走进NASA的庞大火箭工厂

走进NASA的庞大火箭工厂  博友可见

2015-03-19 16:38:33|  分类： 【天工開物】 |

本文转载自小玉《走进NASA的庞大火箭工厂》

原文来源：      原作者： Richard Hollingham     译者： ccwld338     发表时间：2015-03-18

数十年前，NASA就已经拥有了强大的火箭，能够抵达甚至超过月球。而如今他们正在建造能到更远的太空里去探险的火箭。Richard Hollingham造访了它。

 该火箭预期在2018年首次发射（图片：NASA）

如果你只想在本文里记住一个事实，那就记住这个：美国的新火箭将能够把12只成年大象带上地球同步轨道。

如今有人抗议对纳税人钱的严重滥用，更别提还有相关的动物权利问题。而在此之前，这只是个假想方案，是NASA试图用来阐明其新发射器的完整规模和强大的。

太空发射系统（SLS）将比自由女神像还高，比7.5架满载的波音747还重，比13400个火车头还强劲。这些数字全加起来，就成为了一艘能够载人超过地球轨道的火箭。自从此前“土星5号”运载火箭在1972年把“阿波罗”宇宙飞船上的宇航员送到月球之后，这还是第一次。

图片：Nasa

建造巨型火箭？Nasa又做回这一行了。

“这将是一艘独一无二的火箭，”SLS系统工程师Dawn Stanley说，“它将带着我们重返月球并超过月球，抵达小行星和火星，甚至我们从未去过的更远处。”

Stanley的言论是基于阿拉巴马州亨茨维尔市的马歇尔航天中心。它坐落在红石兵工厂的高安全栅栏之后，60多年来一直是美国导弹和火箭计划的大本营，所在的154平方公里（60平方英里）面积散布着靶场、静止试验支架和废弃的航天硬件。

全能型设计

废墟里容纳着看起来岌岌可危的脚手架——第一艘把美国人送入太空的火箭就在那里接受试验，装着废弃核能航天器的厚金属箱，以及“土星5号”火箭上的球茎状引擎。停车场旁边是废弃的航天飞机固体火箭推进器，侧面上令人安心地漆着“空”的字样。

意识到环绕着的这一切历史，Stanley表示与所有发射过的相比，新的航天飞机设计得功能更加全面。

“若是需要到小行星上执行找回任务，这艘火箭能送你到那里；或者你想去火星，这艘火箭也能到那里，”她说，“SLS可以满足政府下达的许多任务的要求。”

 带领我们追溯“土星5号”时代的火箭，曾发射NASA的登月计划航天器（图片：NASA）

正在建造的SLS发射器将用来运载新的“猎户座号”乘员舱，12月首次无人试验成功。尽管是个新设计，但这艘火箭还是从Nasa先前的成果中采用了许多技术。

4个一级SLS发射器将会使用航天飞机计划剩下的闲置引擎，其固体火箭推进器是航天飞机上那个的加长版，而二级引擎则基于20世纪60年代的“土星5号”设计。【1】Stanley对这种火箭技术上的回收利用非常坦然。

“为了离开地球，我们目前依然还需要火箭。所以我们用了航天飞机的技术，以及“阿波罗号”的技术，但我们也在注入新技术，”她说，“我们的核心级是新设计的，而且采用新的制造技术，以获得高效且能负担的火箭构造。”

自行车与机动车

SLS本身正在亨茨维尔市往南大约6小时车程的地方成形，那里有Nasa庞大的米丘德装配厂，邻近新奥尔良。这家工厂长约一公里，曾用来建造“土星5号”火箭，直到最近还制造了航天飞机的外部燃料箱。

由于其尺寸巨大，大多数工人在这个火箭工厂里走动时都得靠自行车，或者假如他们真的幸运，也可以乘坐“王牌大贱谍”风格的白色电动车——侧面带有Nasa的标志。

当我们把一组骑自行车的人转为乘电动车后，“在用的自行车仍然数以百计，”工程主管Pat Whipps说， “事实上，我们过去常常以拥有美国南部最大的自行车修理厂而自豪。”

