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        【天天報資訊】火箭科學和官僚主義——2022年國外航天發射的一些事件回顧

        時間:2023-01-09 20:34:04    來源:程序員客棧    

        火箭科學和官僚主義——2022年國外航天發射的一些事件回顧

        作者:Jeff Foust(the spacer view),編譯:楊庭輝

        就發射活動而言,2022年是航天史上最活躍的一年。全球共有186次發射(其中179次成功)。這是五年前的兩倍多,當時全年共有90次發射(其中86次成功)。發射總數的增長主要歸功于中國和SpaceX。中國從2017年的18次發射增加到2022年的64次,而SpaceX在同一時間段內從18次發射增加到61次。


        【資料圖】

        SpaceX讓航天發射看起來像是例行化了。去年,它的61次發射不僅全部成功,而且每一次助推器回收著陸都成功了——就在五年前,回收這件事還是實驗性的。

        然而,在第一顆人造衛星發射65年后,太空飛行仍然不是常規活動。2022年的最后幾周揭示了發射活動面臨的一些長期挑戰。一枚由歐洲政府支持的火箭在升空幾分鐘后發生故障,導致其有效載荷無法進入軌道。一家初創公司在其小型火箭的首次發射中進行了幾次嘗試,但都因技術問題而受阻。另外兩家公司希望把活動擴展到新的發射場,但遇到了比技術問題更官僚主義的障礙。

        織女星C的“一個小問題”

        12月20日,織女星C火箭發射失利。圖為發射前矗立在發射臺上的該火箭。

        12月20日晚,一枚織女星C火箭從法屬圭亞那庫魯航天中心升空,搭載了兩枚來自空中客車防務和航天集團的PléiadesNeo成像衛星。這是織女星C的第二次飛行。

        織女星C火箭的發射服務運營商阿里安空間公司在發射時很樂觀。三周前,該公司宣布與歐盟委員會簽署了一份合同,將于2024年至2026年發射五枚織女星C,服務于哥白尼地球觀測計劃。

        雖然與歐洲航天局聯合運營哥白尼的歐盟委員會不太可能為這些衛星選擇另一種運載工具,但該合同仍能看做對織女星C的認可,將其發射合同數量增加到13次。阿里安空間公司首席執行官在與記者的簡報中拒絕透露合同價值,但表示阿里安空間公司提供了“非常有競爭力”的價格?!拔覀優樯诒l星發射提供的價格,與美國推出的產品相比,具有很強的競爭力?!?/p>

        12月20日,織女星C火箭在發射后的前幾分鐘似乎按計劃飛行。然而,在升空約四分鐘后,火箭的高度開始偏離任務計劃軌跡,這表明火箭存在問題。

        網絡直播的評論員們很快就關注到這個問題,但仍希望得到糾正?!班?,這是一次非常壯觀的升空,”主持人在屏幕上的數據顯示火箭高度驟降時說道?!拔覀內匀怀錆M希望,我們希望問題能夠得到解決?!?/p>

        幾分鐘后,她猶豫著說:“我們仍在等待發射的消息,似乎有一個輕微問題?!?/p>

        阿里安空間公司很快證實發射失敗。它與歐洲航天局、火箭主承包商Avio一起,在第二天舉行的新聞發布會上提供了一些細節,但數十名在線記者沒有提出任何問題。

        阿里安空間公司首席技術官在簡報會上表示,火箭的固體燃料第二級“和風40”的燃燒室壓力在點火后7秒開始下降,隨后平臺上的幾個電子設備出現故障。

        在簡報會上,他和其他人都沒有猜測是什么導致了發動機的壓力下降,盡管他們指出,它在織女星C第一次發射以及兩次驗證飛行中運行良好。他們也沒有估計聯合調查需要多長時間。

        這是織女星系列火箭三年半以來的第三次故障。2019年7月的一次發射,因為“和風23”發動機的問題而失敗,這是老款織女星火箭上的第二級發動機,研制織女星C的時候被“和風40”所取代。2020年11月的發射由于上面級電纜連接不當而失敗,使火箭停飛至2021年4月。

        這次失敗發生在歐洲航天的尷尬時刻,烏克蘭戰爭導致歐洲無法再使用聯盟火箭,阿里安5火箭還剩兩枚,阿麗亞娜6號火箭的第一次發射不早于2023年第四季度??椗荂與阿麗亞娜6號一樣,是歐洲長期進入太空的基礎,但這項過渡并不容易。

