波音被NASA授予可持续飞行验证机合同

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距离正式发射还有两个月,马斯克的龙飞船已经抵达了发射场

【ALENG 自媒体】马斯克旗下的Space X公司正在为美国宇航局的下一次载人发射任务Crew-1做准备,该任务定于2020年10月下旬进行,目前瞄准的发射窗口是10月23日。而根据美国宇航局官方网站的消息,即将执行本次载人发射任务的龙飞船(Crew Dragon)已经于当地时间8月21日抵达波音被NASA授予可持续飞行验证机合同了肯尼迪航天中心发射场所在地佛罗里达。

载人龙飞船是从位于加利福尼亚州霍桑市的SpaceX总部出发的,目前正在卡纳维拉尔角空军基地的Space X公司设施中进行最后的处理。Crew-1任务将于10月23日由Space X 的Falcon 9火箭从发射肯尼迪航天中心升空。根据美国宇航局的说法,用于本次发射任务的猎鹰9一级助推器已经于7月份就抵达了发射场,而二级火箭也在位于德克萨斯州麦格雷戈的SpaceX设施中刚刚完成静态点火试验。

Crew-1是美国宇航局和Space X公司载人发射合同的第一次发射任务,这项合同价值高达26亿美元于2014年签署,按照合同要求,Space X公司将为美国宇航局进行不少于6次载人发射任务。

将于10月23日进行的发射任务,将搭载四名宇航员波音被NASA授予可持续飞行验证机合同:NASA的Michael Hopkins,Victor Glover和Shannon Walker ,还有日本宇航员野口信一(Soichi Noguchi),他们将在国际空间站停留6个月,这是大多数宇航员在空间站的常规工作时间。此前,在Space X的Demo-2任务中,两名宇航员Bob Behnken和Doug Hurley在空间站呆了2个月后,仍然乘坐马斯克的龙飞船安全返回地球。

和Space X公司一样,波音公司也与NASA签订了载人商业发射合同,而且合同价值更高,为42亿美元。波音公司将使用名为CST-100 Starliner的太空舱来履行该合同,但是Starliner尚未准备好运送宇航员,因为在2019年12月进行的一次试飞中,由于飞船计时系统出现故障,导致飞船被困在一个太低的轨道上,无法与空间站完成对接。因此,在能够执行载人发射任务之前,该航天器必须首先通过一次无人飞行的测试飞行,该飞行计划于今年晚些时候进行。

Crew-1发射任务对于马斯克而言意义重大,因为这意味着创办仅仅12年时间的Space X公司已经跻身全球载人航天发射俱乐部,该俱乐部目前仅有不超过4名大佬,这是Space X公司一个里程碑式的成就。对于NASA来说,按照美国宇航局局长吉姆·布里登斯廷(Jim Bridenstine)的说法,这是近10年来“首次从美国本土由美国人的飞船将美国宇航员送往国际空间站”的正式任务,意味着从此摆脱了在载人发射中对俄罗斯航天器的依赖,可谓是扬眉吐气。

波音星际线飞船第二次不载人试飞任务发射,祝一切顺利

导读

波音飞船折腾两年多,再次执行无人轨道试飞任务,能否执行载人试飞,看这次的表现了。

发射名片

任务:波音OFT任务

发射时间:2022年5月20日06:54(BJT)

发射地点:卡纳维拉尔角41号发射台

发射火箭:宇宙神5

发射载荷:星际线飞船 Starliner OFT-2

发射背景

2011年航天飞机项目的终结,使NASA不得不重新思考如何使宇航员进入太空;由于缺乏决心和投资,在航天飞机退役之时,NASA尚未获得一个成熟的替代方案。

在20世纪90年代和21世纪初,NASA曾经开启过一些替代航天飞机的项目,最著名的是 星座 项目。但由于设计成本过高,还遭遇了一些政策变化问题, 星座 等项目甚至在航天飞机退役之前就下马了。NASA同时要资助国际空间站的建造,和开发新的载荷飞船和运载火箭,这些项目同步进展,NASA并未获得必要的政策与资源倾斜。每年NASA要在继续运行航天飞机上花费35亿美元;为了寻找向国际空间站运送货物和宇航员的替代方法,NASA向航天工业提出了一个解决方案。

NASA选择不再继续当甲方,而是当用户,从航天业界采购服务 。

该举措将开启一个全新的行业。从长远的角度来看,NASA的总花费会减少。与其新设计一款用于前往近地轨道的航天器,NASA选择向私营商业机构采购服务;作为商业载人项目的一部分,NASA分别与波音和太空 探索 技术公司签订了两份商业载人飞船合同,分别开发星际线载人飞船和龙载人飞船。

两家公司的开发都有一定程度的延期。航天飞机退役后近九年的时间里,NASA 进入太空的唯一方法是从俄罗斯联盟飞船那里花费千亿美元购买座位。SpaceX最终在2020年5月将两名宇航员送入空间站,并在2020年11月开启了正式乘员任务。波音公司仍然远远落后,星际线飞船还处于无人试飞阶段。

星际线飞船在2019年12月进行了一次不太让人满意的无人试飞;由于一系列的 软件设计问题 ,波音飞船未能与国际空间站对接。2021年,波音再次尝试进行第二次无人试飞任务,又因为 氧化剂阀门的问题 推迟。在经过了2年多的反复之后,波音星际线飞船于5月20日(BJT),重启无人试飞试验(OFT-2)。

OFT-2发射成功

本次发射是2022年ULA宇宙神5火箭的第三次发射。本次发射采用的宇宙神5构型为 N22构型 ,N代表无整流罩,第一个2代表2个捆绑的助推器,第二个2代表半人马上面级包含两台RL-10发动机。这是ULA第二次使用宇宙神5N22构型,上一次为发射星际线飞船OFT-1任务。

发射后约15分钟,星际线飞船与宇宙神5火箭的二级分离,进入一条近地点高度71km,远地点高度为180km,轨道倾角为51.6 的初始轨道。分离后,NASA直播的播报员报告定时器启动正常(OFT-1出现的软件问题)。

星际线飞船进入这条亚轨道后,在发射后31min将利用自身的推进系统进行Orbit Insertion点火,成功进入 186.8km*366.9km 的轨道。

波音的星际线飞船将在北京时间 周六上午7:10与国际空间站进行自主交会对接 ,即发射后约24小时。计划在5月25日再入大气,在新墨西哥州的沙漠中进行回收。

发射成功,前途仍不明朗

1、阀门问题疑似解决不彻底

NAS安全顾问小组成员表示: “从所有迹象来看,没有必要匆忙采取成员载人试飞(CFT)测试。NASA一直向我们表达的观点是,只有当波音准备好了,该项目才会进入 CFT阶段。当然,开始 CFT的最佳途径将是OFT-2的成功。”

阀门问题没有一劳永逸解决,OFT-2任务临时处理只为快速升空。

NASA的管理人员已经签署了OFT-2任务的氧化剂阀门问题修改同意书,但是同时指出,“对于 OFT-2之后的载人飞行,是否需要重新设计阀门还存在一些问题。”NASA管理人员认可了另一项修改,解决星际线飞船指令舱推进系统上的高压锁存阀问题,这是与服务舱的氧化剂阀门不同的问题。

即将到来的OFT-2任务中,波音和洛克达因采取了一种暂时性的解决方案。他们并没有重新设计和制造阀门系统,而是在飞船电连接器的位置增加密封措施,避免水蒸气进入通道产生化学反应而腐蚀阀门;并通过用氮气进行干式吹洗除去管道中的水分。

所有这些措施只是为了让OFT-2的飞船快速回发射台。从长远的角度看,波音必须对阀门系统重新设计,彻底解决问题。

2、宇宙神5退役后,如何发射?

