战神火箭淘汰航天飞机

　　有点儿偏执的NASA 终于抛弃了航天飞机。NASA 的科研人员把眼光重新放到了30 年前的航天黄金时代的更加可靠与廉价的“土星”火箭，将它脱胎换骨设计成未来的“战神”火箭。火箭的名号阿瑞斯（Ares）和火星的英文名马尔斯（Mars）分别是希腊和罗马神话中的战神，不知这是否暗示“战神”火箭的终极目标是登陆火星？ 　　 　　肯尼迪太空中心，郁金香状的发射架上是美国下一代太空运输的主力――“战神1 号”运载火箭。和臃肿的航天飞机不同，它看上去更像一艘上世纪70 年代的复古航天器：箭身细长，上端逐渐变细成一尖头，尾端安装了优美的鳍。忽然，火箭的喷嘴喷出一团云状烟雾，夹杂着从点火装置中溅出的火花，接着是黄得发红的废气。战神的一级火箭使用固体燃料，固态火箭推进器带着3000℃以上明亮粗壮的火柱升空。火箭直刺苍穹，保持竖直上升以缩短在大气层中飞行的距离，以最少的能量损失克服作用于火箭遇上的空气阻力和地心引力。随后，火焰变长，火箭的速度越来越快，然后开始倾斜。到了关键时刻，火箭加速突破了音速，箭体振动了一下，但是运气不错，并没有发生令人担心的“跷振（pogo）”问题。跷振是多级火箭飞行时所装载的液体燃料可能发生的强烈共振，如果不能控制就可能导致箭体爆炸。火箭后部形成了一条白色条纹，清晰地挂在天上，这是火箭废气在高层冷空气中凝结而自然形成的烟雾状踪迹。遍布高空的强风很快就将这白色条纹撕扯成锯齿状。这时芯级分离，第二级火箭，也就是离地级的J-2X 发动机开始工作，它使用液氢和液氧燃料，把火箭送入一条圆形轨道。离地级的整流罩分离，藏在其中的就是著名的下一代“乘员探索飞行器”――“猎户座”飞船，“猎户座”飞船与登月舱交会对接。对接后，离地级让J-2X 发动机再次点火，挣脱地球引力，开始飞往月球的征程。 　　这还不是真的发射，只是NASA 的模拟影像，用来展示“战神”的力量。战神火箭的真正发射至少还要5 年时间，而“试用版”战神的发射也许就在今年7 月。NASA 已经痛下决心，抛弃华而不实的航天飞机，转投战神火箭的怀抱。 　　 　　从航天飞机回归火箭 　　 　　2009 年3 月28 日，“发现号”航天飞机平安归来，亿万人悬着的那颗心总算落下。自1984 年8 月30 日首飞以来，“发现号”真的老了，以至于近期的一次飞行一拖再拖，从最初的2 月12 日，一直到3 月15 日，甚至还不如朝鲜的“光明星2 号”发射那么准时。延误了空间任务自不必说，燃料箱隔热泡沫脱落、外部燃料箱的液态氢传输管发生泄漏等旧疾更让人心里不禁琢磨：这款20 世纪80 年代的NASA 牌航天飞机系列老爷车，到底还能飞多远？航天飞机的方案一度非常理想。在1969 年的洛克希德公司，曾经设计过“雷神号”火箭的主任设计师麦克斯韦・ 亨特（Maxwell Hunter）琢磨着一个可重复使用的运载火箭方案。“土星1B”或“大力神3 号”都只能使用一次，而“发射再入集成运载火箭”可以像飞机一样反复飞行节约成本。这个想法与“水星号”和“双子星座号”的设计师马克西姆・ 费格特（Maxime Fage） 不谋而合。NASA希望这种飞船能在地面和轨道之间频繁地来回穿梭，这种飞船后来成为众所周知的航天飞机。按照原定计划，NASA 的研发成本应该是51.5 亿美元，每次飞行的成本是460 万美元，最多不超过1040 万美元。后来我们知道，航天飞机没有想象中美好。“挑战者号”、“哥伦比亚号”的两次悲剧，硬件问题反复出现，外加每架航天飞机30 亿美元的造价，每次飞行约5 亿美元的维护和检修成本，揭示了一个尴尬的事实――航天飞机不是幻想中的低成本、可重复利用、值得信赖的太空运输工具。 　　事实摆在眼前，NASA 不得不承认，多级火箭这种运载方式虽然简单、廉价，显得不那么未来科技，甚至连朝鲜和伊朗都能掌握，却仍然是最好的选择。2005 年，星座计划公布，包含一系列新的航天器、运载火箭以及相关硬件，它们将在包括国际空间站补给运输 以及登月等各种太空任务中使用。其中用到的火箭是战神系列运载火箭――“战神1 号”完成载人计划，“战神5 号”提供“战神1 号”运载火箭补给的载货。它们的工作都是将美国人带到月球甚至更远的火星。 　　 　　战神的血统 　　 　　星座计划来源于阿波罗计划，又不同于阿波罗计划。运载量加大是一方面，安全性的加强也很受NASA 关注。