        “我們致力于組織和實施織女星C號的長期、成功復飛,”阿里安空間公司在失敗后的簡報會上說,但沒有估計織女星C何時可以再次發射。

        取得平衡

        11月21日,ABL航天系統公司試圖從阿拉斯加科迪亞克發射RS1火箭,但因最后一秒的技術問題而終止。

        第一次發射新火箭可能比讓火箭事故后復飛更具挑戰性。在復飛的情況下,人們知道火箭是可以工作的,只需要弄清楚出了什么問題。在發射新火箭的時候,人們并不能保證,它一定可以工作。

        ABL航天系統公司就是這樣,該公司曾希望在秋季末從阿拉斯加科迪亞克進行RS1火箭的首次發射。與小型運載火箭領域的一些同行相比,該公司在運載火箭的開發中一直保持著相對低調的姿態,沒有進行發射的網絡直播,僅僅是進行了一系列社交媒體更新。

        ABL于11月14日進行了第一次發射嘗試,但在發射前30分鐘,由于火箭下部燃料箱中的增壓系統出現閥門故障,未能完成發射。三天后,在第一級發動機點火時,發現一半的氣體發生器壓力低,在T-1.8秒時終止。該公司的結論是,自己沒有適當調節火箭內的液氧供應。11月21日的第三次嘗試在T-1.75秒時終止,液氧供應調節適當,但用于點燃發動機的系統中存在低壓。

        該公司在回顧第三次發射嘗試時表示:“這一次很接近成功。如果我們只保守了0.3%,RS1當天就會飛起來。對我們的團隊來說,這是一個重要周末,但我們必須在主動終止發射和火箭失敗之間取得平衡?!?/p>

        該公司于12月8日在科迪亞克進行了第四次嘗試,但在T-6分鐘時中止了發射。幾天后,該公司表示,航空電子設備中的“意外電氣干擾”觸發了中止,這是一個只有在火箭加注推進劑時才會注意到的問題。該公司總結道:“這表明了熱電或熱機械存在基礎性問題”。

        ABL把火箭撤出發射場,以糾正問題,并為第五次發射嘗試做準備。這次發射目前計劃不早于1月9日,地點還是科迪亞克。

        手續問題

        維珍軌道公司的“宇宙女孩”波音747飛機,在英國康沃爾航天港等待進行英國本土的首次發射。

        火箭實驗室和維珍軌道公司都曾多次使用小型運載火箭成功進入軌道,火箭實驗室的“電子”和維珍軌道的發射器一號分別在新西蘭和南加州發射。但兩家公司在嘗試從新地點發射時,都遇到了問題。

        維珍軌道公司在11月談到英國發射許可程序時表示:“這比我們預期的要長,也比我們預計的要花更多的精力?!?。

        維珍軌道公司長期以來一直標榜發射器一號的機動性——理論上,任何能容納波音747的機場都可以成為發射場。2022年秋天,該公司終于準備好,將“宇宙少女”747飛機送往英國紐基康沃爾機場,也就是康沃爾航天港,執行一項名為“啟動我”的任務,這不僅是維珍軌道公司首次從美國境外發射,也是英國首次從本土進行軌道發射。不過,這需要維珍軌道和康沃爾航天港取得許可證,需要經過英國民航局(CAA)(相當于美國聯邦航空局)的流程。隨著流程的進行,維珍軌道方面感到有些沮喪。

        維珍軌道公司首席執行官丹·哈特(DanHart)在11月初的一次電話財報會議上表示:“好消息是,我們沒有看到任何阻礙發展的因素或重大問題。但是,這比我們預期的要長,也要花更多的精力?!?/p>

        幾天前,英國下議院一個委員會發表了一份報告,批評了CAA的拖沓,并呼吁CAA指派更多人員進行發射許可審查。(事實上,到報告發布時,CAA已經增加了從事發射許可工作的人數。)

        這些延誤影響了維珍軌道的業務。該公司曾預計2022年將有六次發射,計劃到秋季初,兩次發射成功完成,第四次發射將回到美國進行。但在2022年11月的電話財報會議上,哈特表示,該公司2022年只會完成三次發射,前提是能及時獲得在英國發射的許可證。

        一個月后,維珍軌道表示,它已經放棄2022年從英國發射。該公司12月8日表示,在等待CAA許可證期間,需要對火箭進行“額外技術工作”。發射將推遲“未來幾周”,或推遲到2023年初。