宇宙神5火箭数量有限,马上就退役了。目前在ULA的库存里,仅剩下24枚宇宙神5火箭。这24枚宇宙神5火箭中,有8枚是专门预留给波音的星际线飞船的,足以满足现阶段波音与NASA签订的合同要求,包括两次试飞和6次正式乘员轮换任务。

如果未来NASA与波音再签订额外的载人飞船合同,星际线飞船就无箭可用了。替换宇宙神5火箭的火神火箭还未首飞。即使火神火箭首飞成功后,要想发射载人飞船还要等待载人认证,而获得认证的过程将持续数年。

3、波音是否提供了足够的资源支持星际线飞船开发

NASA安全委员会还提出,波音公司的员工水平似乎特别低,委员会会在未来继续监视该情况,查看该情况是否会对CFT飞行带来安全风险。安全委员会成员认为波音对星际线飞船项目未足够重视,没有为该项目分配必要的资源。

NASA的安全委员会不希望看到CFT的匆忙发射,希望波音能够确保所有可用的资源,以加快交付进度,避免再次产生不必要的延误。不过,NASA和波音公司拒绝为首次载人试飞CFT制定一个明确的时间表,只是表示一切正在按计划进行,将在今年年底准备好发射。与其制定一个很可能会延期的计划,不如不制定计划。

SpaceX拿下美国航天局近35亿美元合同,再进行三次载人航天任务

Tech星球3月8日消息,据新浪 科技 ,美国国家航空航天局(NASA)向SpaceX公司授予了一份价值接近35亿美元的合同,向国际空间站提供额外三次载人龙飞船(Crew Dragon)发射任务。

新的合同涵盖了Crew-7、Crew-8和Crew-9三次发射任务。NASA表示,未来他们有可能预定更多次宇航员发射任务。SpaceX于2020年开始将NASA的宇航员送往国际空间站。2011年,NASA的航天飞机推移,在此之后该机构一直没有自己直接进入轨道实验室,直到他们与SpaceX达成了合作。

2014年,NASA选择了SpaceX和波音公司,作为其商用载人运输能力(Commercial Crew Transportation Capability)项目的一部分,将宇航员送往国际空间站。

然而波音的Starliner飞行器至今为止还未完成过任何一次成功试飞。2019年12月,由于软件和通信问题,Starliner的第一次无人测试飞行为能抵达空间站。第二次尝试已被推迟数次,预计试飞将在今年晚些时候进行,但确切的发射日期尚未公布。

屡败屡战的SpaceX,揭秘马斯克和他背后的科研力量

来源:环球时报

“能与马斯克共事的都是他的同类”

说起SpaceX的成功,不得不提其推进部门首席技术官汤姆·穆勒,他是这家公司的1号员工。穆勒曾在美国著名的汤普森-拉莫-伍尔德里奇公司(TRW)工作了15年。在航天、电子、 汽车 等多个领域开展业务的TRW开发了很多航天器,最著名的产品当数阿波罗登月飞船着陆动力系统。

美国《大众机械》杂志网站曾刊文说,遇到马斯克前,穆勒逐渐感觉自己许多关于发动机设计的想法在TRW的日常工作中没有施展的空间。为满足自己的“创新灵感”,他开始自己制造发动机,将它们装到飞机机身上,与“反应研究俱乐部”(RSS)的其他成员一道在莫哈维沙漠启动。RSS是美国成立时间最长的业余火箭俱乐部,许多成员都是航天公司的员工,他们会在洛杉矶定期聚会。

从2001年下半年起,穆勒利用工作日晚上和周末的时间自行研发液体燃料火箭发动机,制造的地点先是在自己的车库,后来挪到朋友的仓库。该发动机是当时世界上最大的业余液体燃料火箭发动机,重量达80磅,能产生1.3万磅的推力。2002年初,穆勒在这个仓库里与马斯克相遇,后者看了发动机后问了一个简单的问题:“你能造比这个更大的吗?”之后,穆勒加入了SpaceX。据说,当时马斯克为寻找火箭设计师搜索过很多人的资料,而他对穆勒亲手制造并测试火箭发动机的经验及其过往的工作经历十分欣赏。在TRW期间,穆勒曾主持TR-106发动机研发,这是个超大推力、追求低成本的液氧液氢发动机。

在穆勒的领导下,“梅林”火箭发动机于2003年10月首次试车,但遭遇失败,经过15个月的改进迎来试验成功。“梅林”发动机用于“猎鹰1号”“猎鹰9号”和“猎鹰”重型运载火箭,拥有极高的可靠性,截至今年8月,最新版本的“梅林”1D保持930多次飞行未发生事故的纪录。“TRW是一个巨大的公司,却只有一个很小的部门,”穆勒曾对媒体说,“但在这里,我算是国王。”

美国《洛杉矶时报》说,肖特维尔曾在航空航天公司的埃尔塞贡多研究中心工作了10年,其间,她撰写了数十篇论文,涉及小型航天器概念设计、航天飞机集成和再入飞行器操作风险等各种主题。1998年,她又到一家低成本火箭制造商的空间系统部门担任主管。2002年,经过仅仅几分钟的交谈,马斯克就决定给肖特维尔业务拓展副总裁的职位,后者成为SpaceX的11号员工。

肖特维尔是将SpaceX从破产边缘拯救回来的关键人物。2008年8月,SpaceX经历“猎鹰1号”运载火箭第三次试飞失败后,马斯克面临崩溃。当时,肖特维尔向客户说明他们的发射是成功的,要做的只是修复一台“猎鹰1号”以及在一二级火箭分离方面花些时间。在接下来的9月,试验成功了,12月,徘徊在生死边缘的SpaceX获得NASA的合同。之后,马斯克提拔肖特维尔为公司总裁和首席运营官。“没有她,我们根本做不到现在这样。”马斯克曾这样评价。

也有一批技术精英已经离开SpaceX,比如公司创始成员、曾在麦道飞行公司主持“大力神”火箭的结构设计师克里斯·汤普森;曾在波音公司当了15年德尔塔火箭测试主管的蒂姆·布萨,他被认为是走在世界前列的火箭测试员;以及今年跳槽至波音的真纳·侯赛因,他是SpaceX公司软件工程副总裁,同时也担任过特斯拉自动驾驶软件工程副总裁。

据美国 科技 网站TechCrunch报道,侯赛因曾领导“猎鹰”“重型猎鹰”“载人龙”等飞行器的发射控制软件开发项目,这些工作支持了SpaceX的40次火箭发射、10次“龙”飞船任务以及24次成功着陆。对于马斯克而言,2014年才加入公司的侯赛因贡献巨大,辗转于特斯拉和SpaceX之间的那段经历反映出他超强的抗压能力。

有媒体报道称,马斯克十分欣赏年轻人的拼搏精神,为SpaceX工作的普通工程师几乎都是刚从学校毕业的小伙子。他经常去顶尖大学亲自打听那些成绩最棒的孩子,甚至打电话给他们,发出“共同实现梦想”的邀请。据美国CNBC网站报道,SpaceX大约有8000名员工。

