nasa登月火箭(登月火箭工厂内建造阿特米斯火箭)(1)

50年来,人类在地球上空的旅行没有超过几百英里。现在,美国宇航局重返月球的计划正进入高潮。

美国宇航局即将踏上半个世纪以来未曾有过的旅程。为了到达那里,它需要有史以来最先进的航天器:一个被称为太空发射系统的超级重型火箭和一个被称为猎户座的宇航员车。

这些令人印象深刻的机器共同组成了阿特米斯计划(Artemis Plan),这是一个历史性的航天器和一个更广泛的太空计划,它将把四位宇航员带到月球,并将人类推向比以往更远的深空。中国已经成为这个相同赛道最厉害的选手,两个选手同台竞技,必将为人类的宇航开发和人类的更远旅程做出更大的贡献。

美国宇航局已计划在该计划的最初几年进行三次阿特米斯飞行,全部使用太空发射系统,这是NASA所建造的最强大的火箭:SLS火箭。SLS不会进行试飞,而且每个SLS火箭只会飞一次。

这个巨大的航天器将在今年的第一次发射中射向月球,可能在8月之前,不过这个航天器没有乘员。在第二次飞行中,SLS的有效载荷,猎户座太空舱,将在重新进入地球大气层之前,以每小时40000公里(24500英里)的速度和2760摄氏度(5000华氏度)的温度护送人类绕月。在预计最早于2025年进行的第三次飞行中,猎户座将在月球上降落多达四名阿特米斯航天员,这个距离比国际空间站要远1000倍。这将标志着自1972年以来人类首次踏足那里。

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这是一个雄心勃勃的目标,有一个相应的价格标签:根据最近的审计,自2012年以来,已经花费了930亿美元(按照当前汇率:6240亿人民币)。但在2022年,在这些费用首次开始计算的十年后,第一枚火箭正准备发射。而世界将最终看到下一代月球火箭的真正能力。

阿特米斯的建造是一个庞大的项目,它发生在美国国家航空航天局(NASA)曾在航天飞机、土星和阿波罗计划等硬件上工作过的同一个地方:新奥尔良的米休德(Michoud)装配中心。

这是一个他们称之为 "美国火箭工厂 "的地方。在这里,美国宇航局、波音公司和洛克希德·马丁公司正在建造硬件,这些硬件将带我们进入一个真正的历史旅程。

像任何工厂一样,这里是一个活动的场所,在任何特定的日子里,多个火箭的建造工作都会在这里蜿蜒进行。然而,这里的人知道像阿特米斯这样的项目的重要性。

"我们不制造洗衣机,"洛克希德-马丁公司米休德(Michoud)的猎户座综合规划经理蒂姆·利文斯顿(Tim Livingston)说。"我们建造的是国宝。"

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一个史诗般的建造

想象一下一个汽车生产线。但你不是在安装车门和车身面板,而是在建造一个98米(322英尺)高的火箭,比自由女神像还大。如此规模的项目需要一个独特的工厂和185800平方米(200万平方英尺)的空间。

"你需要的是大的开放空间,"米休德(Michoud)装配设施的主任朗尼·杜特雷克斯(Lonnie Dutreix)说。"你必须要有宽阔的过道,你必须要有带吊车的空间,以便能够吊起沉重的火箭。而关于地板的负荷,装配中心的人们没有意识到在美国南路易斯安那州没有基岩,所以这里的地板必须被加固以支持重量。"

杜特雷克斯(Dutreix)在米休德(Michoud)模型室工作,他在整个米休德(Michoud)装配设施的比例模型上隐约可见,并展示了火箭在建造过程中通过该设施的路径。他举止从容,带着浓重的美国路易斯安那口音。他与负责监督自土星五号第一级为第一个阿波罗计划建造以来米休德最大建造工程的工程师的性格都不同(阿特米斯一号比阿波罗计划使用的土星五号短一小截,但它可以将130万磅的有效载荷送入太空。未来的阿特米斯配置,米休德已经开始工作,它是为更深的太空任务设计的,将比土星号更高。

杜特雷克斯(Dutreix)已经在太空行业工作了几十年。他在20世纪90年代帮助建造和测试航天飞机项目的部件。但是,这种经验并没有带来任何自满情绪。对杜特雷克斯(Dutreix)来说,这次建造的每个部分都是关键任务。

"这个就像建造一架飞机,"。他说:"我们的心态是冗余、可靠和大量的测试,以确保飞机能够安全地完成任务,因为你的飞机上有人类。那么,把这种小心谨慎的心态必须用在火箭上,并把它放大100倍。"

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虽然美国国家航空航天局对其开展的每一项太空计划和建设都有一个执着般的关注,但载人飞行的风险要高得多。虽然阿特米斯号不会在其首次飞行中发射乘员,但该计划的主要重点是将人类带到月球和更深的太阳系中。

