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携带黑科技首飞,安塔瑞斯火箭爆炸

发布时间:2019-08-22 20:48编辑:科学浏览(109)

    今天诺格公司的天鹅座飞船乘坐自家的安塔瑞斯(Antares 230)火箭,出发前往国际空间站执行货运任务。看似平常无奇的任务,但恐怕已经有人忘记了它们曾经隶属的公司Orbital ATK,这是个跟SpaceX几乎在同一时期被NASA扶植的公司,且实力远超SpaceX,最后却落得被诺格收购的“命运”。

    图片 1安塔瑞斯火箭发射几秒钟后发生爆炸,图为NASA TV直播画面截屏。图片来源:Space.com

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    当地时间10月28日晚6点22分(北京时间29日晨6点22分),美国私营企业“轨道科学”公司(Orbital Sciences)使用由该公司设计制造的安塔瑞斯火箭(Antares),尝试发射同样由该公司设计制造的天鹅座无人货运飞船(Cygnus)。火箭点火升空仅数秒钟之后,便在爆炸中化为一团火焰。

    本月既定上演三飞船扎推发射,今晨启动第二飞:天鹅座飞船飞赴国际空间站(之前第一飞俄罗斯进步号,之后第三飞SpaceX货运龙飞船)。

    它跟SpaceX出路的不同,也可以大概看出NASA现在的发展思路。

    在爆炸中损毁的货运飞船原定前往国际空间站,装有总重达2293千克的补给物资。除食物、补给和设备以外,飞船上还载有超过725千克的科学实验仪器,其中一台原打算用于分析闯入地球大气层而发光的流星体的化学成分。

    一连串新意思跟着释放:天鹅座携带黑科技,太空鼠首次骑鹅旅行记……

    Orbital ATK有多厉害,随便列举几个就知道了:

    飞船上还携带着行星资源公司(Planetary Resources Inc.)开发的一颗原型卫星,该公司致力于开发小行星采矿技术,原打算利用空间站上的小型航天器发射机将他们的这颗卫星送入太空。

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    这是轨道科学公司执行的第3次前往国际空间站的货运任务。

    发射时间:

    a.航天飞机的两个核心助推器是他们家的,升级版本成为现在美国新一代重型火箭SLS的助推;

    NASA TV的直播画面。视频来源:NASA

    发射时间跟预定时间分秒不差,美东时间4月17日傍晚16:46,北京时间4月18日清晨4:46。

    b.世界最强固体火箭家族,米诺陶全系列,以及附带的全部发动机,他们家的;

    在NASA电视台的直播中,NASA发言人将这次火箭爆炸描述为一场“灾难性的异常”。尽管对这场事故的评估和调查才刚刚开始,NASA紧急行动办公室已经报告说事故没有造成人员伤亡,设施的损毁也仅限于发射地所在的瓦勒普斯岛南端。

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    c.飞马座空射火箭,世界现役唯一可以从飞机上/空中/横着发射的火箭;

    “现在想要了解具体发生了什么,还为时过早。”轨道科学公司执行副总裁、前NASA宇航员弗兰克·卡伯特森(Frank Culbertson)在一份申明中说,“我们会立即展开一项全面调查,确定此次失利的起因,明确要采取哪些步骤才能避免这样的事故再次发生。一旦弄清楚了事故的原因,我们将开展必要的工作恢复航天发射,继续支持我们的客户和本国的太空计划。”

    发射地点:

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    2008年12月,美国航空航天局(NASA)曾与轨道科学公司签订了价值19亿美元的合同,指定使用他们制造的安塔瑞斯火箭和天鹅座飞船,执行8次往国际空间站运送货物的任务。今年1月,该公司完成了第一次正式的货运发射任务,7月完成了第二次货运任务。此前在2013年,轨道科学公司还进行过两次试验发射,全部取得了成功。

    美国弗吉尼亚州瓦勒普斯岛0A发射台,这是天鹅座飞船通往国际空间站的专属发射台。

    d.航天器方面也成果斐然,例如探测小行星的黎明号,探测系外行星的TESS,陆地勘察卫星Landsat-9,遥感卫星IceSat-2,以及一批高水平通信卫星;