“试错非常重要”

“其次,SpaceX本身具有硅谷精神与互联网基因,这给航天系统工程领域注入了新活力。”黄志澄分析说,传统的航天系统工程主张在前期设计中暴露尽可能多的风险,以降低错误成本,因此在前期设计阶段会投入很多时间和精力。SpaceX则更强调每一次完整迭代之后产生的经验,这种走完多次“设计、开发、测试”流程所需的成本已经大幅低于上个世纪,而且每一次完整迭代带来的经验实际上意味着降低了项目的整体成本。

SpaceX的成功就基于屡战屡败、屡败屡战。2006年3月,SpaceX第一次发射火箭“猎鹰1号”,在点火25秒后,凝聚工作团队多年心血的火箭重重砸在发射场地上;一年之后的第二次发射坚持的时间久了一些——升空大约5分钟后火箭发生燃烧、爆炸;2008年8月和9月,SpaceX又连续进行两次火箭“猎鹰1号”发射试验,最终在第二次试射中成功。

黄志澄认为,SpaceX的成功还在于它采用扁平集约管理机制,让每个岗位的员工都能高效工作,并可及时进行信息共享、技术共享、人员协同,最大程度地简化决策制定和传递流程。SpaceX实行副总裁带领项目制,根据项目需求和特点组建,各领域的员工平等参与技术研讨、设计和开发等工作,充分发挥人员效用。

“ 没有NASA,可能就没有现在的SpaceX”

在那娜看来,马斯克的成功“或多或少也有些运气的成分在”,因为其发展的领域刚好都是美国政府支持的行业。俄罗斯国家航天公司总裁德米特里·罗戈津表示,马斯克团队能获得国家拨款,继承NASA退役的航天飞机,将该机构顶尖的专业人才和科研设备收入麾下,其所消耗的资源是俄罗斯研发成本的数倍。

“没有NASA,可能就没有现在的SpaceX。”美国作家阿什莉·万斯在其关于马斯克的传记中讲述道,从2006年至2008年,SpaceX经历了3次“猎鹰1号”火箭发射失败。尽管2008年9月的第4次成功了,但该公司在那年年底仍面临破产风险,12月,马斯克用尽了所有能借到的贷款。然而在圣诞节的前两天,NASA宣布将价值16亿美元的空间站运输合同给了SpaceX,后者得以继续运营。此前两年,也就是2006年,SpaceX已获得NASA商业轨道运输服务合同。

BBC称,2010年,NASA为奥巴马政府的载人航天计划投资5000万美元,2014年,SpaceX和波音成为该项目中仅有的两家公司,它们与NASA订立了相关合同。NASA亦为SpaceX的火箭和飞船研发提供大量支持,对其开放了阿波罗计划的部分技术,以支持“猎鹰”系列火箭发动机的研发、测试。据美国CNBC网站报道,仅为了这次载人“龙”飞船发射,NASA前前后后给SpaceX提供了31亿美元用于研发。另外,不少NASA科学家也加入该公司任职。美国彭博社说,最近刚从NASA退休的比尔·格斯登迈尔开始到SpaceX担任顾问,此前他在航天飞机项目工作了42年。黄志澄告诉《环球时报》,当SpaceX 2009年宣布新增宇航员安全和任务保证部时,他们聘请了NASA的宇航员肯内斯·鲍威索克斯作为该部门的主管及公司副总裁。

有分析认为,SpaceX的成功也得益于美国军民高度融合的环境。据路透社报道,2015年5月,美国军方向SpaceX颁发认证,允许其进入美国军用发射市场,发射军事卫星以及执行和国防安全相关的太空任务。2016年起,该公司开始与美国空军合作,后者授予8300万美元的卫星发射合同。另外,美国空军为SpaceX 新一代液氧甲烷发动机Raptor的研制提供资助,预计总投资额为6100万美元,约占SpaceX总投资额的1/3。

SpaceX的经验能为中国航天带来怎样的启示?“中国和美国的情况完全不一样。”黄志澄对《环球时报》说,美国航天界没有国营企业,只能分出传统的航天公司和新兴的创业公司,而中国有一家强大的航天国企——航天 科技 集团,它已有60多年的 历史 ,拥有大量的基础设施和一大批精英人才。他表示,中国商业航天在新形势下要坚持新型的举国体制。面对来自其他国家的挑战,中国要加紧对国营企业的改革力度,大幅提高创新能力和工作效率,另一方面要尽可能鼓励 社会 资本进入中国的商业航天市场,培育一批新兴的民营航天企业。

波音公司2021年航天发展研究

【全球三大宇航防务公司2021年航天发展研究(三)】

波音公司2021年航天发展研究

文 | 张京男

本文刊登于《卫星与网络》杂志2022年4期

2021年,波音公司在航天领域的发展虽然并未完全扭转颓势,但在登月运载火箭和载人飞船等重要系统工程项目中取得了显著进展,为美国重返月球和载人航天发展提供了重要支撑。

一、运载火箭

波音公司作为NASA“阿尔忒弥斯”(Artemis)重返月球计划SLS火箭的主承包商,研制了火箭的芯级、上面级和航电设备。

(一)SLS火箭芯级静态点火测试

2021年,首个执行发射任务的SLS火箭的芯级完成了2次静态点火测试。为开展点火测试,波音公司组建了一个测试团队,成员是来自全国各地、公司内外的熟练航空电子设备、液压、推进系统、地面电子设备和测试的专家。包括:波音公司、NASA和Aerojet Rocketdyne公司等,拥有从火箭、航天飞机、卫星发射到测试的技术优势。

1、第一次

2021年1月,NASA、波音公司和Aerojet Rocketdyne公司在密西西比州的斯坦尼斯航天中心(Stennis Space Center)B-2试验台对参与SLS火箭首飞的芯级进行了首次点火测试。芯级的燃料加注和增压过程中,4台由Aerojet Rocketdyne公司制造的RS-25发动机完成了67.2秒点火测试,而收集火箭重要数据最少需要大约4分钟,实际飞行中需要工作8分钟。

波音公司表示,为了确保该芯级的安全,特意将测试参数设计得比较保守且仅适用于地面测试,以避免对芯级产生不必要风险,从而较早地触发了发动机关闭,但点火后芯级状态良好。该团队分析了测试数据,清理和修复了发动机,对芯级的热保护系统进行了小的修理,对之前保守的控制逻辑参数进行了更新,还修复了故障的电线束。该电线束导致出现了芯级4号发动机故障信息,但这仅是一个仪表问题,并没有影响发动机工作。

该芯级点火测试获得了芯级和发动机在更长工作时间内主推进系统和推力矢量控制系统的数据。本次主要测试及操作内容包括:转变为由芯级飞行计算机和“绿色运行”测试软件操作的自动发射序列;完成最后倒计时序列,就像发射倒计时;给燃料贮箱加压,向发动机输送推进剂,演示芯级主要推进系统性能;以109%的功率启动发动机;操纵推力矢量控制系统来转动发动机。

2021年1月16日,用于Artemis 1任务的芯级的燃料加注和加压测试,4台RS-25发动机点火工作1分钟后关机

2021年1月16日,在密西西比州圣路易斯湾附近的NASA斯坦尼斯航天中心进行的一项预定的热火测试中,波音公司为NASA首枚SLS火箭建造的芯级被看到在B-2试验台上。在测试过程中,水从试验台流出,产生巨大的蒸汽云。

