加注演练因微小分子干扰登月计划而中断
周一,在肯尼迪航天中心(Kennedy Space Center),NASA 为 Artemis II 进行的模拟倒计时遇到了一个熟悉的问题:工程师们无法控制 Space Launch System 火箭与移动发射平台连接处出现的氢气泄漏。为期两天的湿衣演练(WDR)完成了多项里程碑任务,但由于液氢泄漏率激增,指挥人员被迫在倒计时 5 分 15 秒(T-minus 5 minutes and 15 seconds)时终止任务并开始泄出推进剂。机构管理层表示,他们目前将目标定在 3 月——首个可用的发射窗口将于美国东部时间 3 月 6 日晚上 8:29(协调世界时 3 月 7 日 01:26)开启——作为 Artemis II 最早的实际发射机会,同时团队将审查遥测数据并计划进行第二次湿衣演练。
无法控制的氢气泄漏——哪里出了问题
泄漏点出现在 Artemis I 期间曾挑战 NASA 的相同位置:尾部服务桅杆脐带装置(TSMUs),这是一对约 30 英尺长的臂状结构,负责将超低温液氢和液氧从地面储罐输送到 SLS 核心级。在发射台上,TSMU 连接板与火箭上的匹配接口对接;起飞时,它们应能干净利落地分离。由于液氢必须保持在近 −253 °C (−423 °F) 的低温,密封件和柔性材料的尺寸和硬度会发生变化,从而产生微小的泄漏路径。氢分子是最小且最轻的化学物质,可以从在室温下几乎不可见的微小瑕疵中逃逸。
NASA 工程师认为少量的渗漏是正常的,并持续监测接口周围的氢气浓度。官员们设定了一个严格的安全阈值——连接器外壳内的氢气浓度约为 4%——超过该值必须停止操作。在本周的演练中,该阈值被多次突破。团队在演练期间尝试了缓解措施:停止液氢流动,让接口回温以使密封件重新复位,并调整推进剂流速。加注人员一度成功为火箭装载了超过 750,000 加仑的推进剂,但随后的泄漏率激增迫使指挥部在火箭切换到内部电源并为储箱加压之前终止了模拟倒计时。
无法控制的氢气泄漏:安全与进度的影响
氢气泄漏至关重要,因为它们直接影响人员和公众安全,并且会产生连锁反应影响进度。当氢气浓度爬升至安全极限以上时,地面团队必须清理发射台并停止敏感操作——这正是湿衣演练(WDR)期间发生的情况。演练旨在测试除起飞以外的整个发射流程,包括最后的收尾程序:地面团队关闭并固定了 Orion 飞船的舱门,并准备清理发射台以便倒计时进入最终阶段。Orion 舱门加压阀在这些收尾任务期间需要重新拧紧,而且由于低温天气的影响,地面通信出现了音频中断。泄漏峰值阻止了最后一次飞行前检查的执行——包括辅助动力单元的激活和核心发动机的转向检查——导致多个项目未经验证。
由于 WDR 是一场旨在发现地面问题而非发射问题的演练,这次延迟应被视为一种慎重的应对:NASA 管理人员在审查数据、缓解故障并完成另一次完整的演练之前,不会确定最终发射日期。这一过程可以在发射台上进行,也可能需要将火箭运回垂直装配大楼(Vehicle Assembly Building)进行维修和额外测试。无论哪种选择都有时间成本:运回和维修通常需要数周时间;重复的发射台尝试必须符合与 Orion 计划轨道几何形状相关的狭窄窗口期。
任务概况以及为什么 3 月窗口期至关重要
Artemis II 是 NASA 重返月球计划中的首次载人飞行测试。四名机组人员——指令长、飞行员和任务专家——将乘坐 Orion 航天器进行绕月飞行,利用绕过月球背面的自由返回轨道,以确保万一发生故障,航天器能安全返回地球。该任务不进行着陆,但它是验证 Orion、载人模式下的 SLS 火箭以及综合地面操作的关键步骤,为随后旨在让宇航员在月球南极着陆的任务奠定基础。
由于月球相对于地球的位置限制了轨道选择,Artemis II 每月只有少数几个发射机会允许计划中的自由返回路径和安全再入走廊。本周 WDR 后最早的实际机会是 3 月 6 日(美国东部时间晚上 8:29 开启,持续两小时),这就是为什么 NASA 在团队准备第二次完整演练的同时,将官方目标调整为 3 月,作为“最早可能的发射机会”。
操作经验与泄漏问题的历史
氢气处理长期以来一直是航天领域棘手的工程挑战。2022 年的 Artemis I 任务也遇到了类似的泄漏行为;在团队调整了氢气加注程序并采取了操作折中方案后,火箭最终成功发射。这段历史影响了当前的方法:管理人员并未匆忙发射,而是将 WDR 的结果视为可操作的数据,回到工程实验室和飞行控制台,分析来自 TSMU 接口传感器的读数、阀门行为以及环境影响(如本周干扰发射台摄像头和音频系统的冷空气)。
现在的选择包括在应用修复措施后重复 WDR,或者将火箭运回垂直装配大楼进行硬件更换和更深入的检查。运回过程可能需要数天时间完成,而执行纠正工作则需要数周;重复发射台演练也会消耗与月球几何位置相关的有限时间。飞行安全要求增加了进一步的限制——例如,启用飞行终止系统会建立一个与发射准备相关的 20 天操作窗口,这会影响后续尝试的时机。
这对机组人员和计划意味着什么
Artemis II 机组人员在演练前一直在进行医学隔离;NASA 表示,他们将解除隔离以恢复训练并等待新的发射日期。此类延迟会扰乱宇航员的时间表、任务就绪状态和公众预期,但这也是 WDR 的明确目的:在火箭仍在地面时发现并解决问题。NASA 强调,安全始终是宇航员、工作人员和公众的首要任务,只有在确信硬件和程序已就绪时才会继续进行。
从项目角度来看,这一事件突显了操作系统庞大复杂的发射系统的权衡:成熟的发射台、新型重型运载火箭和超低温推进剂都会引入必须在测试中排查的失效模式。Artemis 架构——Orion、SLS、地面系统和新的操作实践——正在接受实时检验。此次 WDR 捕捉到的数据将决定该机构是向 3 月的起飞推进,还是需要短期延期以进行额外的发射台测试,亦或是必须计划运回维修。
目前,工程师们将仔细研究来自储箱和脐带传感器的遥测数据,审查密封件和阀门在低温下的表现,并在硬件实验室测试修复方案。目标不仅是解决这次特定的泄漏,还要达成一个可重复的、低风险的加注程序,用于载人航天任务中的火箭加注——这是 Artemis 计划执行下一步更高难度的将人类送回月面任务之前的必要步骤。
来源
- NASA(关于 Artemis II 湿衣演练和发射操作的新闻材料)
- Kennedy Space Center(发射台和垂直装配大楼操作)
- NASA Artemis 计划技术简报及 SLS/Orion 系统文档
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