在短期内,美国宇航局专注于前三次阿特米斯飞行。

阿特米斯一号定于2022年发射,将在没有宇航员的情况下绕月运行。这次飞行将测试太空发射系统、猎户座航天器和所有支持飞行的探索地面系统的能力。在阿特米斯二号上,美国宇航局将首次派人上天,飞越月球的远端。这将不早于2024年发射。到了阿特米斯三号(NASA称将不早于2025年),第三枚火箭将最终送四位宇航员在月球南极着陆,并将他们的脚印印在月球表面。

这些飞行的每一个核心级和猎户座飞船都是在米休德(Michoud)制造的。事实上,阿特米斯一号的火箭和乘员舱已经运出该设施,并运往美国佛罗里达州的卡纳维拉尔角航天中心。现在,米休德正在建造Artemis II、III和IV,以及用于未来深空任务的部件。

"我们必须走在建造的前面,"杜特雷克斯说。"这不是一蹴而就的。"

太空发射系统

在米休德(Michoud),波音公司正在制造太空发射系统或SLS的核心级部件。洛克希德·马丁公司也在这里建造猎户座的压力容器,它是为宇航员在太空中生存而容纳加压大气的主要结构。

仅仅是SLS的核心级就有65米(212英尺)长,比一个奥林匹克长度的游泳池还要长。它本质上是两个巨大的相连的燃料罐:一个,容纳741900升(19.6万加仑)的超冷液氧,和第二个更大的罐子,容纳2032800升(53.7万加仑)的液氢。这些油箱与SLS的固体火箭助推器(来自航天飞机项目的升级部件)一起,提供推力,将重达27吨的火箭升离地球,进入太空。

建造这么大的东西是一项艰巨的任务,但在米休德(Michoud)附近走走,阿特米斯与其他生产线惊人地相似 :组成火箭的各个环被焊接在一起,形成更大的桶,然后盖上盖子,形成药丸状的罐子。这些部件可能是巨大的,但就像任何其他制造任务一样,工程师们仍然将它们一块一块地组合在一起。建造阿特米斯(引用古老的谚语)只是一个一次吃掉大象的问题。只是在这种情况下,它是一头由金属制成的大象,而且它将进入太空。

站在米休德(Michoud)装配车间的SLS的碎片旁边,感觉人类非常渺小。但是根据波音公司的说法,虽然SLS看起来很大,但它的外壁却出奇地薄。

"如果你想象一个可乐罐扩大到我们的液态氢罐的大小,你的桶壁厚度非常接近相同的比例,"波音公司负责Artemis II核心级的综合项目组负责人Amanda Gertjejansen说。

"那里的工程能够承受压力,以及那里的几十万加仑的燃料将被烧掉 , 这些罐子能够保持低温温度和压力。这个非常震撼。"

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当一个人在米休德(Michoud)周围走走徜徉和漫步,就能看到和听到正在积极建造的火箭。巨大的面板被堆积起来进行焊接,火箭的环形结构在站与站之间移动。这里很忙,很吵。而且有一个工人的工作就是以非常缓慢的速度跟着我在工厂里走来走去,在一个发出哔哔声的平板拖车上运输火箭的巨大环形部件。

SLS火箭的所有这些部件在米休德(Michoud)装配厂中蜿蜒前行,最终到达垂直装配中心,在那里它们被送入一个巨大的栈口,有点像一个倒置的Pez分配器,并被焊接到巨大的罐体中。

然后,它被送到最终装配区,在那里燃料箱最终被连接在一起,或与发动机部分 "配对",成为完整的SLS。而这正是建造规模真正变得明显的地方。

"我们在这里建造的飞行器的规模是惊人的,"美国宇航局阶段工程师钱德勒·谢伊曼说。"设计和制造人才需要建造这样大小的飞行器。这对于世界上所有的工程人员来说应该感到震惊和敬畏。"

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猎户座内部

如果说SLS是为了产生纯粹的动力和推力将宇航员送入太空,那么猎户座飞行器的建造则是为了在他们到达太空后引导四位宇航员并让他们活着。

虽然阿特米斯号建造的每一部分都是关键任务,但当涉及到载人飞行器时,风险尤其高。

洛克希德·马丁公司的猎户座综合规划经理蒂姆·利文斯顿说:"当你建造一个航天器时,你不能犯错。你要去的是一个没有任何人和事的环境。因此,你必须确保你建造的产品足够坚固,以确保不会出现飞行器或生命的损失。"

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猎户座载人飞船由若干部分组成。底部是由欧洲航天局建造的欧洲服务舱,它将在SLS发射后的很长一段时间内引导猎户座穿越太空和绕月飞行。它还包含足够的食物和水,供四名宇航员度过三周的任务。

服务舱上方是乘员舱。那是洛克希德公司正在建造的加压舱。它比阿波罗指挥舱大大约三分之一,其计算系统的速度是4000倍。它有四名乘员的座位(而不是像阿波罗那样的三名),一个辐射庇护所,乘员可以在太阳风暴期间撤退,甚至还有一个紧凑的运动机。但是,虽然美国宇航局正在将目光投向更长时间的深空任务,但这个太空舱并不完全是宽敞的。

