在NASA一个鲜为人知的巨型设施深处，工作人员多年来一直在上演精心伪造的太空任务。这不是阴谋论。这是NASA密歇德组装厂的悲惨故事，这个庞大的新奥尔良综合设施是该航天机构几十年来建造其最大火箭的地方。
在2011年航天飞机的最后一次飞行之后，密歇德巨大的机库式设施被出租给好莱坞制片厂，为《安德的游戏》和其他科幻电影提供部分制作场地。
但最近，越来越多的NASA工程师和其他工作人员在这里从事一项重要的新制作——该机构人类太空飞行最辉煌时期的续集。密歇德重新开始火箭制造业务，成为有史以来正在建造的最大、最雄心勃勃的航天器的工厂：太空发射系统，通常被称为其首字母缩写SLS。
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SLS是NASA希望用来将宇航员从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空的火箭，进行大约一年的火星表面之旅，同时运送他们需要在那里花费至少几周时间在锈红色尘埃中穿梭的住所、车辆和补给。这项任务距离现在还有大约25年。但在那之前，SLS可以将人类送往地球的月球和小行星，并发送探测器寻找木星卫星之一欧罗巴上的生命。这是一个行星际的开创性项目，是NASA有史以来最胆大的项目之一。
那么，为什么这么多人似乎讨厌它呢？
取代航天飞机
在20世纪60年代和70年代早期阿波罗登月计划取得令人飘飘然的胜利之后，航天飞机本应使进入地球轨道的成本相对低廉且成为例行公事。然而，航天飞机平均每次飞行花费超过10亿美元，每年仅飞行几次，并且两次遭受灾难。2004年，在哥伦比亚号在重返大气层时解体，造成七人死亡一年后，乔治·W·布什总统责成NASA用更像阿波罗计划的计划取代航天飞机，该计划将带我们重返月球，然后再到火星。由此产生的努力被称为星座计划，导致设计了两枚新的战神火箭，一枚载人发射飞行器和一枚巨大的、类似土星五号的版本，旨在运输货物。但到2011年，在烧掉了约90亿美元之后，星座计划的成果只有一个由洛克希德·马丁公司建造的猎户座载人舱和一个已经发射过一次作为测试的火箭。巴拉克·奥巴马总统取消了该计划，指示NASA将其精力重新集中在前往小行星的任务上。该机构将转向私营部门，寻求轨道渡轮服务，以将货物和人员运送到国际空间站（ISS）。
尽管如此，国会中的许多人仍在努力推动继续寻求一种新型重型运载火箭，使其能够将人类送往月球和火星。最终的妥协方案是SLS，一种用于载人和货物的单一大型火箭，它将避开战神计划中计划的大部分新技术，而是依靠航天飞机发动机、助推器和燃料箱来提供大部分动力。SLS是廉价版的战神火箭。
从一开始，SLS就一直受到一种看法的困扰，即国会炮制它是为了保护NASA及其主要承包商的就业岗位。《经济学人》杂志去年12月的编辑写道：“这种飞行器与众不同之处在于，它是第一枚由政治家委员会而不是科学家和工程师设计的火箭。”一些批评家嘲笑SLS是“猪肉火箭”或“参议院发射系统”。其州是NASA或承包商大型设施所在地的一些南方参议员确实是SLS在国会中最响亮的拥护者。支持者包括，例如，阿拉巴马州参议员理查德·谢尔比——大约6000人在阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔太空飞行中心工作，SLS在那里进行管理——以及路易斯安那州参议员大卫·维特，路易斯安那州是NASA密歇德设施的所在地，SLS核心级主要承包商波音公司正在那里部署其已经为该计划工作的1500人中的许多人。