2、第二次

2021年3月,波音公司为NASA研制的SLS火箭芯级在NASA斯坦尼斯航天中心完成了第二次点火测试。测试数据证明芯级运行正常,可用于飞行,数据用于为飞行任务提供支持。此次测试中,发动机点火工作了499.6秒,即8分19秒。测试后,该芯级被送往NASA位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心,与“猎户座”载人飞船、临时低温上面级和固体火箭助推器进行集成,用于执行Artemis 1载人绕月任务,为后续载人任务做准备。

2021年3月18日,NASA在密西西比州的斯坦尼斯航天中心(Stennis Space Center)进行首枚太空发射系统火箭核心阶段的热火测试,蒸汽从B-2试验台下滚滚而出

3、B-2试验台

B-2试验台高106.7米,由43.9米长的钢筋混凝土固定在地面上,自“阿波罗”计划(Apollo)时期以来开始使用,经现代化改装加固后,用于2021年1月的SLS火箭芯级的点火测试。此前用于美国“土星”系列火箭和“德尔塔4”火箭和航天飞机的测试。当前,B-2试验台支架及其灭火和燃料系统已经被翻新,以处理更大更重SLS火箭芯级。

SLS火箭测试工作启动之前, B-2试验台钢铁已生锈并且设施设备过于陈旧。为SLS火箭测试,NASA对B-2试验台进行改造主要有:高压工业水厂每分钟可向B-2输送126万升水,比原来的系统每分钟增加了94635升;为了吊装SLS火箭芯级,B-2支架上的主吊杆起重机已经延长了15.2米,额定负载增加了177吨,该芯级比早期的“土星5”火箭级更大、更重;辅助移动提升系统和临时接入平台可以进入芯级的整个外壳。

(二)芯级研制与交付

1.首枚SLS火箭芯级研制

2021年,波音公司向NASA交付了SLS火箭芯级,芯级高65米,重85.275吨。4月,SLS火箭芯级在肯尼迪航天中心的一艘驳船上卸载,并转移到火箭组装大楼。65米长的芯一级将与1个临时低温上级、2个固体火箭助推器、1个运载火箭级适配器和1艘“猎户座”飞船组成。各团队将准备SLS发射猎户座飞船,在无人驾驶的情况下绕月球飞行。临时低温上级由波音公司与联合发射联盟公司联合研制。6月,SLS火箭芯级被送入肯尼迪航天中心(KSC)运载火箭组装大楼(VAB)的移动发射台。

首枚SLS火箭的芯级

2021年4月21日,位于斯坦尼斯航天中心的SLS火箭芯级

SLS火箭的芯一级抵达肯尼迪航天中心

2.喷涂泡沫保护SLS火箭

在2021年研制工艺中,波音公司将火箭热保护系统(TPS)应用于SLS火箭芯二级,比芯一级操作更快。SLS火箭表面黄色到橙色的涂层是TPS,即喷雾泡沫。在准备和发射的极端环境中,它用于承受73.3万加仑液氢和液氧推进剂的温度,温度分别为-423华氏度和-297华氏度。整个芯二级喷涂过程经历了100分钟。对芯二级贮箱圆顶采用了自动化喷涂,此前由于圆顶的复杂几何形状,需要人工喷涂。经历点火测试的芯一级性能稳定,4台发动机点火工作时部分TPS区域被大火烧蚀,后续会进行翻新。

波音公司使用3D投影技术进行泡沫修剪,以获得更精确和更高质量的应用。通过工艺改进,热保护泡沫都定制了3D打印模具,可喷涂于之前芯级上无法喷涂的小部件,如发动机和箱间段。模具被安装在复杂外形周围,并充满灌注泡沫,在浇注泡沫固化后取出模具。仍有区域需要手工喷涂,如芯级各部分之间的法兰接口。在3D打印制造工艺下,制造出了300多模具,可以做出复杂的几何形状。

SLS火箭采用的泡沫是一种轻质的聚氨酯泡沫材料,足够坚固,能保护火箭的硬件,且足够灵活,能在极端温度下保持其保护密封,未来仍会不断改进。波音公司正在为SLS火箭使用第3代泡沫材料,并开始验证第4代。

3.首枚SLS火箭与“猎户座”飞船对接

2021年9月,SLS火箭完成了2项主要测试:脐带释放和收回测试(URRT),以及使用“猎户座”质量模拟器进行的综合模态测试。脐带缆连接着将火箭芯级、上面级连接至发射塔的电气和流体接口,发射前必须实现无缝释放和收回。4个脐带连接至芯级、级间段、液氧贮箱和液氢贮箱,此外还有2个稳定器固定在前裙上。URRT测试验证了操作时序和功能。波音公司支持测试前后的检查,然后帮助分析数据。SLS火箭还进行了综合模态测试,以确定火箭的全部频率和振动范围,以便飞行软件和导航系统能够在发射和上升过程中安全引导火箭。

10月,在佛罗里达州肯尼迪航天中心的火箭装配大楼,携带上面级和航电设备的首枚SLS火箭芯级,在顶部安装了“猎户座”适配器和“猎户座”飞船。其中“猎户座”适配器吊装至临时低温推进级(ICPS)之上,整体高度达到了98米。波音公司还完成了SLS火箭的设计认证审查(DCR),在团队准备发射期间检查所有测试数据、报告和验证,以确保安全的操作条件和可靠性。

位于佛罗里达州的NASA肯尼迪航天中心,“猎户座”飞船吊装于SLS火箭顶部

4.其它芯级研制

2021年,波音公司在Michoud组装了Artemis 2任务SLS火箭芯级的液氧贮箱和级间段,并开始准备安装前裙。波音公司还在Artemis 2任务SLS火箭芯级的下半部分工作,包括安装发动机,并对液氢贮箱进行热保护喷涂,并准备最后的组装。当前波音公司研制的用于SLS火箭的5枚芯级每个都将承担独特的飞行任务,相应的每种设备的安装操作也不相同,包括计算机、电池、线路和仪表、推进剂管路和其他系统的集成。

8月,联合发射联盟(United Launch Alliance)公司将第2个临时低温推进级(ICPS)从阿拉巴马州迪凯特(Decatur)的工厂运送到佛罗里达州的设施进行集成,后续将交付NASA。Artemis 2任务的SLS火箭在新奥尔良的“米丘德”(Michoud)组装工厂进行集成。ULA和波音公司在ULA的迪凯特工厂研制了第3个ICPS。同时,波音公司正在研制SLS火箭的第2枚、第3枚和第4枚芯级,以及 探索 上级(EUS)取代前期的ICPS,从而研制出后续任务使用的SLS Block 1B火箭。

Artemis 2任务的SLS火箭芯级发动机与部件对接

Artemis 2任务的火箭临时低温推进级(ICPS)抵达卡纳维拉尔角的太空军站

Artemis 2任务芯二级液氧贮箱

(三)后续工作

Artemis 1任务之后,会进行首次载人的Artemis 2任务。位于新奥尔良的Michoud组装工厂为Artemis 2和Artemis 3任务制造SLS火箭芯级,通过摩擦搅拌工艺为Artemis 3任务的焊接SLS火箭芯级结构。Artemis 3任务将使首位女性宇航员和下一位男性宇航员登上月球表面。波音公司研制的 探索 上面段(EUS)已在Michoud投入生产,用于Artemis计划的远期发射任务。波音公司还在设计研制后续SLS火箭使用的 探索 上面级。