    图片 82013年9月,试验飞行的天鹅座货运飞船顺利抵达国际空间站。图片来源:BBC

    隶属于瓦洛普斯太空飞行中心,由NASA负责运营,但不属于NASA十大机构之一,规模、规格都不够格。

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    此次发射是轨道科学公司首次在安塔瑞斯火箭的第二级上使用升级之后更加强大的Castor 30XL二级火箭发动机,但现在还不清楚升级发动机是否有发射失利有关。

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    e.天鹅座货运飞船,专门给国际空间站货运;

    有航天业内人士怀疑,事故原因可能与安塔瑞斯火箭的第一级有关。安塔瑞斯火箭的第一级使用的是Aerojet Rocketdyne公司提供的AJ-26发动机。据航天内线(Spaceflight Insider)网站透露,这些发动机是上世纪60年代前由当时的苏联制造的,后来被进口到美国,翻新和升级之后被用在了安塔瑞斯火箭上。

    发射商:

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    Spaceflightnow网站也报道说,AJ-26火箭发动机原本由苏联研制,打算用在N-1登月火箭上。但N-1火箭接连发射失败,最终导致苏联放弃了与美国竞争的载人登月计划。这些火箭发动机也被扔在库房,直到上世纪90年代,Aerojet Rocketdyne购买了大约40台,进行翻新和改造之后,又提供给了轨道科学公司。

    美国军火巨头诺斯罗普·格鲁曼,具体点说是诺斯罗普·格鲁曼创新系统公司(Northrop Grumman Innovation Systems)。

    f.安塔瑞斯系列液体燃料火箭;

    今年5月,一台AJ-26发动机在地面测试时发生爆炸,2011年另一台发动机也发生了同样的事故,原因明显都是“应力腐蚀断裂”。

    更确切点说,2015年由轨道科学公司(Orbital ATK) 艾利安特技术系统公司(Alliant Techsystems)原班人马合并而成,2018年被诺·格并购。

    g.美国新一代固体燃料火箭Omega;

    图片 12安塔瑞斯火箭第一级使用的AJ-26发动机,最初是上世纪60年代由苏联制造的,引进美国后经过了翻新和升级。图片来源:SpaceFlight Insider

    军火巨头旗下的这家发射商,年收入44亿美元,在职人数12500人,包括4000名工程师、科学家,7000名制造与运营专家。

    h.大量其他衍生军工产品,例如服务了美国很多其他型号火箭和导弹等。

    美国另外一家私营航天企业SpaceX公司,也与NASA签订了价值16亿美元的合同,用他们公司设计制造的龙式飞船(Dragon)和猎鹰9号火箭(Falcon 9)执行12次无人货运航天任务。到目前为止,SpaceX已经完成了3次任务,没有出现意外情况。

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    美国航天曾经一直是这么一个大致格局:波音和洛马两大超级巨无霸,诺格、通用动力紧随其后,后面是Orbital ATK、ULA、洛克达因、Ball、休斯、TRW等,彼此之间互相合作和兼并重组。再往后就是毛毛多的商业航天。

    NASA正在寻求与私营企业合作,继续向国际空间站运送补给,甚至宇航员。2014年9月,NASA还与SpaceX和波音公司签署了数十亿美元的合同,资助他们开发载人飞船,希望能在2017年将美国宇航员送往国际空间站。(自2011年航天飞机退役以来,美国一直租借俄罗斯的联盟号飞船运送宇航员往返于太空之间。)

    运载火箭:

    这些公司彼此之间相比而言,实力悬殊巨大,例如SpaceX要碾压其他商业航天公司,但在Orbital ATK面前相差悬殊,和诺格更是要差出好几个Orbital ATK来,而和波音、洛马这两巨头恐怕又要差出好几个诺格来。

    国际空间站上的宇航员暂时还不必担心会出现物资短缺的情况。NASA发言人在事后召开的新闻发布会上说,国际空间站上的消耗品储备充足,至少可以维持到明年3月。

    安塔瑞斯230型火箭(Antares 230,也叫心宿二火箭),属于一款中型运载火箭。箭高42.5米,直径3.9米。

    一方面,几个巨头的好东西质量好得没的说,例如各种锁眼、电子侦察、GPS卫星、预警/红外卫星、中继卫星、哈勃、詹姆斯韦伯太空望远镜等,基本都是黑科技般的存在,这些东西贵就贵了,无所谓,因为全世界没任何其他公司能做出来。

