美国登月火箭的悲哀：活在航天飞机时代、SpaceX都不玩了

上周末，美国宇航局(NASA)的登月火箭再次推迟发射，问题出在了一种被私营航天公司淘汰的燃料：液态氢。

SpaceX等部分航天公司在为自己的大型火箭开发新发动机时，已经弃用液氢燃料。

NASA表示，氢的重量轻，燃烧温度极高，是一种高效的推进剂，可用于火箭发射的不同阶段。

但是，工程师们也指出，氢的密度极低，很容易逃脱控制，而且它需要一个巨大燃料罐来储存。

液氢的劣势

氢是宇宙中最丰富的元素，但也是最轻的元素。600乘以10的21次方(sextillion)个氢原子才能达到一克的质量。

因为它是如此之小，所以氢可以挤过最小的缝隙。在环境温度和压力下，这不是一个大问题，但在超冷温度和高压下，氢气很容易从任何可用的开口中渗出。

为了加满燃料箱，从地面系统引出的推进剂管线必须一直连接到助推器，直到发射的那一刻。在最后一秒，管线的末端需要“快速断开”脱离火箭。

但是难点在于，为了保证从火箭上断开的安全，这些设备不能用螺栓紧紧地连接在一起，以完全阻止氢原子通过。在高压和低温条件下，密封这些连接是极其困难的。

太空发射系统配

备四个发动机

正是液氢泄漏问题导致了NASA在上周六再次取消了“太空发射系统”(SLS)运载火箭的发射。

在此之前的8月29日，NASA能够给火箭上的液氢罐加满燃料，但工程师们取消了这次发射尝试，主要是因为另一个问题：发动机无法冷却。

心知肚明

其实，NASA的工程师们都知道液氢作为火箭发射推进剂的好处和困难。

NASA官员上周六说，工程师们现在将努力研究当天出现相对严重泄漏问题的原因。

官员们已经指出了至少一个错误，包括周六发射前操作中发生的冷却过程中压力过大，但也表示现在就说这是导致泄漏的原因还为时过早。

NASA月球探测项目“阿尔忒弥斯”的任务经理迈克·萨拉芬(Mike Sarafin)表示，在上周六的某个时刻，液氢传输管路上出现了“意外加压”，压力大约是该机构计划水平的三倍，可能会影响到密封情况。

萨拉芬说，出现问题的程序是人工控制的。

“现在要确切地说这是否是造成氢气泄漏的原因还为时过早。”他表示。

包括前NASA官员在内的许多航天业人士仍在努力了解火箭出现的挑战。

被弃用的燃料技术

如今，一些航天公司正在开发的大型火箭发动机已不再使用液氢和液氧作为推进剂。

亿万富翁埃隆·马斯克(Elon Musk)在上周六晚上表示，SpaceX在设计猛禽发动机时已将推进剂从液氢换成了液态甲烷。

SpaceX计划在“星际飞船”上使用数十个“猛禽”发动机。

马斯克发布推文称，甲烷是“高效和易于操作的最佳组合”，而且甲烷罐更小，不需要隔绝。

马斯克称SpaceX发动机已改用甲烷

SpaceX的目标是使用星际飞船进行深空探索，但尚未尝试将其送入轨道。

NASA已委托SpaceX开发星际飞船着陆器，在未来NASA的“阿尔忒弥斯”任务中将宇航员运送到月球表面。

杰夫·贝佐斯(Jeff Bezos)旗下航天公司蓝色起源在其“新谢泼德”火箭的发动机上使用了液氢燃料，该火箭可以进行亚轨道太空飞行。

但是，蓝色起源在设计其轨道级火箭“新格伦”时为其发动机采用了不同的燃料。这些被称为BE-4的发动机使用了液态甲烷。

蓝色起源尚未置评。

航天飞机时代遗产

NASA局长比尔·纳尔逊(Bill Nelson)表示，连续两次推迟发射是正确的决定，因为工程师们正努力首次发射一枚复杂的火箭。

他还为“太空发射系统”使用液氢燃料进行了辩护。

美国航天飞机就曾出现过液氢泄问题

作为曾经的佛罗里达州参议员，纳尔逊在2010年帮助通过了指导NASA开发“太空发射系统”的立法。

该法案包含的条款要求NASA使用来自航天飞机项目和其他机构的资产，包括液体燃料发动机。

航天飞机就是由使用液氢和液氧的发动机提供动力。“太空发射系统”上的四个发动机曾用于航天飞机飞行。

“我们丝毫不怀疑氢燃料。”他在上周六的新闻发布会上讨论该立法时说。

行星学会(Planetary Society)是一个倡导太空探索的组织。它最近发布的一份分析报告显示，美国国会一直支持“太空发射系统”项目。

在过去10个财政年度里，国会为该项目提供的资金超过了NASA的要求。

目前还不清楚NASA目前迟迟未能发射“太空发射系统”，是否会影响国会对该机构这项努力的看法。

已是老问题

NASA官员上周末表示，发射团队曾三次试图阻止泄漏，这个泄漏问题出现在将液氢输送到火箭燃料箱的管线上。

在8月29日的第一次发射尝试过程中，工程师处理了一个较轻的液氢泄漏，当时他们能够排除故障。

然而，在发动机冷却过程出现问题后，NASA取消了第一次发射尝试。

其实，NASA以前也遇到过液氢燃料的问题。

根据NASA在十多年前发表的一篇关于该泄漏事件的文章，1990年，肯尼迪航天中心的工作人员曾应对过一次氢气泄漏，该问题导致NASA航天飞机在被那个称为“氢气之夏”的时期停飞。

为了发射“太空发射系统”，NASA已对肯尼迪航天中心的发射设备测试设施进行了改造。该设施具备的能力包括为测试运行创造液氢流。

“阿尔忒弥斯1号任务”旨在为“太空发射系统”及其顶部的“猎户座”飞船进行一次无人测试。

这个巨型火箭将把“猎户座”送到月球轨道，然后飞船返回地球，在重返大气层时测试其乘员舱上的隔热板。

这次任务是为2024年的载人飞行做铺垫。一年后的2025年，NASA希望能让宇航员重返月球表面。

但是现在，NASA想的不用太多，它首先要解决的是液氢泄漏问题，完成“太空发射系统”的第一次试飞。