首次SLS火箭发射中,除了无人乘坐的“猎户座”飞船,ICPS还将部署10个次级有效载荷,“猎户座”绕月飞行后,会返回地球并溅落海上。SLS火箭未来将向土星的卫星土卫二发射探测器,对其间歇泉进行采样,并在其表面放置科学探测器。SLS火箭还可以用于行星防御,比如可以将大质量物体送到目标,实施动能推动、表面爆炸或者重力牵引,最终重定向威胁地球的小行星。另外,NASA正在论证使用带有 探索 上面段(EUS)的SLS火箭用于2033年也即下一个火星冲日年完成1次火星飞掠任务。

二、载人飞船

(一)安装并测试飞船的NASA对接系统(NDS)外壳

2021年1月,在佛罗里达州肯尼迪航天中心的组装工厂,CST-100“星际飞船”(Starliner)上安装并测试了一个新的NASA对接系统(NDS)外壳。NDS由波音公司设计研制,是一种标准化的对接系统,可使2个航天器可靠对接并自动形成一个短隧道,以便宇航员可以在2个航天器之间移动。新的外壳将为自动对接系统在重返大气层期间提供额外的保护。在重返大气层期间,太空舱将面临约1650度的温度,然后在美国西部5个着陆点之一着陆。NDS最初是为一次性使用而设计的,然而,增加再入大气层的外壳后,可多次执行任务。

发射时,NDS外壳位于乘员舱的半球形“上升外壳”之下,在“上升外壳”丢弃后的入轨操作时会暴露在外面。它作为飞船顶部的一个舱口,在与国际空间站上波音制造的国际对接适配器对接时打开,在脱离对接后关闭。NDS外壳于2020年12月安装在未来进行第2次试飞的CST-100飞船上,即“轨道飞行试验-2”(OFT-2)飞船。

NASA对接系统(NDS)外壳在肯尼迪航天中心商业载人和货物处理设施进行功能测试

(二)载人着陆点安置

鉴于安全考虑,未来宇航员乘坐“星际飞船”着陆时,要求陆上回收小组必须在大约1小时内将宇航员从太空舱中撤离飞船。“星际飞船”飞船设计为陆地着陆,在美国西部有5个着陆点,其中2个在新墨西哥州,犹他州、亚利桑那州和加利福尼亚州各有1处。2021年,任务安全工作组与犹他大学 健康 中心协调犹他州着陆点,亚利桑那大学附属学术医院班纳-图森大学医学中心协调亚利桑那州着陆点,爱德华兹空军基地协调加州着陆点。大多数着陆点都非常偏远,在24小时内很可能经历极端的温度变化和对人有严重伤害的野生动物。

(三)系统安全验证与演练

2021年1月,波音公司完成了“星际飞船”飞行软件的重新认证,并对未来的任务修改或升级进行了正式审核。通过一系列测试,确认更新后的飞船软件符合设计规范,并在软件集成实验室内进行了数百个案例的静态和动态测试,从单个命令验证到使用核心软件的全面端到端任务场景。

5月,波音公司和NASA在波音公司位于休斯顿的航电设备和软件集成实验室(ASIL),使用飞行硬件和飞行软件的最终版本对“星际飞船”第2次试飞任务进行了持续5天的端到端任务模拟演练,包括完整的发射前、对接、分离和着陆操作。在NASA约翰逊航天中心的飞行控制室里的任务操作小组使用实际的飞行程序指挥了此次演练。演练从发射前26小时开始,并持续至飞船对接国际空间站、站上操作、32小时的电源启动程序,然后脱离、着陆并关闭电源。此次演练让软件与最高保真度的硬件和任务控制器在回路中运行,最大程度接近真实飞行。

目前,“星际飞船”计划在2022年上半年试飞停靠在国际空间站2个可用的端口,但有可能被“载人龙”飞船、“货运龙”飞船、或者“载人龙”商用飞船占用。

在佛罗里达州肯尼迪航天中心,未来执行“轨道飞行试验-2”(OFT-2)任务的CST-100飞船船员舱进行重量和重心测试

美国宇航局宇航员巴里·威尔莫和迈克·芬克通过与模拟器连接的宇航员显示器,在实验室内部监控发射过程每一个动态

(四)人体测量测试设备准备第二次飞行

2021年6月,波音公司的人体测量测试设备“罗西火箭人”安装在“星际飞船”,准备第二次试飞。

“罗西火箭人”是一个重约82千克测试设备,整个体征位于人体身高和体重的中位数,曾在“星际飞船”首次试飞中提供了数百个关于宇航员飞行中承重的数据,“罗西火箭人”的第二次飞行用于保持飞船上升、对接、分离和着陆过程中的重心。之前连接到它的15个传感器的航天器数据捕获端口将被用于收集沿座椅托盘放置的传感器的数据,以描述所有4个座位的运动特征。

在“星际飞船”和“宇宙神5”火箭集成之前,由乘员舱和服务舱组成的星际飞船将被装载到肯尼迪航天中心商业乘员和货物处理设施的重量和重心机上测试,以确保飞船上的“罗西火箭人”和货物的保持平衡。

未来,“星际飞船”在成功完成第二次试飞后,将首次搭载宇航员飞行。

“罗西火箭人”绑在指挥官的座位上

三、卫星系统

(一)5G卫星研制

2021年2月,位于美国加州埃尔塞贡多的波音卫星系统工厂共有16颗商用卫星正处于不同的开发阶段。其中,包括波音公司为卫星运营商SES公司设计、测试和制造的SES-20卫星和SES-21卫星,两者均采用小型平台702SP。2022年,这2颗卫星将搭载同1枚火箭发射进入地球静止轨道,清理300兆赫的C波段通信,在整个美国实现5G通信。

通过SES-20和SES-21卫星,美国联邦通信委员会(FCC将清理主要运营频谱,推动美国5G无线运营商业务。这也是FCC“5G FAST”计划的一部分,该计划是一项促进美国5G行业领导地位的综合性战略。

同时,波音公司还在为SES公司研制11颗中地球轨道(MEO)卫星,建成SES公司高度为8000千米的下一代MEO轨道 星座 。O3b mPOWER系统推出后,能够向电信、海事、航空和能源以及世界各地的政府和机构提供50 Mbps到每秒几吉比特速度的连接服务。第一批O3b mPOWER卫星已推迟至2022年发射。

(二)波音公司获准开展受保护战术卫星(PTS)下一步研制工作

2021年4月,波音公司和诺格公司各自承担的受保护战术卫星(PTS)通信项目获准进入下一阶段研制工作,完成设计、建造、测试,并于2024年将2个有效载荷搭载于军事卫星或商业卫星发射入轨进行在轨演示和操作。

PTS项目的后续研制工作将继续全面而公开的竞标。PTS原型作为下一代安全通信卫星的方案选项,未来十年可补充或替换现有的用于高密级通信的先进极高频(AEHF)卫星。

美国太空军太空和导弹系统中心曾在2020年2月和3月分别授予波音公司、洛马公司和诺格公司1.91亿美元、2.4亿美元和2.53亿美元的合同,为PTS项目设计有效载荷原型。