星座计划不再是将人和货物一起送上月球，而是采取人货分离的方案。宇航员搭乘可以重复使用的“战神1 号”所载的太空舱进入轨道。一旦进入轨道，它将与“战神5 号”搭载的环绕地球运行分离舱对接，然后与登陆器、货物和补给一起前往月球。“猎户座”太空船位于“战神1 号”火箭上部，燃料箱不像航天飞机在机侧，宇航员远离了发动机点火和绝热材料脱落造成的危险，如此一来，安全性得到了提高。 　　战神火箭的设计同时吸收了航天飞机和运载火箭的技术。NASA 的年轻工程师以及承包商参观了史密森学会以及休斯顿航天中心，他们都想弄清楚他们的前辈到底是如何将人类送上月球。所以NASA 的局长迈克尔・ 格里芬（Michael Griffin）将这一新计划描述为“阿波罗兄弟计划”。同时战神1号的技术基于航天飞机的固态火箭推进器和航天飞机外燃料箱，第一级子火箭使用固体燃料火箭推进引擎。而第二级子火箭则使用液态氧和液态氢燃料，将使用J-2X 发动机。 　　J-2X 是J-2 的改进版， 而J-2 发动机曾是NASA 所拥有的最强劲的液氢液氧发动机。最初，NASA 更看好航天飞机主引擎（SSME），想由它来担当战神第二节的心脏，无奈SSME 价格太贵，最终只好把眼光转到性价比更高的J-2，它曾为土星5 号运载火箭的第三级提供动力，立下过丰功伟绩。1971 年阿波罗飞船登月任务中，阿波罗进入地球轨道后熄火，这时需要“土星5 号”第三级J-2 重新点火启动。J-2 漂亮地完成了任务，将飞船加速到第二宇宙速度飞向月球。除此以外，J-2X 还从J-2的简化型号J-2S 吸取灵感。J-2S 淘汰了原来的燃气发生器，因为它要浪费一些额外的燃料，用来驱动涡轮以输送燃料。而J2-S 直接用燃烧室上的管道的热量来运送燃料。2008 年9 月，洛克达因公司宣布J2-X 的燃气发生器试验成功。 　　此外，虽然J-2X 火箭引擎是J-2 的改良版，燃料储存系统却是全新的。原先计划由航天飞机外燃料槽的内部结构进行修改， 以“ 内槽”的方式分开燃料槽及氧化剂槽。最后使用阿波罗时期的概念，并不用内槽结构来减轻重量，而是在两个槽间以隔壁隔开――以隔板隔开的燃料槽可装载约135 吨燃料，借此可使火箭第二节较短且轻，且免去设计第二节及猎户座太空船连结处所必须承受太空船的重量。看来，那些参观史密森学会以及休斯顿航天中心的NASA的年轻工程师和承包商还真没少做功课。 　　 　　战神的膂力 　　 　　有了J-2X，“战神5 号”的运载能力将超过目前世界上所有的火箭，庞大的整流罩能足可以装下8 辆大巴， 它一次能运载188 吨（大约相当于20 辆大巴）物件至近地轨道，或71 吨至月球轨道。“战神5 号”运载重物的质量是航天飞机载重量的8.5 倍，容量是航天飞机的3 倍。除了月球，NASA 也计划通过“战神5 号”将航天器发送到火星。或者，哪天小行星想撞地球了，它也能将宇航员送到外太空的小行星上，也许能阻止小行星飞蛾扑火的行为。 　　当然，天文学家也对“战神5 号”很期待，因为巨大的推力可以发射更大的望远镜。马歇尔太空飞行中心光学工程师菲尔・ 斯塔尔（Phil Stahl）举例说明了这一点：“战神5 号可以携带直径达8 米的超大口径望远镜，我们目前已掌握了制造这种望远镜的技术。由于不必将大型望远镜放到小型运载火箭上发射，这样，发射的危险相对较低，同时在成本方面还存在巨大优势。”而下一代的太空望远镜不再像哈勃那样是一个单独的镜筒， 而是多块镜片拼装起来，更像是一个卫星天线的模样。先进技术大孔径太空望远镜（ATLAST），一台设计直径最大16 米的分段式光学/ 紫外望远镜已经确定由“战神5 号”发射。它将比2.4 米口径的哈勃清晰6倍，可以看到暗40 倍的天体，从而可以获取绕附近恒星( 距地球60 至70 光年远) 旋转的地球质量行星的光谱，可以从这些行星的光谱信号中探测氧气和水、甚至生命存在的痕迹，还可以探究星系和黑洞之间的联系。 　　虽然这至少是5 年后的事，但是“测试版”战神I-X 已经准备就绪。这是一次亚轨道不载人的试验飞行，2009 年3 月20 日，战神I-X 的最后一级零件已经由4000 多千米外的犹他州运到了肯尼迪航天中心，发射日期最初定在4 月15 日，不过因为哈勃维修任务的推迟无法实现了，要推迟到7 月11 日发射。不过到了这个日子能否准时试飞还很难说，NASA 拖延发射的习惯似乎不会因为战神的出现而有所改变。