滞留287天!美国两名宇航员即将返回地球,NASA载人能力有多差?
在航天领域中,具备载人技术的国家并不多,即便是航天技术顶尖的美国,现在都不敢说自己的载人航天能力,毕竟NASA采用波音的 “星际客机”的两名宇航员滞留太空287天。据悉,2024年6月5日,美国两名宇航员苏妮塔・威廉姆斯和巴里・威尔莫尔搭乘美国的波音公司生产的“星际客机”成功登上空间站,执行为期一周的常规太空任务。
由于“星际客机”飞船的推进器突发故障,28台反应控制系统推进器里有5台意外关停,这将会直接对飞船的正常运行产生影响。不仅如此,飞船还出现氦气泄漏等问题,导致飞船不能正常工作,以至于两名宇航员被成功留在国际空间站至今。
近日,两名宇航员终于等到了返回地球的好消息,预计将于2025年3月19日或20日搭乘 SpaceX 的 “龙” 飞船返回地球 。
要知道,“龙”飞船也是近几年SpaceX设计研制的全新的载人飞船,在此之前NASA宇航员往返国际空间站都是依靠俄罗斯的“联盟”号飞船。目前美国还想实现载人登月,根据美国当前的载人数据,不免让人十分担心。
美国载人航天技术到底经历了什么?现在这么“菜”?
曾经美国的载人航天能力并不是真的“菜”,在上个世纪六七十年代,美国的阿波罗号飞船曾多次成功登上月球,并在月球表面采集了数百公斤的月壤。
曾赠送给我国1克月壤,我国成功用0.5克发布了发表了上百篇论文 ,从中得到了很多线索,这有助于我们了解月球。那么,为何NASA现在载人航天技术这么难堪?
首先,费用缩减严重,根据官方的统计,阿波罗计划的成功建立在冷战太空竞赛的特殊背景下,1966年NASA预算占联邦预算4.4%(相当于2025年约2000亿美元),而2023年仅占0.48%。
据了解,美国1972年后载人航天转向近地轨道,登月相关技术未持续更新,导致目前想实现载人登月几乎要从头开始。登月时代的6000家供应商体系在项目终止后解散,曾经的阿波罗团队现在已经年迈,新一代工程师经验不足。
因此,因为费用的大幅度缩减,造成美国航天领域出现技术迭代停滞、供应链瓦解和人才断层等一系列问题。
其次,技术传承断裂与系统重构困境,我们都知道在大型设备建造的时候,往往都会有图纸,只要拿到对应图纸复刻一个类似的并不难,然而,美国相关技术的文档遗失,土星五号图纸仅存微缩胶片,关键焊接工艺依赖已故技师的肌肉记忆。
不仅如此,土星五号使用的2219铝合金需重新研发,现代替代材料LCF-125的焊接参数需从头摸索;测试设施老化,圣路易斯装配厂Bays高精度测量系统已停用40年,重建费用超30亿美元。
第三、安全标准与任务复杂性的指数级提升,现代载人航天的技术挑战远超阿波罗时代:安全冗余要求:阿波罗指令舱故障率设计为1/200,当前猎户座飞船要求达到1/2000;
辐射防护标准:阿尔忒弥斯计划需解决深空长期辐射问题(月球轨道辐射量是近地轨道2-3倍);
可持续性要求:从单次登月发展到建立月球基地,需要突破原位资源利用(ISRU)技术,如3D打印月壤建筑;
最后,美国商业航天转型的必须面对的困难,目前波音SLS火箭研发超支80亿美元,进度延误6年,而SpaceX星舰尚未通过载人认证;传统航天器DO-178C标准与商业公司敏捷开发模式的兼容性问题;液氧甲烷发动机(猛禽)与传统氢氧发动机(RS-25)的技术路线竞争等等。
总之,造成美国载人航天技术困境的原因有很多,目前美国重启载人计划,可见NASA现在已经意识到了载人航天的重要性,一直依赖他国对后面的太空任务都是不小的威胁。因此,送给NASA一句“菜就多练”。
为何2011年美国航天器全报废?造成美国载人航天出现空窗期
自2011年美国航天飞机亚特兰蒂斯号(STS-135)完成其最终任务后,美国载人航天曾经历长达九年的真空期,期间不得不依赖俄罗斯的宇航员运送服务。此局面源于航天飞机项目自身固有的局限性。
首先,航天飞机的可重复使用性理念未能充分实现。为承受再入大气层的高温和震动,轨道器每次飞行后需耗费大量时间与资金进行维修,与最初预期的快速周转目标相悖。
其次,绝热系统存在脆弱性,导致了挑战者号和哥伦比亚号两次灾难性事故,暴露了该系统在设计和材料上的缺陷。
最后,航天飞机缺乏有效的逃生系统,使得宇航员在紧急情况下无力自救。
面对上述问题,美国国家航空航天局(NASA)果断决定退役航天飞机,并着手研发新一代载人飞船。这一转变标志着设计理念的革新,摒弃了航天飞机低载荷比和液氢燃料的限制。
与此同时,商业航天的崛起,尤其是SpaceX公司凭借其商业载人合同和猎鹰系列火箭的成功,为美国重返载人航天提供了关键支撑。
此外,肯尼迪航天中心改建为多用户发射场,以及通用对接接口(IDSS)标准的开发,都为构建新的航天体系奠定了基础。
总结,航天飞机的退役并非技术倒退,而是美国航天发展模式从国家主导向政企协同转型的里程碑。SpaceX在可重复使用火箭技术上的突破,如猎鹰火箭的成功回收,预示着一个更可持续、更高效的太空探索时代的到来。
最后
美国国家航空航天局(NASA)的载人航天技术,曾经是人类探索宇宙的先锋,引领着世界航天领域的潮流。然而,由于多重因素的综合作用,NASA的载人航天技术近年来遭遇了显著的停滞,昔日辉煌已然褪色。
NASA载人航天技术的困境,警示我们航天事业发展之路并非一帆风顺。持续的投入、精益求精的研发,以及对安全的高度重视,是保障航天技术进步的关键。面对新挑战,NASA需要深刻反思,重塑其在载人航天领域的领导地位,方能再次书写探索宇宙的辉煌篇章。
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