获得合同后,三家承包商的项目设计接受全面评估,包括有效载荷性能、可扩展性、模块化、可稳定性、成本、进度和风险,并2021年3月完成了评估。

(三)FCC批准了波音公司的147颗卫星V波段 星座

2021年11月,美国联邦通信委员会(FCC)批准了波音公司2017年3月提交的V波段 星座 申请,允许波音公司开发和运行147颗非地球静止轨道(NGSO)宽带卫星。2017年与波音公司同期提交NGSO申请的还有SpaceX、OneWeb等公司,波音公司是这批申请中最后一家得到FCC结论的公司。

按照监管规定,各家需要在6年内将一半的计划卫星发射入轨, 星座 其余卫星可以在9年内部署完成。波音公司的 星座 包括132颗轨道高度为1056千米的近地轨道卫星,其余卫星位于27355 44221千米之间,将为全球的住宅、商业、机构、政府和企业客户提供服务。

波音公司专长于研制地球静止轨道(GEO)大型卫星。为了加强NGSO卫星的研制能力,波音公司在2018年收购了小型卫星专业公司千禧空间系统公司(Millennium Space Systems),以加强在该领域竞争力。

与SpaceX公司“星链”卫星的Ka波段和Ku波段相比,波音公司使用的更高频率的V波段宽带网速更快,但降雨可能会减干扰V波段信号传输。除了允许波音公司在V波段提供卫星服务外,FCC的批准波音公司在部分V波段建立星间链路。然而,FCC驳回了波音公司在Ka波段和V波段其他部分建立星间链路的请求,以避免出现潜在的在轨通信问题。

(四)获得GPS卫星未来10年在轨运行保障合同

2021年12月,美国太空军授予波音公司1份价值3.293亿美元的合同,未来10年为GPS-2F卫星在轨运行提供支持。美国目前在轨服役的31颗GPS卫星中有12颗是GPS-2F卫星。GPS-2F卫星在2010年至2016年期间发射,取代了1990年至1997年期间发射的GPS-2A卫星。2010年,美国空军选择洛马公司研制下一代的GPS-3卫星。GPS-2F卫星的设计使用寿命为12年,从美国军事和商业卫星在轨运行经验来看,GPS-2F卫星的使用寿命预计将超过设计寿命数年。

四、国际空间站

2021年,波音公司研制的太阳能电池板安装于国际空间站。

6月,波音公司研制的2块新型太阳能电池板发射入轨进入国际空间站,并通过站上宇航员3次太空行走完成了安装。旧的太阳能电池板不会被移除了仍将继续使用。

新型太阳能电池板长18.6米,宽6.1米,尺寸是旧板的一半,但产生的电能是旧板的2倍。到2023年,国际空间站还会再增加4块新型太阳能电池板,均由波音公司光谱实验室(Spectrolab)研制。在每次6.5小时的太空行走中,任务控制中心的NASA飞行控制人员直接与宇航员协作,并得到国际空间站上16.8米长的机械臂和移动运输装置的协助。该装置能够沿着国际空间站的桁架移动,专门用于将放置设备。

新型太阳能电池板可以在发射时紧密地卷起来,由1个无需重型电动机就能自行展开的结构支撑,可利用自身的能量展开,并且其尺寸小,进入轨道后可由国际空间站的机械臂放置好,宇航员可通过太空行走将其带至国际空间站桁架的远端进行安装。

这些电池板会受到微流星体碎片撞击和宇宙射线,每天还能承受16次500度的温度变化。当6块新型太阳能电池板都完成安装后,国际空间站发电总功率将增至215千瓦,总供电量提升20%到30%,可支持更多的科学实验、技术研究、更多宇航员生存以及近地轨道的商业需求。

2021年早些时候,NASA在国际空间站上安装了一个安装结构,为波音公司的新太阳能电池板做准备

新太阳能电池板安装在国际空间站

“货运龙”飞船发射前装载的2个新型太阳能电池板

五、总结分析

(一)SLS运载火箭研制进展显著,已具备首飞能力以支撑美国重返月球计划

SLS运载火箭研制项目是波音公司当前承担的规模最大的航天系统工程项目,是波音公司航天系统能力建设与发展的重点。2021年,SLS运载火箭在翻新后的B-2试验台上完成了2次芯级的静态点火测试,充分验证了系统工作性能,达到预期目标,并且与“猎户座”飞船完成了对接,后续将进一步开展全系统测试。2021年之前,波音公司研制SLS火箭的进度相对较慢,NASA经费投入非常巨大,已超100亿美元,但由于工程研制进度较慢,导致首飞时间多次推迟。

随着美国载人重返月球时间节点的临近,波音公司与NASA加大了研制力度,共同推进工程进度,截至2021年,SLS运载火箭自身基本达到了发射准备状态,具备了在2022年上半年执行首次无人试飞的能力。

(二)载人飞船经过持续测试与优化,已具备再次无人试飞能力以支撑美国载人航天能力

“星际飞船”在2019年的无人首飞中因飞行控制系统故障,导致未能对接国际空间站。直到2021年底,NASA与波音公司一直在持续测试并排除故障,同时对飞船系统进行了局部升级。

“星际飞船”的全系统软件模拟演练、飞船着陆点安置、飞船对接系统等均顺利推进,预计在2022年能够完成继2019年之后的第二次无人试飞,若试飞顺利的话便可快速转入载人飞行对接国际空间站。

“星际飞船”是波音公司拥有的仅将于SLS运载火箭的第二大航天系统工程项目,在进度落后于SpaceX公司“载人龙”飞船的情况下,能否顺利完成第2次无人试飞将决定波音公司在航天领域的地位和前景。

(三)中小卫星研制与 星座 部署项目成为卫星系统领域发展重点

目前,全球大卫星系统研制业务普遍减少,中小卫星业务增多,波音公司采取了与洛马公司相似的策略,即在自身具有中小卫星平台的同时,收购研制小卫星平台的公司。

波音公司正在通过已有702SP小型卫星平台研制SES-20卫星和SES-21卫星,通过702X中型卫星平台研制O3b mPOWER卫星,而2018年收购的小型卫星专业公司千禧空间系统公司将在该领域进一步支撑波音公司研制更多类型的微小卫星,研制新申请下来的147颗V波段低轨宽带卫星。

波音公司作为传统大型卫星的系统集成商,在全球微小卫星和低轨卫星的趋势下,正在转变其发展思路,预计未来将产出更多中小卫星或微小卫星。

刚刚!马斯克载人火箭再次升空,4名NASA宇航员奔赴空间站

“3、2、1,点火。”巨大的白色烟幕伴随着轰隆声,梅林引擎全面点火。

“Go SpaceX,Go NASA,Go Crew-1 ”。

绚烂的光亮划过夜空。

北京时间 11 月 16 日早上 8 点 30 分,当地时间晚上 19:30,美国肯尼迪航天中心 39A 发射台上,猎鹰 9 号火箭搭载着龙飞船点火升空,4 名宇航员搭乘 SpaceX 的龙飞船奔赴国际空间站。

2 分 50 秒,火箭的第一级成功分离,同时第二级点火成功,将飞船送往更深处的太空。

9 分 05 秒,第二级火箭完成波音被NASA授予可持续飞行验证机合同了自己的护送任务,顺利熄火。

9 分 40 秒,第一级火箭落入回收船,成功回收。

一切都显得轻车熟路,马斯克旗下的 SpaceX 团队遵循操作流程,顺利完成了来自美国航空航天局(NASA)的第一单生意,再次延续了今年 5 月 “首次商业载人航天测试” 创下的丰功伟绩。

