NASA史上最强火箭燃料箱极限撕裂 连续5小时受力印证箱体极度可靠

美国宇航局(NASA)联合波音等公司正在制造的“太空发射系统”(SLS火箭)堪称人类历史上最强的火箭,能将猎户座飞船、人类和补给送到月球和更远的地方。由于历史的原因,SLS火箭衍生自小布什时代的星座计划中的“战神5号火箭”,尽管星座计划因预算问题已经作古,但战神火箭研发的成果还是被保留下来,作为核心供应商的波音航天公司继承了该项任务,并以此为基础研发“太空发射系统”(SLS),而SLS火箭将成为美国2024年重返月球的主要力量。

SLS火箭被撕裂的液氢氧箱

截至目前,为2021年“Artemis 1”绕月飞行任务准备的SLS-1火箭已经制造完毕,正在进行紧张的测试工作。不过就在12月7日,NASA马歇尔太空中心就搞出了一个“大新闻”,他们把SLS火箭测试用的液氢燃料箱搞裂了。在此之前,该氢箱已经完成了全系列37项标准测试,结果全部合格。最后一项测试是极限结构压力测试,工程师给充满液氮的氢燃料箱施加了260%的作用力(模拟火箭飞行中最大受力的2.6倍),以验证该燃料箱的能力极限。该SLS的液氢箱顽强坚持了5个小时后,在第六个小时开始出现部分结构的扭曲,然后不堪重压箱体撕裂

其实在进行该测试的两天前,NASA就已经在其官网上放风,称SLS火箭的氢箱将进行破坏性的极限压力测试,这是NASA有史以来最大规模的受控故障测试,给燃料箱加压到极限值以寻找其爆裂点。测试前没人知道NASA所谓的极限压力是多少,当数据公开后,我们发现NASA已经“变态”到将测试数据调高到了火箭正常飞行所受应力的260%,同时通过地面设备对火箭飞行的震动和其他一些作用力进行模拟,但即便在这种残酷的情况下,SLS火箭的氢燃料箱依然顽强地坚持了5个小时没出现任何的扭曲与变形。尽管箱体最终还是撕裂了,但NASA和波音公司通过该极限测试,完全掌握了SLS火箭的燃料箱受力的极限数据,对于未来几十年美国的主力火箭而言,这是至关重要的。

极限测试之前完好的SLS火箭液氧箱

这是一次有意的极限撕裂试验,和火箭本身的安全性毫无关系,因为在过去几个月上百项的测试中,工程师们已经完全证明了火箭在常规条件下完全满足飞往月球的能力和安全性。在上个月的标准压力测试中,整个过程液氢箱表现稳定,丝毫没有出现裂纹、扭曲或者破裂的现象。这次极限测试只是让NASA拿到了更加极限的数据,对SLS火箭做到心中有数。与此同时,波音公司称极限测试时箱体变形和撕裂的时间点和位置,都与之前电脑计算模拟的情况一致,足以证明箱体材料和设计的可靠性

极限测试是美国航天一条不成文的规矩,比如说今年早些时候SpaceX的重型猎鹰火箭,就曾经在发射美国空军卫星时验证了一次火箭的极限运载能力,二级火箭燃烧到最后一秒,一级火箭也因发力过猛坠海而错过回收,但这恰巧向美国空军提供了重型猎鹰的极限运载能力。但前几天在德州博卡奇卡的“星际飞船1号”炸裂事件另当别论,尽管不少人为老马洗地,但那却是是一次计划外的失利,并非所谓的“极限测试”。

SLS-1火箭发动机安装到位

SLS火箭的主承包商波音航天公司最近非常忙碌,除了要制造和测试3台SLS火箭,还有一个部门正在为NASA制造飞往国际空间站的CST-100载人飞船,两项任务都非常棘手,但得益于波音强大的技术能力,两个项目都得到了长足的进展,CST-100飞船也将在12月20日首航。SLS火箭这次极限测试后距离全面组装已不再遥远,4台RS-25发动机已经就位,预计明年上半年就会开始整箭组装,下半年展开测试,而首次飞行可能不会早于2021年(NASA称将努力提前到2020年底)。

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