        CAA的許可證終于在12月21日批準,維珍軌道現在已經獲得了在英國發射所需的所有監管批準。哈特在一份聲明中表示:“這是CAA的一個重要里程碑,代表著一項巨大努力的成功完成,其中包括新法規、新流程和新團隊的建設?!?/p>

        CAA對其阻礙發射的說法很敏感,在聲明中指出,它“在預期的時間內”頒發了維珍軌道的許可證。CAA先前估計,發射許可程序需要9到18個月才能完成,但它在15個月內將許可證授予了維珍軌道。

        然而,許可過程中的延遲在兩個方面影響了維珍軌道。

        其一是,該公司尚未證明它可以把發射頻率提高到多少,以創造更多收入并遏制公司的虧損。目前還不清楚,如果它留在加利福尼亞州莫哈維航空航天港的基地,它還能進行多少次發射。

        其二是,從英國獲得許可證的困難表明,該公司將發射業務擴展到其他國家的計劃可能比預計的更困難。維珍軌道公司強調了其火箭系統的機動性,并討論了未來幾年從澳大利亞和日本發射的可能性。但如果每一個新地點都會帶來許可障礙,那么就不值得去開辟新的市場機會了。

        當維珍軌道公司正在等待CAA的許可文件時,火箭實驗室公司也在等待批文。該公司正準備從位于弗吉尼亞州沃洛普斯島的發射場進行期待已久的美國本土首次發射。該設施本身于三年前建成,曾經計劃于2020年年中在那里實施第一次“電子”火箭發射。

        然而,要從沃洛普斯發射,火箭實驗室需要一個由NASA開發的新的自主飛行終止系統,該系統負責監督發射場。這個系統被稱為NASA自主飛行終止單元(NAFTU),于2020年完成,但審查發現其軟件存在大量錯誤。這導致了對該系統的跨機構審查,火箭實驗室公司被迫邀請了FAA和美國太空部隊的專家來協助。

        到2022年初,NAFTU已準備好進行獨立審查和認證,以此發現需要解決的其他問題?!拔覀冎鹨豢朔颂魬?,并在2022年夏天完成了獨立測試,”NASA沃洛普斯飛行設施主任大衛·皮爾斯在12月14日的簡報會上表示。

        到了秋天,NAFTU獲得了正式認證,并移交給了火箭實驗室公司??雌饋?,該公司在12月16日嘗試發射火箭之前,除了皮爾斯所說的,向FAA展示其飛行安全計劃的一些小文件外,沒有什么可做的了。

        然而,一天后,火箭實驗室公司宣布,12月16日的飛行將推遲至少兩天,因為NASA和FAA需要完成“發射場驅動文件”,也就是皮爾斯前一天提到的文件。

        火箭實驗室公司首席執行官彼得·貝克(PeterBeck)用一條令人震驚的推文表達了他對延遲的失望。12月16日,在沃洛普斯工廠接受采訪時,他承認自己對這個超出控制范圍的問題感到“失望和沮喪”,他認為這個問題早就應該得到解決。

        他說:“這是第一次,總會有一些問題。我們只是對六個月前沒有發生這些問題感到沮喪。問題幾乎發生在我們準備發射的前幾天?!彼f,火箭實驗室自12月初以來就已經為其“弗吉尼亞是發射愛好者”任務做好了準備,搭載了三顆鷹眼360射頻監測衛星。

        文件問題終于得到解決后,風力因素迫使火箭實驗室公司放棄了12月18日的發射嘗試。到12月20日發射窗口結束時,氣象預測還是沒有改善,迫使火箭實驗室將發射推遲到圣誕假期之后。

        貝克說,他不希望導致第一次從沃勒普斯發射“電子”火箭的問題再次出現。這家公司在11月的電話財報會議中表示,預計2023年將進行14次發射,其中4~6次將來自沃洛普斯飛行設施。

        然而,由火箭實驗室擁有和運營的新西蘭1號發射場將繼續是“電子”火箭的主發射場。貝克說,在沃洛普斯起步所面臨的挑戰“讓你感激擁有自己的發射場,在那里你可以控制所有問題,可以直接與監管機構打交道?!?/p>

        火箭實驗室和其他機構正準備在1月份進行新的發射嘗試,而SpaceX已經開始了。今年的第一次獵鷹九號發射于美東時間1月3日上午實施,為許多客戶發射了114顆小型衛星,是一次Transporter系列專屬拼車發射任務。僅這一次發射入軌的衛星,就超過許多小型運載火箭公司在2023年發射計劃的總和。

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