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以专业著称的顶尖航空航天供应链企业们,齐心协力做出了一个漏洞百出的载人航天器,这事怎么听都让人觉得不可思议,但却线日,波音的Starliner(星际客船)飞船终于载着两名美国国家航空航天局(NASA)宇航员升空,前往国际空间站(ISS),但是从计划发射到对接空间站,再到返航都充满了不确定性。
其实早在5月6日,波音就打算按照原计划,搭载联合发射联盟(ULA)的宇宙神五型(Atlas V)运载火箭将星际客船送进轨道,但两位宇航员刚刚进入飞船,地面操作人员就注意到运载火箭第二级的氧气泄压阀有故障,故而取消了发射,将宇宙神五从发射台推回ULA的垂直整合设施(VIF)大楼,更换阀门后才又准备第二次发射。
由波音和军火巨头洛克希德-马丁各出资50%成立的美国联合发射联盟,能够说是NASA商业化的动力源头。在SpaceX出现前,美国的火箭发射基本都由它一家垄断,包括NASA和美国军方。为了打破这种垄断局面,才有了美国政府全力支持以SpaceX、蓝色起源为代表的私人火箭公司的举动——这也是波音在火箭商业化竞争中落后的关键节点,后文中会详细叙述。目前SpaceX从卫星发射量来说,已经占了美国的半壁江山。
再回到星际客船的载人飞行任务。第二次发射定在6月1日,这次宇航员都已经做好了倒计时准备,却仍在起飞前4分钟取消了发射,原因是三台地面控制计算机中的一台冗余控制机器的倒计时系统出现故障。
不止如此,在第一次发射时,就有工程师注意到了星际客船出现了氦气泄漏,但波音的管理人员认为这是某个密封零部件的孤立问题,泄漏严重程度还不足以影响发射,若不是宇宙神五的泄压阀出现一些明显的异常问题,可能第一次就直接“带病上阵”了。当时NASA的公开报告中也并未提及宇宙神五火箭、其地面支持设备或星际客船本身存在任何其他问题。
但氦气泄漏的问题在第三次,也就是6月5日的发射中变本加厉。发射不过几小时,地面工作人员就检测到了两个泄漏点,其中一个泄漏速度比较快,为每分钟395psi,相当于26.9个大气压。此后又接连发现三处较小的泄露点。
业内人士解释,航天器的氦气罐初始压强大概在7000psi左右(476个大气压),这些泄露点具体关联了多少质量的氦气由于没公布,所以没办法判断到底多久会漏光,但好在泄露点都在推进器的下端,NASA远程关闭了推进系统中的氦气歧管就能阻止泄露。但之后星际客船离开空间站返回地球的时候,还要再把这些管道打开,那时情况就很微妙了。
此外,星际客船的姿态控制系统(RCS)也是返程的大问题。在与太空站对接的过程中,有至少两个RCS推进器出现异常,据执行任务的宇航员威廉姆斯所说,在对接过程中他们先是失去了一个RCS推进器,然后又失去了另一个,“推力和控制能力都受到了影响”,好在两人都很专业,直接手动接管了RCS推进器,整一个完整的过程持续了一个多小时。
根据公开资料,星际客船上有28个RCS推进器,但至少有4个推进器在飞往国际空间站的过程中被飞行软件关闭,后又启用。飞向空间站的过程中,可以把RCS系统理解为推进器,在返回地球的过程中,RCS的作用又相当于“刹车”,同样不可或缺。
这也导致星际客船的返回日期一拖再拖。最初计划只是在太空站待一周多就回来,后来不断以很多理由推迟至今,乐观预期大概在7月底到8月中旬之间,两名宇航员还要在空间站和其他7名常驻人员再生活一段时间,才有机会再度乘坐星际客船返回地球——在执行新任务的宇航员到来前,星际客船和它的乘客都必须离开。
在这次令人诧异的闹剧中,氦气存在感突然加强。虽然不如火箭发动机那么引人注目,但氦气却实在和火箭的运行息息相关。
氮气和氦气都是火箭上常用的气体,用处十分普遍,比如都可当作能源,操作气动阀门或者部件。但是氦气却因为独特的性能而备受关注。