这是一个庞大的计划——和火箭。SLS最初将有一个底部核心级，由四个RS-25航天飞机发动机提供动力，这些发动机使用标准的液氢和液氧燃料。核心级的每一侧都将连接固体火箭助推器，这些助推器提供使重型火箭升空所需的额外推力[参见下一页的插图]。第二级位于第一级之上，将在大约50公里的高度接管，将火箭推入轨道，猎户座载人舱将位于整个结构的顶部。火箭高98米，比土星五号稍短，但动力更强，土星五号为每次载人登月任务提供动力，并且其有效载荷是航天飞机的三倍。所有组件均未设计为可重复使用。在未来十年中，SLS的升级将包括更强大的发动机和助推器。最终能够前往火星的SLS将在其上面级获得更大的动力，使其推力是第一版的两倍。
批评人士指责，国会通过指定SLS依赖航天飞机组件，确保了航天飞机的大型航空航天承包商将从中获利。“波音公司再次发了大财，”兰德公司高级国防研究分析师彼得·威尔逊说。其他人则认为，航天飞机回收利用的方法将使SLS成为一个有问题的弗兰肯斯坦式火箭，其部件是从一个已死的计划中拼凑而成的。例如，使用航天飞机助推器已经导致了隔热层出现缝隙的问题。
对SLS最终成本的估计差异很大。NASA公开预测，将SLS投入首次发射需要180亿美元——火箭本身100亿美元，猎户座载人舱60亿美元，以及为卡纳维拉尔角配备SLS发射设备20亿美元。（顺便说一句，佛罗里达州参议员比尔·纳尔逊也是SLS的坚定支持者。）但一份泄露的内部研究报告得出的结论是，未来10年的成本将超过600亿美元。其他人预测，将宇航员送往火星将花费高达1万亿美元。NASA的既定目标是每次发射5亿美元，但其他人估计，如果将所有项目成本都计算在内，则高达140亿美元。
批评人士坚称，政府和公众永远不会支持他们对太空探索的热情，因为SLS最宏大的任务将需要数千亿美元。包括NASA进行的一项内部研究在内的几项分析表明，即使没有重型运载火箭，我们也可以到达深空和火星。有人认为，依靠类似于德尔塔IV的小型火箭可能更便宜，德尔塔IV已经使用了大约十年时间来发射卫星，将建造深空飞行器所需的燃料、组件和材料运送到近地轨道，然后在那里建造大型飞行器。如果事实证明我们确实需要一个巨型火箭，许多人说，为什么不将这项工作交给所谓的新太空公司呢？硅谷偶像埃隆·马斯克创立的SpaceX公司已经凭借其备受赞誉的猎鹰9号火箭赢得了NASA的轨道渡轮合同。“SLS只是在40年前开发的技术上增加了微小的增量改进，”太空前沿基金会主席詹姆斯·普拉说，该基金会是一个致力于推进太空探索的倡导组织。“NASA应该告诉私营企业它想要将哪种有效载荷送入深空，为这项工作提供一定数量的资金，并让SpaceX等公司来建造它。”SpaceX正在开发一种27个发动机的SLS级重型运载火箭，并正在研发新型、更强大的发动机，如果成功，该火箭的推力甚至可以超过设想中的最大SLS。SpaceX正在将其所有主要组件设计为可重复使用的；相比之下，SLS完全是一次性的。
尽管存在这些反对意见，SLS任务规划仍在进行中。2018年的首次飞行将把一艘无人驾驶的SLS和猎户座送出远超月球的地方，而第二次飞行（尚未正式安排）将在几年后用载人飞船做大致相同的事情，将人类带到比以往任何时候都更远的地方。之后会发生什么最终将取决于国会和新总统，但目前，暂定计划在2020年代中期进行一次载人小行星访问，然后在2030年代进行一次载人火星任务。
火箭工厂