    此外,俄罗斯已经在今天(10月29日)下午北京时间15点09分,从哈萨克斯坦的拜科努尔航天发射场发射进步号货运飞船,为国际空间站运送了另外一批补给。

    这是一款专门为发射天鹅座飞船打造的运载火箭。

    但另一方面,在火箭发射、航天货运这些极其成熟的领域,这些巨头就太黑了。例如洛马/波音家合作的黑店联合发射同盟,一发Delta 4-heavy就是4亿美元,普通的Atlas系列也1.5亿美元起,太贵了!同样的事情找后来的SpaceX,才几千万美元就可以搞定,猎鹰重型比Delta 4-heavy还强,新火箭也一个亿而已。

    另据路透社报道,此次发射失败几小时后,轨道科学公司的股票从26.50美元的价位下跌了3.87美元,跌幅达到12.74%。(编辑:老猫)

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    NASA虽然爆有钱,基本等于世界其他国家航天经费的总和,但现在的经费占联邦预算的比例依然是历史最低点,是阿波罗登月时期的十分之一。还有那么多事情要做,例如一个詹姆斯韦伯就要100亿美元,猎户座载人飞船200亿美元,SLS火箭200亿美元,月球空间站又是个吞金巨兽。。。当然能省就省,毕竟地主家也没有余粮啊!

    采用两级火箭模式:第一级使用液体燃料(精炼煤油RP-1 液态氧LOX),两台俄罗斯RD-181发动机;第二级使用固体燃料(端羟基聚丁二烯HTPB),单台卡斯托发动机(Castor 30XL)。

    于是NASA很早就开始扶植了一系列新兴商业航天公司,也鼓励一些二线航天公司转型商业航天,进入成熟的航天领域。Orbital ATK作为二线的代表,就是那时候瞄准了这个市场,推出了天鹅座和安塔瑞斯系列火箭。彼时同台竞技的大概有十多家企业,SpaceX属于新兴公司之一,还有内华达山脉、蓝色起源、维珍银河等。

    近地轨道运力7吨,发射价约8000万美元。

    在国际空间站货运领域,经过数轮竞争,最终两家笑到了最后:Orbital ATK的安塔瑞斯 天鹅座组合,SpaceX的猎鹰九号 龙飞船组合。这几年,二者大概各占NASA50%的货运任务。

    截至目前总计发射5次,全部成功。

    毫无疑问,SpaceX最终获得了NASA的青睐,尤其是独门绝活火箭回收技术成熟后,成本急剧降低、发展空间巨大。Orbital ATK的这个新产品组合不咋样,尤其是火箭价格居高不下:近地运力8吨,收费8000万美元起。和SpaceX一枚崭新的猎鹰九号运力23吨,收费最高6200万美元相比,没有竞争力。因而,Orbital ATK的产品在国际市场毫无竞争力,只能吃这一波NASA的合同养着。安塔瑞斯系列发射10次了,全是伺候自家的天鹅座飞船。

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    货运飞船:

    遭遇挫折时,SpaceX这种公司可以找投资找商业资本,但Orbital ATK这种美国航天核心资产就没那么多自由。最后的结果是Orbital ATK接受了诺格抛来的橄榄枝,成为诺格的一个新部门,Northrop Grumman Innovation Systems。

    天鹅座飞船(Cygnus Spacecraft)属于一次性自动化货运飞船,是目前美国货运补给国际空间站两款飞船之一。

    这也是NASA和国会允许的最理想状态:诺格实力大大增强,成为和洛马、波音并列的三大航天巨头,冲击洛马和波音两大巨头的垄断。剩下的成熟市场,则完全留给商业航天充分竞争。从去年起NASA和军方对这些公司的扶植再一次加强,例如新兴的Rocket Lab火箭公司拿到的几乎全是国防部/空军/NASA的合同。

    净质量3.7吨,体积27立方米,最大运载量3.5吨,跟其他一次性货运飞船(进步号、HTV白鹳号)一样不能复用。

    因而从Orbital ATK的历史看来,SpaceX目前的地位,大概还是一只小宠物的阶段,没有资格到桌子上去玩。但随着它的巨大进步,尤其是猎鹰重型火箭和龙-2载人飞船的成功,也在慢慢获得更高的地位。

