十年磨一劍？星際線飛船載人首飛再推遲

波音公司的星際線飛船原定在今年7月21日進行首次載人試飛，不料6月1日美國宇航局和波音公司聯(lián)合宣布，由于新近發(fā)現(xiàn)飛船存在兩個技術(shù)問題，首次載人試飛將被迫推遲。已有消息稱，該任務(wù)將不早于2023年底進行，甚至不排除波音公司放棄星際線飛船的可能性。那么星際線飛船的研制過程為何這么坎坷？它又有怎樣的技術(shù)特點？未來前景如何呢？

(資料圖片僅供參考)

“豪門貴胄”身負眾望

星際線載人飛船的故事要從2010年講起。當時，由于運維成本高昂，加上1986年“挑戰(zhàn)者號”和2003年“哥倫比亞號”兩起災難推波助瀾，航天飛機已進入退役倒計時，美國一時面臨失去獨立的載人航天能力。美國航天員前往國際空間站，只能乘坐俄羅斯飛船。然而，2011年航天飛機正式退役后，俄飛船票價不斷上漲，運送每名西方航天員的收費從2000 多萬美元一路飆升到2020年的8000多萬美元。

肯尼迪航天中心總裝測試廠房中的波音星際線飛船

為應(yīng)對這種尷尬局面，美國宇航局一方面立項研制兼顧近地軌道和深空探測任務(wù)的獵戶座飛船，另一方面推動商業(yè)載人計劃發(fā)展，希望民營航天企業(yè)挑起大梁，將美國航天員和貨物更廉價地送往國際空間站。

2014年9月，美國宇航局宣布，波音公司和SpaceX公司各自獲得了向國際空間站提供載人發(fā)射服務(wù)的合同，金額分別為42億和26億美元。要知道，波音公司從頭到尾參與了美國宇航局的商業(yè)載人計劃，獲得了比競爭對手更多的政府資金支持，最受美國政府倚重。波音公司也是信心滿滿，宣稱要在2015年讓星際線飛船為商業(yè)載人任務(wù)做好準備。

波音公司有資格如此自信，作為美國歷史最悠久的航空航天制造企業(yè)之一，從1916年創(chuàng)業(yè)至今，取得了舉世矚目的成就。特別是二戰(zhàn)后，波音自籌資金，進入航天技術(shù)領(lǐng)域，攻克固體火箭發(fā)動機難關(guān)，贏得了民兵導彈合同，至今仍是美國戰(zhàn)略彈道導彈主要供應(yīng)商之一。之后，波音通過并購等手段，不斷提高在航天領(lǐng)域的技術(shù)實力，成為美國主要火箭制造商之一，研制的德爾塔4系列火箭在很長一段時間里是美國運載能力最強的火箭。它還是美國主要衛(wèi)星制造商之一，無論是在軍用還是商用市場上都有舉足輕重的地位。在“阿波羅計劃”、航天飛機、國際空間站等美國歷代重大航天計劃中，波音公司都是重要參與者，研發(fā)一款穩(wěn)妥可靠的近地軌道載人飛船似乎不成問題。

研制歷程意外頻出

其實，美國商業(yè)載人計劃也說不上一帆風順。飛船無人試飛不斷“跳票”，最早計劃在2015年進行，隨后不斷推遲。直到2019年3月，SpaceX公司成功完成載人龍飛船的首次無人試飛。

星際線飛船本來有望更早飛天，但它采用多臺液體火箭發(fā)動機實施逃逸的技術(shù)方案，火箭發(fā)動機除用于逃逸外，還用于真空變軌推進以及再入過程減速制動，還要能夠多次重復使用，因此技術(shù)復雜。在2018年進行緊急中止系統(tǒng)測試時，波音發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機出現(xiàn)推進劑泄漏問題，不得不對飛船推進系統(tǒng)進行局部重新設(shè)計。這就使得星際線飛船首次無人試飛推遲到2019年12月。

在“星際線”執(zhí)行首次無人軌道試飛任務(wù)時，飛船上的一個任務(wù)計時器出現(xiàn)故障，使飛船未能按計劃在船箭分離后完成入軌機動。該故障消耗了飛船的大量推進劑，導致剩余推進劑無法滿足其安全對接國際空間站的條件，只好取消對接任務(wù)，提前返回地球。