为了把更多载荷带上太空或更遥远的深空,火箭往往有大量推进剂储存在内,为火箭提供动力。推进剂又有液体和固态之分,除了煤油,大部分推进剂都需要极低温状态下保存,而冷却推进剂、净化和更换液体推进剂填充系统、射前增压的最佳选择就是氦气。
上海宇航系统工程研究所专家余延生表示,氮气虽然化学性质较为稳定,也能作为保护气体使用,但还是能和其它物质反应;而氦气是稳定性极佳的惰性气体,又是除氢以外密度最小的气体,最适合火箭发射、半导体制造等任务。
此外,氦气的沸点又相当低(零下268.9摄氏度),是所有气体中最难液化的,其它液体到了冰冷的太空会发生明显的变化,但氦气不会,想把氦气液化不仅需要零下272摄氏度的低温还要施加压力。总的来说,氦气是最理想的低温冷凝剂,哪怕氮气更便宜也无法替代其地位。
有趣的是,氦气因为太“轻”特别容易逸散,在地球上已经属于稀缺资源。2022年俄乌战争爆发后,高纯氦气等稀有气体的价格飙升,涨幅一度超过450%。SpaceX曾在2023年调高火箭发射业务标价,将猎鹰9号以及猎鹰重型火箭的发射价格上调了近8%,根本原因就是氦气等原材料成本的飞涨。
太空载人航天并不是波音最擅长的领域,但从筹备到线年间成本高昂的数次失败经历,却并没有让星际客船像SpaceX一样快速成熟。
2019年,星际客船进行首次无人试飞,第一次公开成果检验就出现了致命且低级的软件错误——航天器的时钟没有和地面同步,两者相差11个小时。错误的时间导致系统计算认为飞船已经偏离轨道,并自动修正飞行轨迹,没到空间站就已经返回地球。但美国航空业内人士反而很庆幸,“如果真的和空间站对接,很有一定的概率会把更珍贵的空间站一起带走”。
为什么会发生这种低级失误?根据波音几个月后的声明和接近波音、NASA的工作人员爆料,波音并没有统一的飞行软件团队,位于两个地点的团队分别负责飞行软件控制的不同阶段,这样的合作十分松散且充满官僚主义。在星际客船发射测试前,两个团队也是分阶段测试软件,并没有对软件进行端到端的全过程测试,这才导致了灾难性的失败。
按照时间表,2019年的试飞就应该是波音为NASA执行国际空间站的例行接送任务之前的最后一次飞行,但是没想到第二年SpaceX就开始正式执行载人航天任务,通过龙飞船(SpaceX Dragon)将宇航员和物资一同送往空间站。
要知道,在2010年奥巴马政府的商业载人航天计划刚刚诞生之时,美国政界大部分反对者都认为,这是要将NASA的载人航天能力拱手让人,但如果真的要选择一个能够承担这一责任玩家,波音是当时唯一的选择。2010年的SpaceX尚且年轻,只是被拉进场内作为凑数的备选项。没想到NASA最终将超过三分之一的商业载人飞船预算给了SpaceX:SpaceX得到价值26亿美元(现在已经增至31亿美元)的合同,波音得到42亿美元。
这么多年再回看两家企业背道而驰的轨迹,难以转变成商业思维也注定了波音的败局。波音当然熟悉飞船的制造,但却不会省钱。以往每一分成本都会被NASA报销兜底,且仍有获利空间;但现在每一次支出都要自己负责,至今为止,波音在星际客船的研发上已经超支15亿美元,而SpaceX已经执行了十余次往返国际空间站的任务。
2021年星际客船的试飞由于阀门问题被推迟,2022年的无人试飞终于抵达空间站,却在回来后出现舱室有易燃胶带、降落伞强度不足等问题……一路磕磕绊绊直到现在。
不仅在新的商业化领域进展缓慢,在自己的基本盘民用客机和军机制造领域波音同样麻烦不断。
今年1月,执飞阿拉斯加航空的一架波音737-9 MAX飞机,在起飞不到10分钟时,突然发生巨响,飞机左侧中舱门拴突然脱落,导致一扇安全门消失在4800米的高空中,万幸无人重伤或死亡。但这种离奇的事故,再加上波音不配合调查、伪造记录、面临刑事诉讼,飞机制造业寡头波音已然是千疮百孔——不过这也正是新入局者的机会。
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