NASA 的阿耳忒弥斯计划再次延迟——并展望未来

当美国太空机构应对载人登月计划中挥之不去的硬件问题时,他们在转型时期展现出信心和紧迫感

After NASA’s Orion spacecraft was recovered at the conclusion of the Artemis I test flight and transported to NASA’s Kennedy Space Center in Florida, its heat shield was removed from the crew module inside the Operations and Checkout Building and rotated for inspection

在阿耳忒弥斯 1 号月球测试飞行后看到的 NASA “猎户座”乘员飞船的受损隔热罩。大气层重返的灼热温度比预期更严重地侵蚀了隔热罩,导致阿耳忒弥斯计划的延误。

NASA

通过阿耳忒弥斯计划,NASA 旨在将人类重新送回月球,这是 50 多年来的首次。在新一届总统政府即将上任之际,该机构官员宣布了该计划的下一个重大任务的延误,并表示有意扩大该任务的范围。

在上周于华盛顿特区 NASA 总部举行的新闻发布会上,该机构领导宣布,挥之不去的硬件问题迫使 NASA 将阿耳忒弥斯 2 号——一次四人乘员飞行,乘坐“猎户座”飞船绕月飞行并返回地球——从 2025 年 9 月推迟到 2026 年 4 月。

大多数观察家已经认为 2025 年发射不太可能。“猎户座”飞船进入太空的工具——NASA 的太空发射系统 (SLS) 火箭——尚未在位于佛罗里达州的该机构肯尼迪航天中心完全组装完毕。这使其落后于其前身,即无人阿耳忒弥斯 1 号任务的进度。阿耳忒弥斯 1 号在 SLS 大约提前一年完全组装完毕后,于 2022 年 11 月发射


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“我们宇航员的安全始终是我们的首要决定;这是我们的北极星,”NASA 局长比尔·纳尔逊在该机构总部的新闻发布会上说。“在我们准备好之前,我们不会飞行。在我们确信我们已尽最大努力使机上人员的飞行尽可能安全之前,我们不会飞行。我们需要进行下一次测试飞行,我们需要正确地完成它——这就是阿耳忒弥斯行动的进行方式。”

话虽如此,该机构官员也在更宏大地思考该计划的计划任务。

按照最初的设想,阿耳忒弥斯 2 号是 2020 年代版本的 1968 年阿波罗 8 号任务,这是一次围绕月球并返回地球的朴素之旅,旨在证明 NASA 将人员安全送往和送回月球附近的能力。但现在 SpaceX 的“星舰”火箭的开发正在快速进展,NASA 官员正在考虑扩大阿耳忒弥斯 2 号的范围。“星舰”旨在在随后的阿耳忒弥斯 3 号任务期间将 NASA 宇航员降落在月球表面,使这家私营火箭公司成为公共太空机构雄心勃勃的载人重返月球计划的关键支柱。

NASA 现在正在探索与阿耳忒弥斯2 号并行发射“星舰”的可能性,着眼于可能预演“星舰”和“猎户座”在阿耳忒弥斯 3 号期间需要执行的各种机动,这将是自 1972 年以来首次载人登月尝试。

“我们一直希望寻找利用新技术[和]新能力的方法,即使在五年前,这些技术和能力似乎还有些遥不可及,”阿耳忒弥斯 2 号指挥官里德·怀斯曼在上周的新闻发布会上说。“你要让宇航员在他们的任务中做更多事情?那就来吧。”

感受热量

阿耳忒弥斯 2 号的延误源于任务的“猎户座”飞船挥之不去的硬件问题,“猎户座”飞船是四名宇航员的家外之家。最重要的问题是:对“猎户座”隔热罩主要材料的调查,这是一种称为 Avcoat 的环氧树脂,它在阿耳忒弥斯 1 号任务期间表现异常。

“最让我震惊的是他们提供的细节水平。这些是非常复杂的任务和非常复杂的技术,你通常不会深入了解事情为何无法运作的细节,”科罗拉多大学博尔德分校的航空航天工程教授伊恩·博伊德说,他负责建模航天器热防护系统。“当然,部分原因是向国会和整个企业的其他利益相关者传递信息——传达他们知道自己在做什么。”

Avcoat 具有极佳的特性:它在阿波罗计划期间使用的隔热罩中发挥了关键作用,并在用于阿耳忒弥斯计划之前进行了重大测试。“猎户座”隔热罩材料的样品经历了1000 多次地面测试,总体设计经历了许多超级计算机模拟,并且“猎户座”的测试版本于 2014 年 12 月成功飞入太空。即便如此,在新闻发布会上,该机构官员表示,该材料仍然包含惊喜。

