最近,由于预订的多枚火箭的首次飞行延迟,亚马逊不得不从SpaceX预订三项发射服务,以加快柯伊伯互联网星座的部署。 回顾2024年,一系列重大国际航天项目宣布延期,包括美国的“重返月球”、美国和欧洲的火星样本回归各国宇航员有哪些方法可以尝试重新获得项目进度?
星座与“鸽群”相遇。
我们通常用“放鸽子”这个词来形容信任的丧失。 这样一来,亚马逊此前就为柯伊伯星座发射计划“做了足够的冗余”,却发现一系列新型火箭落后,被迫面对太空项目拖延长期存在的问题,堪称“鸽子群”。
柯伊伯星座的目标是在2024年部署首批578颗卫星后,将至少3,236颗卫星发射到近地轨道,并提供宽带互联网服务,以与SpaceX的Starlink星座竞争。 后者已经发射了5000多颗卫星,几乎覆盖了全球,进展遥遥领先。
2019 年,亚马逊宣布对 Project Kuiper 投资 100 亿美元,并于 2020 年 7 月获准启动。 然而,美国审批当局要求亚马逊在2024年7月之前发射至少50%的卫星,即1,618颗卫星,并且所有卫星必须在2024年之前发射。
为此,2022 年 4 月 6 日,亚马逊启动了有史以来规模最大的太空发射服务商业购买,与 Arian Space、Blue Origin 和联合发射联盟预订了 83 次火箭发射,计划在五年内将所有柯伊伯星座卫星送入地球轨道。
其中,亚马逊与联合发射联盟签署了38枚火神-半人马座火箭发射,每枚发射45颗卫星;与Arian Space签署了18枚Arian 6火箭发射,每枚火箭发射了35 40颗卫星;与蓝色起源公司签署了12枚新的格伦火箭发射协议,每枚火箭还为61颗卫星提供了额外的15次发射选项。
此外,亚马逊还从ABL Space Systems购买了RS1火箭发射服务,用于部署两颗原型卫星,并于2024年从联合发射联盟购买了9枚Cosmos 5火箭发射作为“担保手段”。
然而,今年早些时候RS1火箭的首飞失败了,阿里安6号火箭的首飞从2024年底一直推迟到2024年年中,火神-半人马座火箭的首飞被推迟到2024年初。 至于自2024年以来一直在开发中,原定于2024年首飞的新型格伦火箭,其首飞没有确切的时间表。 这些“鸽子”迫使亚马逊在今年10月6日用一枚载重量超过8吨的宇宙5号火箭发射了两颗低地球轨道容量超过8吨的原型卫星,并被迫在今年年底向“假想敌”SpaceX低头。
延误并不少见
纵观各国的太空计划,重大航天项目普遍都经历过屡次拖延的困境,其中最著名的就是詹姆斯·韦伯太空望远镜。
韦伯太空望远镜翱翔宇宙效果图 从2024年美国首次规划“下一代太空望远镜”,到2024年“韦伯”最初预期飞行,再到2024年底发射,该项目已经推迟了20多次,成本从最初的5亿美元估算成本一路上升到近100亿美元。
事实上,柯伊伯星座选择的“火神”和“新格伦”之所以成为新一代火箭的著名“鸽子”,与蓝色起源负责的BE-4发动机密切相关。
BE-4液氧甲烷发动机自2024年以来一直在开发中,原计划于2024年准备就绪。 然而,发动机的开发速度缓慢,部件故障的报道频发,2024年初,整个预室涡轮泵系统甚至被“击倒”,发动机无法长时间在额定推力水平下稳定工作。
在第一批BE-4飞行级发动机下线后,联合发射联盟为了挽回拖延数年的火神-半人马座火箭的进展,于今年年初为火箭第一级配备了两台BE-4发动机,并进行了短暂的静态点火试验, 声称已经达到了一个重要的里程碑。
然而,今年6月30日,将用于第二次Vulcan-Centaur火箭示范飞行的第三台BE-4发动机在地面上进行了测试**。 这次事故给Vulcan-Centaur火箭的前景增加了极大的不确定性,因为它预计将在两次成功发射后获得美国太空部队的认证。