NASA在斯坦尼斯航天中心测试其最大的火箭，该中心位于密西西比州最南端附近的一个湖泊、河流、海湾和运河网络中。当我们戴上安全帽和安全背心时，汤姆·伯德告诉我，中心靠近水域有三个原因，他直到今年1月退休前还是NASA的副经理：斯坦尼斯的活动需要使用大型驳船，需要海洋建设专业知识，还需要一种便捷的方式来冷却暴露在接近太阳表面温度的巨型金属板。
这里的每个测试台都是一个巨大的金属和混凝土结构，看起来有点像从巨型远洋货轮的中间截取的横截面。我们爬上其中一个测试台，一路上我被带到一个控制室，这个控制室放在20世纪50年代左右的苏联发电厂中也不会显得格格不入——主要是蒸汽仪表和笨重的表盘。我问为什么它们没有升级为数字面板。答案将证明是SLS计划的一种口头禅：尽管存在难以想象的力量和无数的小故障，但我们已经花了数十年时间才使这些东西运行良好，为什么要改变它呢？
但是，从测试台的顶部，我可以看到斯坦尼斯实际上充满了升级。运河和道路正在进行改造，以处理更大的负载，测试台本身也在进行翻新和加固，因为SLS将使它们承受比以往任何火箭都更大的应力。“这里产生的力比实际发射过程中更大，因为测试台中的火箭无法逃脱其自身的羽流，”伯德解释说。在一次大约9分钟的试射过程中，数千个喷嘴将向测试台的墙壁喷射高压水柱——不是为了冷却，而是为了抑制可能撕裂测试台的剧烈振动。即使在SLS之前，也不允许任何私人建筑物靠近测试台13公里范围内，因为仅一次测试产生的声波就可能将其震散。SLS发动机将产生地球上产生过的最强大的火箭推力。
穿过密西西比河-路易斯安那州边界，沿着运河（或者，就我而言，开车45分钟）几个小时的路程，就是密歇德，我第二天参观了那里。与斯坦尼斯的偏远不同，密歇德位于新奥尔良郊区的一个工业区中心。在某些方面，密歇德就像任何其他工厂一样，有焊接站、叉车、起重机和零件箱。只是所有事情都是以更大的规模完成的。
密歇德内部闪闪发光。参观这个综合体就像看着它每分每秒都在填充新的设备——可以以惊人速度移动的擎天机器人手臂、带轮平台和起重机式搬运器，可以将重达数十吨的组件从一个工位快速转移到另一个工位、零件组织系统，确保由数十万个零件组成的发动机不会最终多一个或少一个零件。当您制造像SLS火箭发动机这样强大的机器时，您必须对装配偏差保持非常低的容忍度。“如果我们的零件跟踪系统告诉我们这里少了一个小垫圈，那么在找到它之前，所有工作都将停止，”NASA在密歇德的经理之一帕特里克·惠普斯说。
将用于此处建造的火箭的许多组件都源自其他飞行器。“我们不会在SLS上使用很多独一无二的组件，”NASA副局长威廉·格斯滕迈尔说，他负责领导该机构的载人太空探索工作。惠普斯补充说，然而，新的制造设备和方法应该使这些组件的制造成本远低于过去。升级包括一台市政水塔罐大小的搅拌摩擦焊机。巨大的铝合金火箭段可以整体放入这个庞然大物中，在那里钻头会将两个部分熔合在一起。它是世界上同类机器中最大的一台。
SLS在许多其他方面也超越了航天飞机技术。为了分析SLS在穿过大气层时受到的冲击和其他空气动力学不稳定性的应力，NASA求助于最先进的流体动力学软件。如果没有它，工程师们将不得不重新设计火箭，以提供更大的抗应力能力，以覆盖更大的误差裕度。此外，依靠比航天飞机中使用的芯片领先几代的计算机芯片的新型航空电子设备和数字控制器将使自动化飞行和发动机控制能够更快地对突发变化和危险情况做出反应。
剩余的航天飞机发动机将使SLS在前四次飞行中升空，但在2020年代开始需要新的版本。对于这些发动机，NASA正在使用机器，这些机器将通过激光焊接粉末金属成正确的形状，而不是单独加工，来生产数千个所需的硬币大小的涡轮叶片，从而将发动机所需叶片的生产时间从一年缩短到一个多月。“我们正在各处使用计算机控制，以最大限度地降低劳动力成本并提高精度，”格斯滕迈尔说。