利文斯顿说:"火箭仍然非常紧凑。"对于大多数任务,将有四名宇航员。因此,在很长一段时间内,它将是一个近距离的空间。"

但是,即使空间狭小,美国宇航局仍然比阿波罗时代走了很长的路。不再有吸收性的太空裤。取而代之的是一个带关闭门的厕所。

这个太空舱不只是要让宇航员在太空中活着。它还必须在他们回到地球时保护他们。据利文斯顿说,在过去40年里,从低地球轨道返回的载人航天器必须承受大约1650℃(3000°F)的温度。在返回的旅程中,猎户座将来自更远的太空,并且在再入时将达到每小时40000公里(24500英里)英里的速度,比目前为人类设计的任何航天器都快。这种高速度意味着更高的温度。猎户座太空舱必须能够承受2760摄氏度(5000华氏度)的温度,因此热保护系统有很大不同。

"这是一个恶劣的环境,"利文斯顿说。"但这就是为什么他们是宇航员而我们不是。"

月球上的靴子

当SLS和猎户座压力容器的工作结束后,米休德(Michoud)的团队将它们运往密西西比州边境对面的美国斯坦尼斯航天中心进行进一步测试,然后在美国佛罗里达的卡纳维拉尔角进行组装。这就是米休德(Michoud)在新奥尔良的位置的好处。在这里,SLS可以简单地在米休德门口的深海港口装上驳船。到900英里外的卡纳维拉尔角的肯尼迪航天中心需要6天的船程,但第一次阿特米斯发射的旅程要长很多。

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阿特米斯计划在美国宇航局已经酝酿了十多年。国会最初要求该火箭在2016年底前准备好发射。而航天局希望在今年年底前发射阿特米斯一号,但这一日期已经被多次推后。至于登月的靴子?2025年可能是雄心勃勃的。事实上,美国宇航局局长认为该日期最早为2026年。

然后是成本问题。根据美国宇航局保罗·马丁的说法,该计划预计到2025年将花费美国航天局(和纳税人)930亿美元(按照当前汇率:6240亿人民币)。阿特米斯一号、二号和三号的每次单独飞行估计将花费41亿美元(按照当前汇率:275亿人民币)。

该计划也引起了与私人公司的其他重型火箭的比较,如SpaceX,该公司正在建造星舰飞船。与Artemis一样,"SpaceX "的建造是为了将乘员和货物运送到月球和火星。但与星船计划不同的是,目前还没有为阿蒂米斯送上SLS或猎户座的改良原型进行试飞。

据波音公司的Amanda Gertjejansen说,在米休德(Michoud)建造的核心级是在美国斯坦尼斯航天中心进行热火测试的同一飞行器,也是交付给美国肯尼迪航天中心的同一飞行器。

她说:"你有你的原型,测试车辆和运载火箭,"。

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尽管Artemis I不会运载宇航员,但据Amanda Gertjejansen说,这枚火箭仍然是一个 "载人飞行器",这意味着它已被证明可以安全运载人类。

此外,与SpaceX的 "星际飞船 "不同,"阿特米斯 "的设计并不是为了重复使用。每枚火箭将只发射一次。因此,当私营公司发射和降落相同的火箭用于重复任务时,为什么要花那么多钱买一个单一用途的火箭?

对于美国宇航局来说,可重复使用性是有代价的。

"我们的任务是在一次发射中把尽可能多的质量送到月球,"米休德(Michoud)的杜特雷克斯(Dutreix)说。"当你有重复使用能力时,会有额外的重量惩罚。你必须有装备来降落它,你必须有额外的燃料 。所有这些都会减少你可以放到月球的质量。"

尽管该计划的成本很高,但美国宇航局最终希望能从其投资中赚钱。根据杜特雷克斯(Dutreix)的说法,目标是将Artemis商业化,并将火箭卖给任何需要重型发射能力的人。

"到了阿特米斯五号,我们希望它能将生产过渡到商业化,"杜特雷克斯(Dutreix)说。"如果你建造了火箭,你可以把它卖给任何需要重型发射能力的人......。如果他们能做得更便宜、更好,他们就需要这样做。我

们需要关注高风险的东西,比如去火星。"

这就是长期愿景。美国宇航局希望Artemis为深空铺平道路。这些早期的Artemis发射是迈向更大目标的垫脚石:将宇航员送至月球,建立月球基地,然后继续向火星推进,进行长期努力。

上一次NASA登月时,它正在发明车轮:试图通过发射一批精英宇航员进入未知的旅程来赢得1960年代和70年代的太空竞赛。现在,美国宇航局正通过阿波罗计划的姊妹项目阿特米斯号再次进行这一切。一个将更多人带入太空的太空计划--不仅仅是在阿波罗时代前往月球的24人,或有机会将双脚踏入月球尘埃的那十几个幸运者。

"这是我们的第一次,这很令人期待,"杜特雷克斯(Dutreix)说。"我试图让年轻的工程师和科学家们兴奋地认识到,他们正在创造历史。他们现在没有意识到这一点。但在某一时刻,当你到了我这个年龄,你会意识到,我们开始时我就在那里。"

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