事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該計時器初始化設(shè)置的時間點有誤，導致出現(xiàn)了11個小時的計時偏差。在隨后的在軌檢測期間，波音公司研制團隊又發(fā)現(xiàn)，飛船存在“閥門映射錯誤”，于是進行緊急排故，并在飛船著陸前約3小時發(fā)送了經(jīng)修正的飛控代碼。

“星際線”首次試飛不利后，美國宇航局提出大量整改意見，為安全起見，還要求波音公司再進行一次無人試飛。波音公司不得不自掏4.1億美元，進行第二次無人軌道試飛。

2021年8月，“星際線”再次被推上發(fā)射臺，但在發(fā)射前檢查中發(fā)現(xiàn)，13個推進劑閥門狀態(tài)異常，波音公司再次開啟漫長的排故之路。

經(jīng)過調(diào)查，閥門“卡澀”的主要原因是推進劑與大氣水分相互作用，對閥門材料造成腐蝕。但該問題并未徹底解決，而是通過凈化系統(tǒng)和密封連接件，避免讓水氣侵入推進系統(tǒng)閥門，緩解腐蝕作用。為此，波音還設(shè)定了減輕推進劑腐蝕的限制性窗口期，即向服務(wù)艙裝載推進劑之后的60天內(nèi)必須發(fā)射飛船。

2022年5月，星際線飛船執(zhí)行了第二次無人軌道試飛，與國際空間站首次對接。然而，在入軌階段，飛船點火僅1秒后，1臺發(fā)動機因故障關(guān)機，飛控啟動的備用發(fā)動機工作僅25秒后也因不明原因關(guān)機。好在飛船又啟動了另一組發(fā)動機進行機動，最終完成入軌。

業(yè)內(nèi)人士認為，此次任務(wù)是成功的，星際線飛船可以啟動后續(xù)載人任務(wù)。但今年5月26日美國宇航局表示，又發(fā)現(xiàn)了兩個令人擔憂的新問題，導致飛船首次載人試飛再度推遲。

執(zhí)行OFT-2任務(wù)的波音星際線飛船對接國際空間站

前途叵測的項目前景

波音宣布此次試飛推遲的前兩天，恰好是SpaceX公司載人飛行3周年。截至目前，載人龍飛船已為美國政府和商業(yè)客戶執(zhí)行了務(wù)，累計將38人送入太空10。次載人任美國宇航局仍表示，期待波音公司將“星際線”投入使用，成為第二家供應(yīng)商以提供項目冗余，而這原本是載人龍飛船的“內(nèi)定任務(wù)”。

接下來，星際線飛船項目團隊面臨較大壓力。以這次公布的兩個問題為例，一個是降落傘軟連接組件的載荷限制低于預期，一個主傘發(fā)生故障時，會給另外兩個降落傘帶來額外的負載，降低了降落傘系統(tǒng)的整體安全系數(shù)；另一個是包裹航天器線束膠帶的易燃性問題，在飛船其他部位發(fā)生“多重故障”的情況下，膠帶可能燃燒，帶來更大的潛在風險。不難發(fā)現(xiàn)，這兩個問題都不涉及過于高深的技術(shù)，更像是管理不善的惡果。

展望未來，“星際線”的前途可以說用“烏云密布”來形容。

首先是成本問題。2019年11月，美國宇航局首次發(fā)布兩款飛船的座位成本估算：載人龍飛船為5500萬美元，星際線飛船為9000萬美元。波音公司獲得了超出固定價格合同之外的2.872億美元額外補償，接下來，通過在星際線飛船乘員艙內(nèi)裝載額外貨物，將座位成本調(diào)整為約7000萬美元，但仍然高于載人龍飛船運送更多乘員之前的價格。

其次是運載火箭問題。星際線飛船本來要由宇宙神5系列火箭發(fā)射，但該型火箭即將被淘汰，預定替代者火神火箭遭遇首飛推遲，增加了任務(wù)的復雜性和不確定性。

最后是國際空間站退役問題。2022年9月，美國政府再次購買了5次載人龍飛船的國際空間站運輸服務(wù)，預計能夠支持到國際空間站退役?！靶请H線”即使順利服役，預計每年只能飛行一次，無疑使其前景黯淡不少。（作者：于遠航 把關(guān)專家：中國航天科技集團科技委副主任 江帆）

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