支持SLS的理由
当SLS计划全面展开时，目标是每年至少生产两枚火箭——可能多达四枚。在火箭世界中，这是批量生产。但如果NASA无法让美国公众相信SLS值得建造，那么它将停滞不前。
最广泛的两个反对意见——在火箭上花费180亿美元太多了，我们应该专注于发送探测器和机器人，而不是人类进入太空进行科学研究——可以从角度问题上解决。对于将人类送往另一个星球并返回的能力而言，180亿美元并不算多；通过“大挖掘”改善波士顿的交通流量花费了三分之一以上的钱。很容易声称有更便宜的方法可以做到这一点，但NASA的成功和安全记录已经设定了很高的标准，而且美国公众不太可能为了削减相当于联邦预算千分之几的费用而容忍更高的灾难性失败的可能性。
至于坚持使用探测器和机器人，通常认为，载人任务的科学收获可能比探测器或漫游车能够提供的更多。但载人航天的真正理由是朝着扩大人类的活动范围迈出步伐。
SLS确实有很多粉丝。这些支持者包括NASA的现任领导层和普通员工、一些太空专家以及越来越多的美国公众，其中大部分人在去年12月因猎户座载人舱的完美轨道飞行而感到兴奋，该载人舱将在SLS进入深空时位于SLS的顶部。他们中的专家可以轻松地逐点反驳批评者。
使用小型火箭将组件和燃料运送到太空进行轨道组装？格斯滕迈尔计算，载人火星任务将需要大约500吨的物资。SLS可以在四次发射中完成这项壮举，但如果使用最大功率的德尔塔IV，则至少需要二十几次发射。格斯滕迈尔认为，每次发射都会稍微增加计划风险，因为最糟糕的事情最有可能发生在任务的第一分钟。这种方法也更容易受到延误的影响，其影响是累积地延长所有发射的单独发射时间。“我们使用多次发射的方法，利用航天飞机建造空间站，结果花了数十年时间，”他说。
但格斯滕迈尔说，分小块运送方法最显着的潜在缺点是需要大量的在轨建造，包括栖息地、行星际飞行器和燃料库的建造。考虑到我们在非常棘手的太空组装工艺方面的有限经验，这是一项艰巨的任务。“你将进行大量的对接；你将在太空中制造，”他说。“不可避免地，有些部件会无法正常工作，并且很难在那里修复。这增加了巨大的复杂性和风险。”SLS的巨大周长还将允许装载体积更大、笨重的有效载荷形状，直径达10米，例如那些带有太阳能电池板和天线阵列的有效载荷形状，否则这些形状将不得不复杂地折叠，从而更容易受到损坏或故障的影响。
重型运载路线的另一个巨大优势：巨型火箭的部分额外推力可以转化为更高的速度，从而更快地将航天器送达目的地。对于载人火星飞行来说，这是一个至关重要的考虑因素，在载人火星飞行中，辐射暴露和补给需求对任务持续时间设置了严格的上限。遥远的机器人任务也受益，因为后续任务的规划必须等待前辈的数据传来，以最大限度地提高科学回报。由于其强大的动力，SLS可以使用自己的燃料将任务送入深空，而不是像旅行者号和伽利略号任务那样利用行星的引力弹弓效应。
斯坦福大学航空航天学咨询教授斯科特·哈伯德说，“SLS将欧罗巴访问的时间从六年多缩短到两年半。”“它将成为一项非常引人注目的科学任务的推动者。”将这些更短的过境时间与更高的有效载荷质量和包装灵活性相结合，您就有了支持重型运载火箭的有力理由。这有助于解释为什么中国和俄罗斯都在研究SLS级设计。
