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石豪:祸不单行的波音公司,深陷噩梦的美国飞船
最后更新: 2019-12-24 08:29:33【文/观察者网专栏作者 石豪】
北京时间12月20日19时36分,美国波音公司的新一代载人飞船Starliner“星际客机”自卡纳维拉尔角发射升空,执行该飞船的第一次飞行测试任务,即OFT(Orbital Flight Test,轨道飞行测试)。按照计划,飞船在这次无人试飞中将与国际空间站对接,为宇航员送上圣诞礼物。
然而,在运载火箭工作结束后,飞船出现故障,最终无法与国际空间站对接,并于北京时间12月22日20时58分提前返回地面。
这对于不久前刚宣布停产737MAX的波音公司,对于寻求通过“美国制造”宇宙飞船重返太空的美国来说,都是沉重的一击。
准备发射的Starliner飞船 | 图源:NASA/JOEL KOWSKY
梦幻般的设计
在2011年航天飞机退役后,美国暂时失去了将宇航员送入太空的能力,因此尽管美俄交恶不断,NASA依然要放下身段向俄罗斯购买“联盟”号飞船的“船票”,以维持国际空间站美国乘组的轮换。
为此,已经将工作重心转移到火星和其他深空载人任务领域的NASA发起了多个商业载人航天计划,将对美国而言已经成熟的近地轨道载人往返业务外包给商业公司进行。最终,波音和SpaceX公司拿到了NASA的国际空间站任务合同,SpaceX给出的方案是“龙2”号飞船,而波音拿出的正是此次出现故障的CST-100 Starliner“星际客机”。
“星际客机”飞船设计分解图 | 图源:波音(中文注释由笔者添加)
相比于SpaceX的新手上路,波音的经验显然更胜一筹,在“星际客机”飞船的设计中,你能够看到阿波罗(Apollo)飞船和猎户座(Orion)飞船的影子。
CST-100“星际客机”与美国其他飞船返回舱对比 | 图源见水印
而用于发射“星际客机”的火箭,也是美国久负盛名的组合——宇宙神-5运载火箭和半人马座上面级。宇宙神-5火箭可以说是冷战后美国传统航天企业的代表作,从2002年至今80余次发射仅有一次失手;半人马座上面级更是可追溯到上世纪50年代,兼具高性能与高可靠性,是美国航天的活化石,也是美国走向航天超级大国的重要助推器。
强强联合,可以说波音“星际客机”的发射是稳字当头,不知道怎么输。
发射工位中的宇宙神-5火箭、半人马座上面级和“星际客机”飞船 | 图源:NASA
按照常规运载能力来说,宇宙神-5火箭加半人马座上面级完全可以将13吨的“星际客机”直接送入国际空间站对接轨道,不过根据官方公布的任务剖面来看,火箭和上面级只是将飞船送入远地点181.5千米、近地点只有72.8千米的亚轨道。
“星际客机”飞船发射时序和初轨高度 | 图源:ULA
由于近地点低于100千米的冯·卡门线,飞船在接近近地点时将受到巨大的大气阻力。如果不能尽快提升轨道到100千米以上,飞船将很快坠入大气层。
而这正是“星际客机”飞船设计的巧妙之处。
为了让宇航员更舒适,“星际客机”发射过程中的稳定过载被严格限制在了3.5g。因此运载火箭在飞行过程中要不断调整发动机推力,以确保不超过3.5g过载,所以火箭结束工作时,飞船近地点还低于100千米。
和“联盟”、“神舟”等飞船不同,波音“星际客机”飞船没有采用传统的逃逸塔,而是通过推进舱自带的液体燃料逃逸发动机执行飞船救生。这样做省去了复杂而沉重的逃逸塔,让火箭能够发射更大的飞船。
为确保在发射全程都能实现逃逸救生,“星际客机”飞船自然要携带更多的燃料。
如果发射出现问题,这些燃料足够确保宇航员逃出生天。
而如果发射一切顺利,那么多出来的燃料正好可以用于提升飞船的近地点,使其进入真正的近地轨道。
既省去了逃逸塔,又实现了逃逸救生,还能让宇航员全程舒适,真的是精巧的设计。
可偏偏出了问题。
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本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 吴立群 
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