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火箭引擎三難題威脅美國新登月計劃

发表于 2024-10-16 23:31:22 来源:饕餮之徒网
◆期待火箭發射升空的火箭劃夷易近眾再次悲不雅而回。 法新社

(香港文匯報綜合報道)美國太空總署(NASA)前日再次叫停登月火箭「太空發射系統」(SLS)的引擎月計發射,令「阿耳忒彌斯1」號無人繞月飛行測試任務再度受挫。難題這次發射作废的威脅原因與第一次時相同,都是美國因為火箭其中一個引擎出問題,由於工程人員無法在現場處理,新登需要將火箭從發射台拖回裝配大樓,火箭劃以作進一步維修以及系統更新,引擎月計NASA承認火箭未必能在今個月內再次升空,難題最快可能要等到10月17日至31日的威脅發射窗口,象征整個「阿耳忒彌斯」計劃進度或者將因此推遲數個星期。美國

◆「阿耳忒彌斯1」號無人繞月飛行測試任務再度受挫。新登 法新社

美國早在幾十年前已经經試過登月,火箭劃本應擁有足夠技術以及經驗;「阿耳忒彌斯」計劃亦已经經籌備多年,引擎月計本應準備萬全。難題可是為何初次任務便已经經接連出問題,並要一再押後?綜合美國傳媒的合成認為,問題主要有三處:首先,SLS的火箭引擎屬於穿梭機時代產物,雖然坚贞但早已经老化,重大出問題;其次是火箭运用的液態氫燃料自身就存在高度不穩定性;第三則是火箭引擎難以在当时做測試,每一每一要到發射前才知道問題。這些原因都導致「阿耳忒彌斯1」號任務一波三折,假如不能安妥處理,美國很可能無法按計劃在2025年再次實現登月。

國會為慳錢逼立异舊件 4「超齡引擎」最老 歲

「阿耳忒彌斯1」號任務兩度在發射階段被迫延期,原因都與登月火箭「太空發射系統」(SLS)的引擎误差有關,使人不禁質疑引擎的坚贞性。正如SLS良多全副一樣,4具引擎都不是新產品,而是從已经經退役的穿梭機上拆下來,經立异改進後循環再用。雖然太空總署(NASA)聲稱這些退役至今最長達24年的引擎「久經歷練」,但都難以保證引擎不會出現老化等問題。

在上月尾的初次發射嘗試中,SLS的引擎曾经兩度出現問題,首先是引擎燃料洩漏問題,導致燃料加注過程兩度暫停,到正式準備發射時,其中一個引擎再出現排氣問題,導致引擎無法達到適合發射的溫度範圍,最終令發射被迫叫停;至於前日的第二次嘗試中,火箭引擎區域在開始裝載燃料後又出現燃料洩漏,經過三四個小時的勤勉後,該問題仍未解決。NASA隨後叫停發射計劃,此時距離預定發射時間還有大約3個小時。

「阿耳忒彌斯1」號火箭引擎簡介

強增推力存隱患

SLS运用的火箭型號為RS-25,實際是2011年已经經全線退役的穿梭機的火箭,經立异及降职功能後重用。這些引擎在整個穿梭機計劃期間進行過5次大型升級,共參與過135次任務,點燃超過3,000次。NASA為「阿耳忒彌斯」計劃頭4次任務共準備了16具RS-25引擎,當中惟独兩具屬於未曾经升空的後備庫存,可說是「久經沙場」的老將。

不過無論若何立异大修,依然不改這些火箭引擎退役多年的事實。以「阿耳忒彌斯1」號任務运用的4具引擎為例,當中最老的編號E2045引擎初次升空已经是24年前的1998年,前後出過12次穿梭機任務,其餘3具雖然較年輕,也分別出過3至6次任務。而初次發射出問題的引擎,正是有過6次發射史的編號E2058引擎。此外,為了降职火箭威力,NASA還讓RS-25引擎的推力由穿梭機年月的104.5%額定推力,降职到109%額定推力,可能影響引擎穩定性。

至於為何作為美國最新型登月火箭,卻只能运用舊整机,所有則要歸咎於美國國會。早在2010年籌備「阿耳忒彌斯」計劃之初,國會就要求新的登月火箭以及登月艙都必須运用「從穿梭機取患上的部件」,以減少浪費、着落老本,並加速計劃進度。不過在這個要求下,「阿耳忒彌斯」計劃依然多番延期,而且嚴重超支,這次火箭引擎接連出問題,更使人質疑事实重用舊引擎的做法是否合適。

倒數注燃料才知洩漏 4次「濕綵排」均失敗

氫原子是人造界最小的原子之一,這也象征着液態氫燃料可能從極細微的縫隙中洩漏。在未有預冷至可能輸送液態氫的超低溫前,這些燃料運輸管道內的縫隙不會顯現。換言之惟独在火箭進入發射倒數階段、液態氫燃料開始注入引擎,團隊能耐檢查出是否洩漏,一旦發現洩漏,便要在最後階段叫停發射。

自往年4月以來,美國太空總署(NASA)先後進行4次「太空發射系統」(SLS)登月火箭「濕綵排」,即向火箭輸送液態低溫燃料,可是這些綵排均告失敗,沒有一次能將液態氫全數注入火箭引擎。其中在6月進行的第四次綵排期間,火箭乐成進入倒數最後29秒,但此時發現一個約10厘米的燃料管道縫隙。NASA當時為了進入點火階段,決定不向地面電腦系統錄入洩漏風險,最終未能实现整個綵排。

SLS上周一初次發射期間,氫燃料缸管道也出現一個約20厘米的縫隙,阻延注入燃料過程。洩漏位置正是往年春天「濕綵排」時發現的对于立位置。有合成認為,NASA此前未有实现整個「濕綵排」,已经預示可能無法准期進行最終發射。

裝載極低溫液態燃料 引擎「先冷後熱」易出錯

「太空發射系統」登月火箭採用液態氫以及液態氧作為燃料,發射任務期間,合共逾70萬加侖的液態氫以及液態氧,分別以攝氏零下253度以及零下145度的極低溫,穩定輸送至4個「RS-25」引擎中。运用液化氣體有助裝載更多燃料,但引擎也要先預冷再翻熱,過程相當複雜,重大出錯。

罕用火箭推進劑分為固體以及液體兩種,燃燒推進劑可產生少许高溫氣體,推動火箭高速發射。运用液態燃料則不便火箭引擎操作排氣閥,採用液態燃料的火箭也較固態燃料火箭擁有更高比衝,即單位重量推進劑產生的衝力更大,說明液態燃料的推進功能更好。

根據美國太空總署(NASA)說明,注入燃料前冷卻引擎的過程稱為「預冷」,以確保關鍵零部件冷卻至合適溫度。引擎中间的排氣閥透過熱調節,讓低溫液態氫逐步流過引擎的渦輪泵、軸承、噴嘴以及其余部件,不會汽化燃燒。長約39米的燃料箱注滿液態燃料後,會收縮約15厘米,這些液態燃料運輸時必須连结穩定溫度,否則一旦升溫就會汽化组成氣泡,影響引擎熱調節成果。

引擎預冷期間,工程人員會評估引擎以及地面系統壓力數據,確認引擎作好準備,注滿液態氫燃料並點火。在發射倒數30秒內,操作火箭運行的航空電子設備一旦檢測到傳感器數據異常,即引擎未有实现熱調節並準備好點火,發射任務就會終止。

「阿耳忒彌斯1」號2022年內發射窗口
責任編輯: 木羽
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