美國政府用“二手貨”替代航天飛機,背後有什麼貓膩?

03-18

今日,NASA 傳出消息,決定在未來的國際空間站補給任務中使用 " 二手 " 龍飛船和獵鷹 9 火箭一子級。這也使其成為繼航天飛機後全系統重復使用率最高的載人航天器。在相繼發射商業載荷、補給飛船和政府保密載荷後," 鋼鐵俠 " 馬斯克幾乎在事實上成瞭 NASA 的非正式局長,影響力爆表。

可能有人會質疑獵鷹 9 火箭的重復使用效費比,其實世界上永遠沒有最好的系統,隻有比較好的系統。美國最終選擇馬斯克,並非他的火箭多厲害,而是航天飛機太貴太難用。

美國國傢航空航天局(NASA)共計訂購 6 架航天飛機用於宇航發射。除瞭一架用於結構試驗外,其餘 5 架航天飛機完成 135 次軌道飛行任務。飛行頻率不及傳統火箭的 1/6。

蘇聯從上世紀 70 年代初期啟動航天飛機項目。1984 年,第一架 " 暴風雪 " 號航天飛機完成總裝。蘇聯航天部門來不及喘氣,為瞭早日首飛又進行瞭數年的緊張準備工作。

與美國航天飛機一樣," 暴風雪 " 號的軌道器和助推火箭均可回收再使用,隻有外貯箱是一次性的。但蘇聯人的助推器采用液體火箭發動機,必須保證完整無損才能用於第二次發射,遠不如美國固體火箭助推器哪段完好用哪段更實際。事後證明," 暴風雪 " 號的助推器根本無法確保整體無損回收,隻能一次性使用。其實他們根本無法預料,這個宏偉的航天器也就用瞭一次。

1988 年 11 月 15 日 ," 暴風雪 " 進行瞭首次也是唯一一次軌道飛行。" 暴風雪 " 繞著地球轉瞭兩圈,3 小時後順利地自行著陸。當時的蘇聯領導人戈爾巴喬夫宣稱," 這是蘇聯科學技術界的重大成功 "。但這一切都太晚瞭,蘇聯解體後新政權根本沒有那麼多重型載荷需要 " 暴風雪 " 號運載,該項目慘遭遺棄。

航天飛機可認為是運載火箭和衛星的復合體,兩者從結構上無法分解為完全獨立的兩部分。作為迄今為止硬件可重復使用比例最高的航天運載器,按照設計其軌道器、主發動機和固體火箭助推器均可多次重復使用,隻有液體推進劑外貯箱(相當於常規運載火箭的芯級貯箱)因質量和體積太大,結構強度在傘降回收方案下無法保證無損回收,所以隻能使用一次。其實固體火箭助推器在實際回收中也無法避免局部損壞的情況。由於助推器采用瞭分段設計,技術人員隻得在每次回收後選取未損壞的艙段拼接成一個整體重新裝藥使用。軌道器本質上是一個大號的載人 / 貨運多功能飛船。但在工程實踐中,為瞭盡可能多的回收昂貴的分系統,設計人員將主發動機從推進劑貯箱轉移到軌道器。按照設計目標,每架航天飛機可以重復使用 100 次。但航天飛機空前的復雜程度和載人級可靠性要求令維護難度超出預期——即使按照實際發射密度,每次任務也得由不同的航天飛機交替執行。

美蘇航天飛機除瞭在回收、復用方面的問題,人貨混裝的設計理念更是暗藏風險。——是想回避分別研發、制造載人飛船和貨運飛船造成的成本上升和資源分散,但若想高效的使用這種航天器就必須保證每次都同時有貨運和載人航天任務。國際空間站建設期間,航天飛機曾用於大型艙段、構件的運輸和在軌組裝。但在空間站主體結構組裝完成後,人們發現要想在每次飛機中都同步實現多名人員輪換和大量貨物補給根本不可能。航天飛機的運載能力將被嚴重浪費。

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