SpaceX也是如此。然而，对于深空火箭而言，新太空不如往返国际空间站的运输那样自然。深空探索没有现有市场，也没有设想中的市场，除了NASA为SLS暂定计划的少数任务之外。这消除了SpaceX在各种商业客户中利用重型运载火箭开发成本的机会，就像它使用其小型火箭所做的那样。前NASA宇航员斯科特·帕拉金斯基说，在剥夺了这种优势之后，SpaceX的处境并不比波音、洛克希德·马丁和其他传统航空航天承包商更好，帕拉金斯基是一位五次航天飞机任务的老兵，现在在亚利桑那州立大学工作。“这些都是非常有能力的承包商，我看不出SpaceX有什么明显的不同，”他解释说。
在汽车、手机或软件行业，坚持经过试验和测试的方法而不是创新可能是失败的秘诀，但当涉及到用几乎不受控制的爆炸的翅膀将一群英雄送入深空时，一定程度的保守主义不一定是坏事。SpaceX在其早期火箭中遭受了几次爆炸和失控——这对于新设计的开发来说是司空见惯的。去年10月，维珍银河公司建造的用于将游客送入亚轨道空间的飞行器在试飞中坠毁，造成一名机组人员死亡——就在私人公司轨道科学公司建造的一艘无人火箭爆炸三天后，该火箭正飞往国际空间站*。
这些事故提醒人们，尽管有数十年的经验，但火箭技术仍然很难。它带有纯粹灾难的高度风险。这就是Inspiration Mars基金会（一个试图促进火星任务的私人资助组织）的领导人在最初的怀疑之后，一直在排队支持SLS的原因之一。其他火星专家也同意。“SLS从一开始就被批评为是一枚无处可去的火箭，”哈伯德说。“但它现在有了明确的、站得住脚的任务，现在是每个人都开始思考我们如何确保这一切能够实现的时候了。”
逃逸速度
在今年1月一个凉爽的夜晚，斯坦尼斯航天中心的一个巨型发动机测试持续了500秒，变成了一个火球。这是自2009年以来首次对R-25航天飞机发动机进行测试，结果非常完美。如果成功的测试继续进行，时间可能站在SLS一边。计划持续的时间越长——如果它保持在预算内并按时完成——它就越能成为其自身概念的证明。在该计划的头三年中，它取得了平稳而快速的进展，顺利通过了设计审查并进入了早期制造阶段。对于一种新型载人火箭来说，这是非常快的速度。只出现了一些小故障；那些隔热层缝隙几乎是最糟糕的故障，并且问题很快通过一层粘合剂得到修复。
美国海军战争学院专门研究太空问题的教授琼·约翰逊-弗里斯认为，未来几年，在新总统和新国会领导下，一切皆有可能。也许政府的共识将变成我们现在应该放弃火星，而专注于在离家更近的地方建立基地。“华盛顿的一些人对月球有一种近乎病态的怀旧之情，”她说。其他人认为NASA现在应该忘记月球和火星，而专注于小行星，不仅因为它们可能包含关于太阳系起源的重要问题的答案，还因为我们可能会学习如何转移或摧毁任何最终朝着地球飞来的小行星。
但火星的诱惑仍然很普遍。最近，这种诱惑一直在增强，因为越来越多的人意识到我们可以在他们有生之年到达红色星球。“我们都希望看到我们去那里，”帕拉金斯基说。“其他任务会分散注意力。”他对SLS感到担忧，但不是因为他认为SLS是一种糟糕的火星之旅方式。他担心，因为它既不便宜也不迅速，我们会在到达火星之前放弃SLS。
目前，SLS没有明显的障碍。仅凭这一说法，任何其他火星火箭提案都无法做到这一点，就可以确保该项目保持航向。当然，它是根据国会的指令拼凑起来的。是的，它缺乏竞争对手计划的创新活力。但有各种迹象表明它将按计划工作，并且在可预见的未来都有资金支持。这应该足以使SLS成为带我们去火星的火箭。如果它真的做到了，批评声很快就会被遗忘。
*编者注（2015年7月23日）：杂志文章中的原始句子在发布后在线进行了更正。它错误地声称维珍银河公司的航天器是原型机，并且它爆炸了。