美國登月火箭因液氫泄漏再次推遲發(fā)射

(資料圖片)

液氫的劣勢

氫是宇宙中最豐富的元素，但也是最輕的元素。600乘以10的21次方(sextillion)個氫原子才能達到一克的質(zhì)量。因為它是如此之小，所以氫可以擠過最小的縫隙。在環(huán)境溫度和壓力下，這不是一個大問題，但在超冷溫度和高壓下，氫氣很容易從任何可用的開口中滲出。

為了加滿燃料箱，從地面系統(tǒng)引出的推進劑管線必須一直連接到助推器，直到發(fā)射的那一刻。在最后一秒，管線的末端需要“快速斷開”脫離火箭。但是難點在于，為了保證從火箭上斷開的安全，這些設(shè)備不能用螺栓緊緊地連接在一起，以完全阻止氫原子通過。在高壓和低溫條件下，密封這些連接是極其困難的。

太空發(fā)射系統(tǒng)配備四個發(fā)動機

正是液氫泄漏問題導(dǎo)致了NASA在上周六再次取消了“太空發(fā)射系統(tǒng)”(SLS)運載火箭的發(fā)射。在此之前的8月29日，NASA能夠給火箭上的液氫罐加滿燃料，但工程師們?nèi)∠诉@次發(fā)射嘗試，主要是因為另一個問題：發(fā)動機無法冷卻。

心知肚明

其實，NASA的工程師們都知道液氫作為火箭發(fā)射推進劑的好處和困難。

NASA官員上周六說，工程師們現(xiàn)在將努力研究當(dāng)天出現(xiàn)相對嚴重泄漏問題的原因。官員們已經(jīng)指出了至少一個錯誤，包括周六發(fā)射前操作中發(fā)生的冷卻過程中壓力過大，但也表示現(xiàn)在就說這是導(dǎo)致泄漏的原因還為時過早。

NASA月球探測項目“阿爾忒彌斯”的任務(wù)經(jīng)理邁克·薩拉芬(Mike Sarafin)表示，在上周六的某個時刻，液氫傳輸管路上出現(xiàn)了“意外加壓”。壓力大約是該機構(gòu)計劃水平的三倍，可能會影響到密封情況。

薩拉芬說，出現(xiàn)問題的程序是人工控制的。“現(xiàn)在要確切地說這是否是造成氫氣泄漏的原因還為時過早。”他表示。包括前NASA官員在內(nèi)的許多航天業(yè)人士仍在努力了解火箭出現(xiàn)的挑戰(zhàn)。

被棄用的燃料技術(shù)

如今，一些航天公司正在開發(fā)的大型火箭發(fā)動機已不再使用液氫和液氧作為推進劑。

億萬富翁埃隆·馬斯克(Elon Musk)在上周六晚上表示，SpaceX在設(shè)計猛禽發(fā)動機時已將推進劑從液氫換成了液態(tài)甲烷。SpaceX計劃在“星際飛船”上使用數(shù)十個“猛禽”發(fā)動機。

馬斯克發(fā)布推文稱，甲烷是“高效和易于操作的最佳組合”，而且甲烷罐更小，不需要隔絕。

馬斯克稱SpaceX發(fā)動機已改用甲烷

SpaceX的目標(biāo)是使用星際飛船進行深空探索，但尚未嘗試將其送入軌道。NASA已委托SpaceX開發(fā)星際飛船著陸器，在未來NASA的“阿爾忒彌斯”任務(wù)中將宇航員運送到月球表面。

杰夫·貝佐斯(Jeff Bezos)旗下航天公司藍色起源在其“新謝潑德”火箭的發(fā)動機上使用了液氫燃料，該火箭可以進行亞軌道太空飛行。

但是，藍色起源在設(shè)計其軌道級火箭“新格倫”時為其發(fā)動機采用了不同的燃料。這些被稱為BE-4的發(fā)動機使用了液態(tài)甲烷。藍色起源尚未置評。

航天飛機時代遺產(chǎn)

NASA局長比爾·納爾遜(Bill Nelson)表示，連續(xù)兩次推遲發(fā)射是正確的決定，因為工程師們正努力首次發(fā)射一枚復(fù)雜的火箭。他還為“太空發(fā)射系統(tǒng)”使用液氫燃料進行了辯護。

美國航天飛機就曾出現(xiàn)過液氫泄漏問題

作為曾經(jīng)的佛羅里達州參議員，納爾遜在2010年幫助通過了指導(dǎo)NASA開發(fā)“太空發(fā)射系統(tǒng)”的立法。該法案包含的條款要求NASA使用來自航天飛機項目和其他機構(gòu)的資產(chǎn)，包括液體燃料發(fā)動機。航天飛機就是由使用液氫和液氧的發(fā)動機提供動力。“太空發(fā)射系統(tǒng)”上的四個發(fā)動機曾用于航天飛機飛行。

“我們絲毫不懷疑氫燃料。”他在上周六的新聞發(fā)布會上討論該立法時說。

行星學(xué)會(Planetary Society)是一個倡導(dǎo)太空探索的組織。它最近發(fā)布的一份分析報告顯示，美國國會一直支持“太空發(fā)射系統(tǒng)”項目。在過去10個財政年度里，國會為該項目提供的資金超過了NASA的要求。目前還不清楚NASA目前遲遲未能發(fā)射“太空發(fā)射系統(tǒng)”，是否會影響國會對該機構(gòu)這項努力的看法。

已是老問題

NASA官員上周末表示，發(fā)射團隊曾三次試圖阻止泄漏，這個泄漏問題出現(xiàn)在將液氫輸送到火箭燃料箱的管線上。在8月29日的第一次發(fā)射嘗試過程中，工程師處理了一個較輕的液氫泄漏，當(dāng)時他們能夠排除故障。然而，在發(fā)動機冷卻過程出現(xiàn)問題后，NASA取消了第一次發(fā)射嘗試。

其實，NASA以前也遇到過液氫燃料的問題。根據(jù)NASA在十多年前發(fā)表的一篇關(guān)于該泄漏事件的文章，1990年，肯尼迪航天中心的工作人員曾應(yīng)對過一次氫氣泄漏，該問題導(dǎo)致NASA航天飛機在被那個稱為“氫氣之夏”的時期停飛。

為了發(fā)射“太空發(fā)射系統(tǒng)”，NASA已對肯尼迪航天中心的發(fā)射設(shè)備測試設(shè)施進行了改造。該設(shè)施具備的能力包括為測試運行創(chuàng)造液氫流。

“阿爾忒彌斯1號任務(wù)”旨在為“太空發(fā)射系統(tǒng)”及其頂部的“獵戶座”飛船進行一次無人測試。這個巨型火箭將把“獵戶座”送到月球軌道，然后飛船返回地球，在重返大氣層時測試其乘員艙上的隔熱板。這次任務(wù)是為2024年的載人飛行做鋪墊。一年后的2025年，NASA希望能讓宇航員重返月球表面。

但是現(xiàn)在，NASA想的不用太多，它首先要解決的是液氫泄漏問題，完成“太空發(fā)射系統(tǒng)”的第一次試飛。