Engineers and technicians with the Exploration Ground Systems Program stack the first Moon rocket segment – the left aft assembly for the Artemis II SLS (Space Launch System) solid rocket booster onto mobile launcher 1 inside the Vehicle Assembly Building at NASA’s Kennedy Space Center on Wednesday, Nov. 20, 2024. Above the boosters that are currently stacked, a space cutout in the working platforms can be seen stretching approximately 7 stories above where the remainder of the rocket will stand once assembly is completed

尽管计划不早于 2026 年 4 月发射,但工程师和技术人员已经在为 NASA 的阿耳忒弥斯 2 号载人登月任务堆叠固体火箭助推器。

NASA/格伦·本森

在阿耳忒弥斯 1 号的重返过程中,“猎户座”以接近每小时 25,000 英里(每小时 40,000 公里)的极速穿过地球大气层,使隔热罩承受了接近 5,000 华氏度的高温。隔热罩完成了它的工作,保持了飞船内部适宜的条件,但在那些地狱般的条件下仍然出现了令人不快的意外。飞行后检查显示,在该“猎户座”飞船的隔热罩上,有 100 多个地方的材料磨损方式与预期不同,在某些情况下,在隔热罩表面留下了大约棒球大小的坑洼。

在简报会上,NASA 副局长帕姆·梅尔罗伊宣布,这种坑洼部分源于阿耳忒弥斯 1 号的飞行计划,其中包括所谓的跳跃式重返,其中“猎户座”进出高层大气以帮助减缓其下降速度。这种飞行计划导致产生气体的热能在隔热罩外层内积聚。广泛的测试表明,阿耳忒弥斯 1 号“猎户座”隔热罩上的 Avcoat 对气体外流的渗透性不均匀——而且,在渗透性较差的区域,气体积聚到材料开裂的程度。

作为回应,该机构正在修改未来“猎户座”的重返轨迹,以减少导致气体积聚的加热。NASA 官员表示,未来的隔热罩将使用具有适当渗透性的 Avcoat 构建。

“仅仅因为我们的底线温度在四个安全系数之内,仅仅因为我们的制导恰到好处,仅仅因为我们有足够数量的原始 Avcoat 材料剩余,就很容易相信这意味着航天器……在裕度内运行,”NASA 月球到火星计划副副署长阿米特·克沙特里亚补充道。“但是我们在历史中学到的一切都告诉我们,这不是‘裕度’的含义。”

前进的道路和政权更迭

Avcoat 调查——以及围绕其卓越技术的信息传递——也代表了拜登政府 NASA 领导层的告别演出。纳尔逊曾任美国国会议员和佛罗里达州美国参议员,此前宣布他将于年底离开该机构。在新闻发布会的前一天,当选总统唐纳德·特朗普宣布,他将提名亿万富翁科技公司首席执行官兼慈善家贾里德·艾萨克曼领导 NASA。艾萨克曼曾指挥两次私人 SpaceX 轨道任务:2021 年的灵感 4 号北极星黎明号

艾萨克曼与 SpaceX 的载人航天计划的广泛联系可能预示着阿耳忒弥斯计划的重大转变——该计划仍在应对关键硬件的延误。例如,为了适应计划于 2020 年代后期进行的阿耳忒弥斯任务的 SLS 升级,NASA 需要一个新的移动发射塔。2019 年,该机构估计该项目的成本将低于 5 亿美元,并将在 2023 年完成。根据 NASA 监察长办公室8 月份的报告,现在它将在 2027 年 9 月交付,总成本为 18 亿美元。

现在构成阿耳忒弥斯计划的各个部分已经延误多年;SLS 最初应该在 2016 年底飞行。而随着阿耳忒弥斯 2 号的最新延误,阿耳忒弥斯计划的前两次重大发射之间将过去大约三年半的时间。这与 NASA 希望在 2030 年代初期通过该计划实现的约每年一次的发射节奏相去甚远。

尽管如此,SLS 和“猎户座”长期以来一直享有国会的强烈支持——这是阿耳忒弥斯计划成为自阿波罗计划以来唯一一个在两届总统政府中基本完好无损地幸存下来的美国登月计划的关键原因。如果艾萨克曼打算通过最大限度地减少或完全移除这些昂贵的组件来改造阿耳忒弥斯计划,那么他很可能在他的参议院确认听证会上以及在他作为 NASA 最新领导人的假定任期内面临权力机构的敌意质询和强烈反对。

“我们正在向新政府移交一种安全可靠的前进方式:那就是重返月球,在中国之前到达那里,在近月空间拥有存在感……并走在[从]月球到火星的路上,”纳尔逊在新闻发布会上说。“我认为我们已经把它完美地解决了。”

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