在航天領域中,具備載人技術的國家并不多,即便是航天技術頂尖的美國,現在都不敢說自己的載人航天能力,畢竟NASA采用波音的 “星際客機”的兩名宇航員滯留太空287天。
據悉,2024年6月5日,美國兩名宇航員蘇妮塔?威廉姆斯和巴里?威爾莫爾搭乘美國的波音公司生產的“星際客機”成功登上空間站,執行為期一周的常規太空任務。
由于“星際客機”飛船的推進器突發故障,28臺反應控制系統推進器里有5臺意外關停,這將會直接對飛船的正常運行產生影響。不僅如此,飛船還出現氦氣泄漏等問題,導致飛船不能正常工作,以至于兩名宇航員被成功留在國際空間站至今。
近日,兩名宇航員終于等到了返回地球的好消息,預計將于2025年3月19日或20日搭乘 SpaceX 的 “龍” 飛船返回地球 。
要知道,“龍”飛船也是近幾年SpaceX設計研制的全新的載人飛船,在此之前NASA宇航員往返國際空間站都是依靠俄羅斯的“聯盟”號飛船。目前美國還想實現載人登月,根據美國當前的載人數據,不免讓人十分擔心。
美國載人航天技術到底經歷了什么?現在這么“菜”?
曾經美國的載人航天能力并不是真的“菜”,在上個世紀六七十年代,美國的阿波羅號飛船曾多次成功登上月球,并在月球表面采集了數百公斤的月壤。
曾贈送給我國1克月壤,我國成功用0.5克發布了發表了上百篇論文 ,從中得到了很多線索,這有助于我們了解月球。那么,為何NASA現在載人航天技術這么難堪?
首先,費用縮減嚴重,根據官方的統計,阿波羅計劃的成功建立在冷戰太空競賽的特殊背景下,1966年NASA預算占聯邦預算4.4%(相當于2025年約2000億美元),而2023年僅占0.48%。
據了解,美國1972年后載人航天轉向近地軌道,登月相關技術未持續更新,導致目前想實現載人登月幾乎要從頭開始。登月時代的6000家供應商體系在項目終止后解散,曾經的阿波羅團隊現在已經年邁,新一代工程師經驗不足。
因此,因為費用的大幅度縮減,造成美國航天領域出現技術迭代停滯、供應鏈瓦解和人才斷層等一系列問題。
其次,技術傳承斷裂與系統重構困境,我們都知道在大型設備建造的時候,往往都會有圖紙,只要拿到對應圖紙復刻一個類似的并不難,然而,美國相關技術的文檔遺失,土星五號圖紙僅存微縮膠片,關鍵焊接工藝依賴已故技師的肌肉記憶。
不僅如此,土星五號使用的2219鋁合金需重新研發,現代替代材料LCF-125的焊接參數需從頭摸索;測試設施老化,圣路易斯裝配廠Bays高精度測量系統已停用40年,重建費用超30億美元。
第三、安全標準與任務復雜性的指數級提升,現代載人航天的技術挑戰遠超阿波羅時代:安全冗余要求:阿波羅指令艙故障率設計為1/200,當前獵戶座飛船要求達到1/2000;
輻射防護標準:阿爾忒彌斯計劃需解決深空長期輻射問題(月球軌道輻射量是近地軌道2-3倍);
可持續性要求:從單次登月發展到建立月球基地,需要突破原位資源利用(ISRU)技術,如3D打印月壤建筑;
最后,美國商業航天轉型的必須面對的困難,目前波音SLS火箭研發超支80億美元,進度延誤6年,而SpaceX星艦尚未通過載人認證;傳統航天器DO-178C標準與商業公司敏捷開發模式的兼容性問題;液氧甲烷發動機(猛禽)與傳統氫氧發動機(RS-25)的技術路線競爭等等。
總之,造成美國載人航天技術困境的原因有很多,目前美國重啟載人計劃,可見NASA現在已經意識到了載人航天的重要性,一直依賴他國對后面的太空任務都是不小的威脅。因此,送給NASA一句“菜就多練”。
為何2011年美國航天器全報廢?造成美國載人航天出現空窗期
自2011年美國航天飛機亞特蘭蒂斯號(STS-135)完成其最終任務后,美國載人航天曾經歷長達九年的真空期,期間不得不依賴俄羅斯的宇航員運送服務。此局面源于航天飛機項目自身固有的局限性。
首先,航天飛機的可重復使用性理念未能充分實現。為承受再入大氣層的高溫和震動,軌道器每次飛行后需耗費大量時間與資金進行維修,與最初預期的快速周轉目標相悖。
其次,絕熱系統存在脆弱性,導致了挑戰者號和哥倫比亞號兩次災難性事故,暴露了該系統在設計和材料上的缺陷。
最后,航天飛機缺乏有效的逃生系統,使得宇航員在緊急情況下無力自救。
面對上述問題,美國國家航空航天局(NASA)果斷決定退役航天飛機,并著手研發新一代載人飛船。這一轉變標志著設計理念的革新,摒棄了航天飛機低載荷比和液氫燃料的限制。
與此同時,商業航天的崛起,尤其是SpaceX公司憑借其商業載人合同和獵鷹系列火箭的成功,為美國重返載人航天提供了關鍵支撐。
此外,肯尼迪航天中心改建為多用戶發射場,以及通用對接接口(IDSS)標準的開發,都為構建新的航天體系奠定了基礎。
總結,航天飛機的退役并非技術倒退,而是美國航天發展模式從國家主導向政企協同轉型的里程碑。SpaceX在可重復使用火箭技術上的突破,如獵鷹火箭的成功回收,預示著一個更可持續、更高效的太空探索時代的到來。
最后
美國國家航空航天局(NASA)的載人航天技術,曾經是人類探索宇宙的先鋒,引領著世界航天領域的潮流。然而,由于多重因素的綜合作用,NASA的載人航天技術近年來遭遇了顯著的停滯,昔日輝煌已然褪色。
NASA載人航天技術的困境,警示我們航天事業發展之路并非一帆風順。持續的投入、精益求精的研發,以及對安全的高度重視,是保障航天技術進步的關鍵。面對新挑戰,NASA需要深刻反思,重塑其在載人航天領域的領導地位,方能再次書寫探索宇宙的輝煌篇章。
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