驱车经过新火箭的一级燃料箱、箱间段以及整流罩，【2】整齐排列着跨过工厂地面，就像某种现代巨石阵。每一样都是铝板制造而成，许多地方只有几毫米厚，但却保持了结构完整性，秘密就在内部较厚金属的格状结构。这些闪闪发亮的构件不久就会被焊接在一起，成为火箭的中部核心，其内将被填入燃料箱、引擎和控制系统。

“与这个计划相关的每样东西都很大——工装（工艺装备）很大，硬件很大，然而工作中的容差（允许的偏差）却实在很小，”当我们在一件高耸的自动焊接机器旁停下时，Whipps说，“你现在看到的是，必须向上向上再向上，才刚刚能看到顶部的某个东西，其千分之一英寸的精确度。”

搅拌金属

用来将所有这些构件整合到一起的技术被称为摩擦搅拌焊，【3】事实上所涉及到的是把这些金属融合到一起。

“典型的焊接过程会消耗大量的热，满是火和烟，”SLS工程师Brent Gaddes解释道，“摩擦搅拌焊则完全不同，因为从始至终没有彻底熔化金属——实际上你是把它搅拌在一起了。金属升温从不超过其熔点。”

图片：Nasa

这是一个场面非凡的过程——把两块金属板夹在一起，电脑控制的旋转轴沿着焊接处移动。即使最长的焊接点也只需几分钟，比传统焊接技术生产出的任何东西都要更为坚实可靠。

这家新奥尔良工厂里最让人印象深刻的部分，毫无疑问是最后的组装大厅，该火箭的整个中部核心都会在那里组装到一起。高达17层的建筑里满是一台台自动焊接机，建成了史上最大的摩擦搅拌焊接构件。

“这跟其它做得更大的东西不一样，”Whipps说，“这是一种全新的工具，与之类似的以前从没人制作过，但我们正在发送的是射离地面的最大火箭，也是此前我们未曾制造过的东西。”

去往未知

SLS的首个发射器预期将在2018年发射，意味着米丘德装配厂和马歇尔航天中心的工程师有2年多一点的时间，去建造首个核心，试验引擎和推进器，并在海岸线附近用船把它运到弗罗里达的肯尼迪航天中心，进行最后组装。不必惊讶，首次任务——某种程度上比载人航天飞机到过的地方更远——将不会载人。

“我们将比阿波罗计划中去过的，远航行约30000英里，”Stanley说，“我们不得不在安全性和性能之间保持平衡——我们希望确保进行的是适当的冒险。”

Whipps分享了自己办公室墙上的景观，上面挂着 “挑战者号”与“哥伦比亚号”航天飞机上罹难工作人员的照片。他认为米丘德装配厂的每个人都清楚，他们正在建造最终将会载人的火箭。

这艘火箭被寄予厚望，可以在任何去往火星的载人任务中发挥作用。（图片：Nasa）

“我们经常接受宇航员及其家属的来访，那有助于提醒我们，我们正在做的事情是多么不可思议，是一项特权，但也是一份危险的工作。”他说。

不像此前的火箭计划，由于所需之处总能得到资金，所以几乎可以确定SLS将会飞向太空。假如火箭和猎户座太空舱的一切检查无误，第一批宇航员将可在本十年的末期登箭。于是问题就变成：将去哪里呢？

对于想要Nasa用这个不可思议能力去做什么，政客们还在摇摆不定。他们会下令返回月球，去一个小行星（目前最受欢迎），还是野心勃勃地航行去火星？无论白宫和国会选中什么，美国都在超过40年后再次有能力载人去往太空深处。

“美国民众希望国家成为世界第一，”Stanley说，“我们是一个好胜的民族，认为自己应该在许多领域里领先世界，而航空就是其中一个领域。”

【1】关于多级火箭。

【2】关于火箭结构，参考我国长征三号丙火箭。

【3】关于摩擦搅拌焊。