这是 SpaceX 首次正式展开商业运营的载人航天任务,对于 SpaceX 和 NASA 来说,是一个新的里程碑和转折点,标志着美国的载人航天向着常规化发射迈出第一步。

本次飞行任务名为 Crew-1(1 号机组),4 名宇航员中,有 3 位来自美国,分别是:迈克尔・霍普金斯(Michael Hopkins)、维克托・格洛弗(Victor Glover)和香农・沃克(Shannon Walker),还有 1 名来自日本的航天员野口聪一(Soichi Noguchi),波音被NASA授予可持续飞行验证机合同他们将与国际空间站上的另外三名机组成员汇合,会在国际空间站上生活工作 6 个月,直到 2021 年春季离开。

5 月份的龙飞船载人首航曾在全球范围内引起高度专注,当时两名美国宇航员鲍勃・本肯(Robert Behnken)和道格・赫尔利(Douglas Hurley)闪亮登场,圆满完成了 NASA 的 SpaceX Demo-2 测试飞行任务,验证了龙飞船的可靠性。

现在,NASA 正在与 SpaceX 达成某种程度上的定期飞行模式,机组规模进一步扩大,约每六个月左右,就会有一组四名宇航员往返于国际空间站,Crew-1 便是 2020 年 2021 年间,三班已预定的龙飞船航班中的第一班。

龙飞船就像一辆太空商业出租车,供 NASA 的宇航员或其波音被NASA授予可持续飞行验证机合同他客户常态化往返于国际空间站。

2020 年 5 月 31 日的 SpaceX Demo-2 任务,是世界范围内,商业航天公司首次将人类送入太空轨道。而此次则是龙飞船首次正式执行任务。从此以后,SpaceX 将变成 NASA 的专用载人航天系统提供方。

SpaceX 方面表示,在开发龙飞船的过程中,累计完成了约 800 万小时的硬件、软件测试,700 项龙飞船的 SuperDraco 推进器测试以及近 100 项龙飞船降落伞的测试和飞行,所有这些工作和两次试飞之后,NASA 又进一步对龙飞船及其猎鹰 9 火箭进行了系统验收。

2020 年 11 月 11 日,NASA 在官网宣布,SpaceX 获得首个载人商业航天系统的完整认证,这也是该局首次提供私人载人飞行器的认证。NASA 局长吉姆・布莱登斯汀(Jim Bridenstine)对外表示:“我想很自豪地说,我们将能够使用美国的火箭和航天器,让定期的人类航天发射重回美国。” “这个认证是 NASA 和 SpaceX 取得的令人难以置信的成就,突出了我们可以与商业伙伴合作,共同取得 历史 性的进步。”

马斯克回应称:“这是一项伟大的荣誉,让我们对重返月球、前往火星,乃至最终帮助人类成为多行星居民的未来充满信心。”

对于 NASA 来说,自 2011 年航天飞机项目结束以后,近 10 年来一直过得很憋屈,也导致美国的宇航员们不得不乘坐俄罗斯火箭前往空间站,单人 “票价” 高达 8000 多万美元,近年来还不断涨价。

但当 SpaceX 的龙飞船从佛罗里达州卡纳维拉尔角起飞后,它有效地结束了美国载人航天史上的这段尴尬空白期,扛起了阿波罗计划、航天飞机之后的未来 历史 重担,揭幕了人类太空飞行新时代。

“Launch America”,发射直播间打着这样的标语,让载人航天发射能力重回美国的工作,NASA 已经筹备了近十年时间。

美国上一个载人航天辉煌时代属于航天飞机,一个真正意义上可重复使用的航天运输系统。

1981 至 2011 年,美国共制造出五架功能完整的航天飞机轨道飞行器,起初的四架分别是 “哥伦比亚号”、“挑战者号”、“发现号” 和 “亚特兰提斯号”,但其中两架因任务事故损毁,分别是 1986 年的 “挑战者号” 升空爆炸和 2003 年的 “哥伦比亚号” 返航解体,14 名航天员不幸丧生,成为航天飞机时代留下的一个伤痛印记。1991 年,美国建造了第 5 架航天飞机 “奋进号”,用于取代 “挑战者号”。

5 架航天飞机在三十余年中共执行了 135 次任务,每次都是从佛罗里达州的肯尼迪航天中心起飞,它们承担过哈勃空间望远镜、多枚人造卫星和空间探测器运载任务,执行轨道科学实验,以及参与国际空间站的建设和维护,所有航天飞机的任务时长总和为 1322 天 19 小时 21 分 23 秒。

据后来复盘估算,航天飞机计划投入的预算总额高达 2210 亿美元,单架航天飞机造价约 30 亿美元,每次发射的成本各不相同,不但取决于飞行频率,还受航天飞机计划期间研究、维护、发展和调查程序的影响显著,平均下来每次发射耗资约 16.42 亿美元。

2011 年 7 月 21 日,“亚特兰提斯号” 完成最后一次飞行任务,成本高昂且带走过多位航天员生命的航天飞机全部退役。

此后近十年,美国长年依靠俄罗斯联盟号宇宙飞船将航天员送上国际空间站,直至 2020 年 5 月 30 日以 SpaceX 为代表的商业载人航天首飞。

早在航天飞机退役之前,NASA 已有意将美国载人航天的任务有计划地向商业市场转移,这项计划被称为商业乘员计划(CCP),其目标是创建往返国际空间站和低地球轨道的安全,可靠和经济高效的空间运载系统,CCP 也投资了多家美国商业航天公司,开放技术生态,让商业航天力量展开竞逐。

2010 年,NASA 在《美国复苏与再投资法案》(ARRA)资金中为 “商业船员发展第 1 轮”(CCDev1)投资了近 5000 万美元,以刺激私营企业展开努力,并帮助这些企业开发和测试安全可靠和具有成本效益的航天运输能力,包括航天器、运载火箭、发射中止系统、环境控制和生命支持系统、运载火箭应急检测系统等等,那时 SpaceX 还名不见经传。

获得第一波资助的项目方包括:蓝色起源(Blue Origin,370 万美元)、波音(Boeing,1800 万美元)、帕拉贡航天发展公司(Paragon Space Development Corporation,140 万美元)、内华达山脉公司(Sierra Nevada Corporation,2000 万美元)、联合发射联盟(United Launch Alliance,670 万美元)。

“商业船员发展第 2 轮”(CCDev2)于 2011 年 4 月启动,当时 NASA 向四家公司提供了总计近 2.7 亿美元的资金,SpaceX 首次入围被授予 7500 万美元的资助,其余的则分配给蓝色起源(2200 万美元)、波音(9230 万美元)、内华达山脉公司(8000 万美元)。

到了第三轮商业船员综合能力(CCiCap)阶段,诞生了三个完全集成的商业载人航天系统,NASA 根据《空间法》协议要求行业合作伙伴开发机组人员的运输能力,并进行测试以验证,验证和完善集成设计,并给予更多的资金扶持:SpaceX(4.4 亿美元)、波音(4.6 亿美元)、内华达山脉公司(2.125 亿美元)。

