格上,SpaceX曾预计一个座位只需要2000万美元,而俄罗斯的联盟号2018年对NASA的报价已经涨到了一个座位8100万美元。

而飞船逃逸系统设计事关航天员生命安全,需要逃逸发动机点火可靠性高,推力大,响应迅速,因此以固体发动机为主,且为一次性设计,飞船升空过程中即与飞船分离并抛弃,无法重复利用。SpaceX则另辟蹊径,将逃逸发动机设置于飞船返回舱侧壁,采用推式逃逸方案。此外还专门为载人龙飞船研发了超级天龙座(Super Draco)逃逸发动机,两台一组,互为备份,每隔90度安装一组,总计8台。超级天龙座发动机使用四氧化二氮/甲基肼推进剂组合,挤压循环,推力约71000牛,可重复使用,燃烧室采用铁铬镍材料经激光3D打印技术生产,由于逃逸发动机贴近航天员座位,为防止发动机爆炸波及,SpaceX额外设计了发动机包容壳来约束飞射物。

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波音的“星际客机”和SpaceX的载人龙2飞船,前排则是将搭乘这些商业载人飞船前往太空的首批NASA宇航员 | NASA

绿色框线就是包容壳位置

2014年,NASA选中了SpaceX的载人龙飞船和波音的CST-100星际客机飞船,作为美国新一代商用载人飞船。为此,NASA给这两家公司分别提供了26亿美元和42亿美元的资金支持。

3.但是问题就出在这个发动机和贮箱位置上,逃逸发动机采用的是四氧化二氮/甲基肼双组元推进剂(参数详见我做的下图),接触自燃,加注量高达2.2吨(1.36吨四氧化二氮,0.85吨甲基肼)。虽然发动机设计了包容壳,但贮箱没有,一旦贮箱发生爆炸,势必产生连锁反应,2.2吨推进剂爆炸之下,航天员几无幸存可能。

今年的3月2日,载人龙飞船迎来第一次飞行。当然,安全起见,首次试飞并没有宇航员乘坐,只装了一个专用的测试假人。载人龙飞船顺利升空,与国际空间站对接,并在6天后成功返回地球。这也是NASA有史以来第一次成功测试商用载人飞船。

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图片 183月3日,载人龙飞船与国际空间站对接 | NASA" style="width:60%;margin:1rem auto">

我们整理的飞船参数,可见推进剂加注量

{"type":1,"value":"而上周末进行地面测试的那艘飞船,正是完成首次飞行后成功溅落海中又被打捞上来的那一艘。根据原先的计划,如果这次地面测试顺利完成,同一艘飞船将在今年6月重复利用,进行发射过程中的空中逃逸测试。

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所谓空中逃逸测试,是用火箭把飞船发射到半空,以模拟发射过程中突发的紧急状况。载人龙飞船将紧急点燃8台“超级天龙座”发动机,将飞船带离可能随时爆炸的火箭,再展开降落伞平安返回地面。

你没看错,球形推进剂贮箱还是碳纤维复合材料缠绕压力容器,和Amos-6事故的“罪魁祸首”是同一种结构,强度高,重量轻,本图不代表任何事故原因猜测,最终以调查报告为准

如果空中逃逸试验也取得成功,证明载人龙飞船在任何紧急情况下都有能力保证乘员的安全,那么再接下来,按照原定的计划,今年10月将有宇航员真正乘坐载人龙飞船发射升空,前往国际空间站。

有关Amos-6爆炸事故,详见我们的往期文章:

结果,在上周末的地面测试过程中,原本设计在紧急情况下保证乘员安全的逃逸系统,自己却发生了原地爆炸,顺便把飞船也炸了个粉身碎骨。

4.逃逸系统是保护航天员在火箭出现极端情况下安全离开火箭返回地面的最后保命手段,需要极高的可靠性和安全性,能自爆的逃逸系统几乎是不可接受的。

这下,麻烦大了……

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这段流出的画面,记录了这次地面测试中发生的“异常” | Astronut099

阿波罗飞船的发射台逃逸试验,相当壮观,但是这东西最好真实发射中永远用不上

这次测试“异常”,不论原因是什么,必然会影响SpaceX载人龙飞船的进度。载人龙飞船的首次载人飞行,肯定不可能在今年年内完成了。

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另一方面,波音的星际客机飞船在测试中也非一帆风顺。去年7月,由于飞船逃逸系统阀门故障,燃料发生了泄露,所幸没有发生爆炸。

猎户座飞船的逃逸塔,可以和载人龙的自备动力逃逸做一下对比

按照之前已经一推再推的计划,波音星际客机载人飞船的无人首飞不会早于今年8月,而首次载人飞行最快也要在11月发射,而且很可能会再次推迟。

5.NASA一直以来其实对SpaceX的这套系统都有质疑,第一个证据就是砍掉了同样使用逃逸发动机的反推着陆设计,认为其风险性不足以弥补代替伞降的优势。不过对自备动力逃逸本身并未公开表态过,但是在发射台逃逸试验中,一台逃逸发动机关机不及时,NASA进行过额外的专项审查。

至于NASA自己的王牌,主打深空载人探测的猎户座飞船,进展同步缓慢。

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总之,NASA从美国本土使用美国载人飞船发射美国宇航员进入太空的梦想,很可能要推迟到明年甚至更晚才能实现了。

橙红色烟雾是四氧化二氮高温分解成二氧化氮导致的,二氧化氮为橙红色

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波音的星际客机、NASA的猎户座和SpaceX的载人龙飞船同台展示 | NASA

从左至右,四氧化二氮温度升高,逐渐分解成二氧化氮,这也是海边游客看到的大量橙红色烟雾的来源

目前,摆在SpaceX和波音面前的,是如何向NASA证明自己的载人飞船是安全可靠的。

6.NASA对于这批商业飞船有着极端苛刻的安全性要求,远高于人类历史上所有载人航天器,原有乘员损失率要求高达1000分之1(1000次任务死1人),后放水到270分之1,仍然非常之高,详见下图。

尽管目前遭遇到了重大挫折,但从长远角度看,载人龙飞船将会带来载人飞船新技术的突破。这一路披荆斩棘,是为了日后更顺利地打通这个副本。

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近乎变态但不过分的安全性要求,NASA已经被航天飞机吓怕了

载人龙飞船第一次发射前的准备 | NASA

7.根据NSF的L2消息,本次爆炸的确发生在逃逸发动机静态点火期间,与RCS姿控发动机无关。

新技术带来的是新的风险,但如果我们固步自封,最终将会失去浩瀚的太空。

结论:在这样苛刻的安全要求之下,加之本身就对SpaceX的设计有质疑,此次爆炸将导致NASA对载人龙现有的整套逃逸设计方案产生彻底不信任(图9为NASA声明,暂无表态),进度上的推迟和拖延都是小问题。除非SpaceX能彻底证明事故与自备动力逃逸设计无关,否则不排除NASA要求飞船逃逸设计推翻重来的可能,这样一来,这款飞船设计将重新趋于保守,和其他几款飞船一样泯然众人,人类革新载航天方式的努力再次失败,这也是“药丸”的涵义所在。

正如现代航天之父齐奥尔科夫斯基所说的那样:地球是人类的摇篮,但人类不可能永远被束缚在摇篮里。

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作者:鸑鷟鹓鶵

创业的道路还真是异常的坎坷

编辑:Steed

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俄罗斯和波音估计今晚做梦都能笑醒

本文来自果壳,未经授权不得转载.

好在,这家公司还在继续向前,祝他们未来好运吧:

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猛禽正在重新安装,准备下一步试验

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轨道版BFR成型中

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