    2008年与NASA签下货运承包合同,额度28亿美元,2013年首飞,迄今成功发射11艘。

    商业航天门槛很高,从来都不是能自我兴盛起来的一个行业,离了上头的掌舵和大量投食,是很难走出襁褓的。

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    发射任务:

    这次任务代号NG-11,这是今年发射第一艘天鹅座飞船(预计10月19日发射第二艘),也是总计第11次货运补给国际空间站、第12艘天鹅座飞船(2014年10月28日,第3艘天鹅座发射升空6秒后,安塔瑞斯火箭爆炸)。

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    别名罗杰·查菲号飞船

    除了代号,发射商通常还会给每艘飞船另取一名,今早发射的这艘飞船被命名为S.S. Roger Chaffee,为了纪念阿波罗1号宇航员罗杰·查菲。

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    他曾在1967年1月27日地面测试飞船中遭遇火灾,与另两名宇航员一起丧生(左:指令长维吉尔·格里森,中:爱德华·怀特,右:罗杰·查菲)。

    阿波罗1号飞船原计划一个月后发射,这是整个阿波罗计划唯一一次宇航员死亡事故。

    这次灾难换来载人航天的诸多改进:发射前飞船不再单一增压纯氧;宇航服改为玻璃纤维涂层;舱内尽可能使用自动熄灭、阻燃物料;舱盖改为向外开启设计,能在10秒内开启;修正1407处线路问题……

    发射全程:

    美东时间4月17日傍晚16:46(北京时间4月18日清晨4:46)发射升空,9分钟后,约200公里高度,天鹅座飞船与安塔瑞斯火箭第二级分离;两个多小时后,飞船展开两个扇面太阳能阵列。

    这期间,顺便部署了一组60个超薄款卫星,就在释放飞船后几分钟,部署在250公里的低轨道。这些卫星在轨运行5天后,再入大气层烧毁。这组超薄卫星是维吉尼亚商业太空飞行管理局资助的一项航天教育项目ThinSats。

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    天鹅座飞船经过两次点火、提升轨道后,预计将在美东时间4月19日早上5:30左右(北京时间4月19日傍晚17:30),由空间站机械臂擒获,之后对接舱口。

    这次任务从发射到擒获,全程用时大约37个小时,比以往耗时50多个小时已是大为提速。不过,跟最快的太空快递飞船进步号比起来,相差甚远。

    进步号创下最快交会对接纪录

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    携带黑科技,测试新技术

    这艘飞船计划停靠90天,然后飞离空间站,跟之前天鹅座飞船不同的是,该船不是直接再入大气层自毁,而是飞入更高轨道,在轨飞行持续数月甚至一年。

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    主要使命就是测试一种新技术装置:CMG控制力矩陀螺仪,一组4个,封装在一个立方体内。利用这种装置控制飞行姿态,而不是通常的推进剂,由此减少对推进剂的依赖。

    一旦测试效果显着、达到预期的话,应用前景可想而知,这一技术不仅会用到宇宙飞船上,还会应用到更多更小型的人造卫星上。

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    这次任务还有一项新意思,就是火箭顶部一改密封式整流罩,而是设计一个圆形小开门,为了方便工作人员进出天鹅座飞船。更具体来说,是为了最后环节运送活体小动物——太空实验鼠。

    这是天鹅座飞船首次搭载太空鼠,用来测试太空飞行对抗体和记忆功能的影响。相比而言,SpaceX龙飞船已经运送过多次这类太空旅客了。

    这次任务飞船总共运载3.5吨物资,包括1.5吨科学用品,其中有两个太空机器人Astrobees,替换已使用多年的小型球体机器人SPHERES。

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    这次发射刷新数据:

    天鹅座飞船今年第一飞

    天鹅座第11次货运补给国际空间站、总计发射过的第12艘天鹅座飞船

    安塔瑞斯230型火箭第5次发射

    美国今年第8发

    全球今年第25发

    美国8发、中国5发、伊朗2发、印度2发、日本1发、欧盟4发、俄罗斯3发

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