与需要两台BE-4发动机的Vulcan-Centaur火箭相比,Blue Origin开发的新型Glenn火箭计划配备七台BE-4发动机,其依赖性更强,前途未知。 据估计,蓝色起源每年将不得不生产数十台BE-4发动机,以确保不间断的供应,这显然面临着很大的困难。
作为欧空局在21世纪20年代太空发射的主力军,阿里安6号火箭的情况更为复杂。 2024年,欧空局正式确立了新一代阿里安6号火箭的主力地位,并采用了大量阿里安5号火箭的成熟技术,希望降低研制风险。 然而,这类火箭的配套产品涉及欧盟内部利益纠葛较多,涉及首链的企业太多,产品交付时间参差不齐,对项目整体进度影响较大。 此外,更新试验发射模式、发射设施等发射场建设也频频拖延进度。
2024年,重大航天项目更引人注目的延期,是西方的两大深空探测任务。 11月底,美国问责局发布了一份关于“阿尔忒弥斯计划”的报告,得出的结论是,“阿尔忒弥斯-3”载人登月任务不太可能在2024年之前发射,即使有额外的预算;美国宇航局在2024年底前将宇航员送回月球的目标更不可行。
报告中给出的主要原因包括SpaceX研制的基于星际飞船的载人登月舱进展缓慢,以及任务中期星际飞船的补充版本,毕竟星际飞船尚未投入轨道,比原计划晚Axiom Space研发的第一款登月宇航服进展不顺利,难以及时穿戴和测试。
此外,美国宇航局的独立审查小组已经就其与欧空局合作的火星样本返回计划发出了警告。 该计划于四年前完成,希望从火星收集约600克样本并将其送回地球。 根据该报告,火星样本返回计划的初步估计成本为44亿美元,现在已经达到80.11亿美元。
按照原计划,美国将于2024年发射火星着陆器,着陆器(可能包括火星车、火星无人机)和一次上升,预计将于2024年8月登陆火星。 然而,除其他外,采样技术的问题导致航天器的发射不早于2024年夏天,整个任务的完成预计不早于2024年。 至于对接火星轨道、将样本转移回地球的更复杂的过程,以及美欧之间的工作协调,恐怕也不容乐观。
最终,它们将更加“准时”。
许多航天项目都经历了进度滞后、资金涨涨不跌、指标下降等项目管理“灾难”,其根本原因是航天技术的高度复杂,对产品功能和性能的极端要求。 众所周知,航空航天产品在发射过程中必须克服复杂环境中的诸多考验,包括高温、高压、振动、噪音、冲击等。 航空航天产品进入太空后,还需要经过太阳风和宇宙射线的“洗涤”,并遭受高低温、高低压的考验。 同时,随着对经济性的日益重视,航空航天产品也必须追求极致的轻量化,导致安全系数的选择不能过于保守。 这些必须仔细权衡的矛盾要求,导致航空航天产品的技术方案变得更加复杂,实现目标需要攻关的关键技术太多。
数字孪生等技术有助于航空航天产品的研发。
相比之下,目前的技术水平还不足以对航天产品进行最佳预测,科研过程需要经过大量的试制、测试环节,甚至物理飞行测试,以检验方案设计的正确性。 这意味着按照所谓的“标准方法和要求”设计航空航天产品不足以确保可靠性,返工和延误是不可避免的。
尽管困难重重,但随着航天技术的进步和商业航天的蓬勃发展,推动产业链的成长,相信航天项目管理难、进展不可控的问题终将得到有效解决。
随着时代的发展,航天工业的形式呈现出更加鲜明的开放性,社会广泛参与的趋势也越来越明显。 一些先进的航天技术,已经从极少数国家垄断的“屠龙技术”,逐渐转变为商业化开发、普及、“飞进百姓家”、广泛应用于普通民众生活的日用品。
未来,航空航天产品有望更充分地融入庞大的工业体系,具有大规模制造、测试流程精简流畅、模块化、易于更换升级、备件丰富等特点。 届时,太空项目将更容易像建设项目一样控制进度,从而降低延误的风险。
本文原载于《中国航天报》飞天科学周刊
文:于元航,编辑,高晨,评论,杨健,杨磊,制片人,索阿迪