最后就到了真正 PK 商业落地能力,NASA 会授予经过认证的商业航天公司合同,让他们运载 NASA 宇航员。在认证产品合同(CPC)期间,NASA 共授予了近 3000 万美元:SpaceX(958.9 万美元)、波音(993.30 万美元)、内华达山脉公司(1000 万美元);

在商业船员运输能力合同(CCtCap)方面,经过多年公开竞争之后,2014 年 9 月 NASA 授予了两份巨额合同。

通过其认证工作,NASA 将确保所选的商业运输系统满足该机构将 NASA 机组人员运送到国际空间站的安全和性能要求。根据 CCtCap 合同,NASA 共授予了 68 亿美元:波音(42 亿美元)与 SpaceX(26 亿美元)。

扶持起来 SpaceX,是 NASA “商业航天员计划” 的一部分,在仔细研究验收了 SpaceX 的载人飞行数据后,NASA 证实了龙飞船确实已经准备好承载常规的载人航天飞行任务。

相对于其他几个竞标对手,SpaceX 最大的区别和优势在于,他们的团队完成了从猎鹰 9 号火箭、火箭发动机到龙飞船的整套系统化的设计与测试,而波音和内华达山脉公司的载人飞船,则需要使用联合发射联盟的 Atlas V 型火箭。

整体的设计让 SpaceX 对自己的载人发射系统知根知底,更有技术把控力,即便前期测试历经过多次失败遭到不少嘲笑和反对,也一度让马斯克崩溃落泪,但能在不断复盘总结中形成系统化的工程改进,直至项目成功。

11 月 15 日,这个最终的发射日期,在确定前,曾不止一次地被延迟。最初,Crew-1 的发射日期定在 8 月 30 日,而 NASA 以后勤和技术问题为由,将任务推迟到 9 月下旬、10 月 23 日、10 月 31 日,最后推迟到 11 月中旬。

10 月 2 日,猎鹰 9 号第一级发动机气体发生器在最近一次非 NASA 任务发射尝试中的异常行为,这使得发射日期最终被推迟到 11 月 15 日。

当天,SpaceX 公司的猎鹰 9 号火箭原计划为美国太空部队发射一颗 GPS 卫星。在倒计时时间还剩下两秒的时候,发射被自动中止了,因为传感器检测到的读数偏离正常值。此次执行任务的猎鹰 9 号就是执行此次 Crew-1 任务的火箭。

“当我们查看数据时,我们发现其中两个引擎试图提前启动,而自动中止系统阻止了这种情况,”SpaceX 副总裁 Hans Koenigsmann 表示,“通过这样做,它避免了可能出现的硬启动,而这种硬启动可能会损害发动机硬件。”

事后的检查中发现,猎鹰 9 号第一级的 9 个梅林发动机中,有 2 个出了问题。Hans Koenigsmann 在 10 月底的新闻发布会上表示,原因是这 2 个引擎保留了一种 “遮蔽漆” 的残留物。

这种遮蔽漆原本是为了是在防腐阳极氧化处理过程中保护敏感部件。而进行处理的供应商事后并没有清除所有漆层,一些残留的漆层堵塞了两个发动机的 1.6 毫米宽的通风孔,而这两个通风孔所在的阀门,本应在 10 月 2 日为两级猎鹰 9 号供电。

发现这个问题后,SpaceX 还排查了即将执行其它任务的猎鹰 9 号,也发现了类似的问题,之后更换了所有有问题的梅林发动机。

除了更换发动机,SpaceX 还根据第一次载人航天任务中 ——Demo-2 任务中掌握到的测试数据,对龙飞船进行了一些调整。

最大的变化是航天器的隔热板,这是一个关键的部件,可以防止飞行器在地球大气层中摩擦过热。SpaceX 公司发现,当 Demo-2 船员 8 月份返回时,隔热板上的一些隔热材料侵蚀程度超过了团队的预期。

SpaceX 方面声称这种程度的损坏还不会对机组人员造成人身危险,但公司选择重新设计加强隔热板,SpaceX 公司负责制造和飞行可靠性的副总裁汉斯・柯尼格斯曼(Hans Koenigsmann)在 10 月份的一次媒体沟通会上说:“宇航员们一直都很安全,飞行器工作整体很完美。”“这是我们在检查中发现的一点不足,然后决定,在这个特定区域加强隔热罩。”

龙飞船机组人员的降落伞也表现出与预期的不同,为了在海洋中轻轻地溅落,太空船部署了一系列降落伞来减速,SpaceX 改进了龙飞船测量外界气压的方式,以便确定飞船在大气层内何时释放降落伞。

最后一点是区域管制。8 月份,当龙飞船在彭萨科拉海域坠落时,一大群驾船者好奇地想近距离观察这艘宇宙飞船。但如果离得太近,并且没有采取防护措施的话,飞船使用的推进剂和燃料可能会对普通人产生毒性。

为了防止这样的场面重演,SpaceX 和 NASA 表示,他们将与美国海岸警卫队合作,在龙飞船返回的海域附近建立了一个 10 英里范围的隔离区,这样就不会有未经授权的游客靠近水中的飞船。

1 号机组的发射看起来与 5 月份的发射流程几乎相同,尽管这一次是在晚间进行。Crew-1 任务的四名宇航员,亲切地将此次执行任务的龙飞船称为 “韧性”(Resilience)。

起飞后 12 分钟,龙飞船就能进入预定轨道,但宇航员们需要在轨道上度过一天多的时间,才能追赶抵达国际空间站,预计在美国东部时间 11 月 16 日星期一晚上 11 点左右完成对接,这将比 Demo-2 任务还要长,上次花了大约 19 个小时才到达国际空间站,好在多数工作都会由系统自动化完成,例如轨道提升、与空间站的通信连接、导航与对接等。

目前在国际空间站上的生活的航天员,有来自俄罗斯的宇航员谢尔盖・雷吉科夫(Sergey Ryzhikov)和谢尔盖・库德・斯维奇科夫(Sergey Kud-Sverchkov),以及美国宇航局宇航员凯特・鲁宾斯(Kate Rubins),SpaceX 1 号机组人员的到来,将是第一次有 7 个人在国际空间站生活和工作,因为在过去 10 年中,国际空间站上的宇航员通常最多只驻有 6 个人。

然而,单纯就运载能力来讲,一艘龙飞船的设定其实能满足 7 名宇航员往返。

在空间站停留期间,Crew-1 号的宇航员将看到一系列无人驾驶的宇宙飞船,其中包括 SpaceX 公司的下一代货运飞船天鹅座诺斯洛普・格鲁门,以及前往空间站的无人驾驶飞行测试中的波音 CST-100 星机。他们还将在 2021 年进行各种太空行走,欢迎俄罗斯联盟号飞船和下一代 SpaceX 龙飞船的乘员。

在任务结束时,龙飞船将脱离空间站重新进入地球大气层,在佛罗里达海岸附近溅落之后,全体船员将被一艘 SpaceX 公司的回收船从海上救起,然后被带到岸上登上一架飞机,返回休斯顿的约翰逊航天中心。

作为第一个通过了 NASA 认证的商业航天系统,很多人看到了 SpaceX 激进与领先的高光时刻,感叹其发展之迅猛,但这背后,仍是一个立足美国航天产业深厚的优势,制度扶持,稳扎稳打、不放弃的商业航天创业故事,SpaceX 从 2002 年创办至今已有 18 年,达到如今的高度并无捷径可循。

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