美國登月火箭因液氫泄漏再次推遲發射

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液氫的劣勢

氫是宇宙中最豐富的元素，但也是最輕的元素。600乘以10的21次方(sextillion)個氫原子才能達到一克的質量。因為它是如此之小，所以氫可以擠過最小的縫隙。在環境溫度和壓力下，這不是一個大問題，但在超冷溫度和高壓下，氫氣很容易從任何可用的開口中滲出。

為了加滿燃料箱，從地面系統引出的推進劑管線必須一直連接到助推器，直到發射的那一刻。在最后一秒，管線的末端需要“快速斷開”脫離火箭。但是難點在于，為了保證從火箭上斷開的安全，這些設備不能用螺栓緊緊地連接在一起，以完全阻止氫原子通過。在高壓和低溫條件下，密封這些連接是極其困難的。

太空發射系統配備四個發動機

正是液氫泄漏問題導致了NASA在上周六再次取消了“太空發射系統”(SLS)運載火箭的發射。在此之前的8月29日，NASA能夠給火箭上的液氫罐加滿燃料，但工程師們取消了這次發射嘗試，主要是因為另一個問題：發動機無法冷卻。

心知肚明

其實，NASA的工程師們都知道液氫作為火箭發射推進劑的好處和困難。

NASA官員上周六說，工程師們現在將努力研究當天出現相對嚴重泄漏問題的原因。官員們已經指出了至少一個錯誤，包括周六發射前操作中發生的冷卻過程中壓力過大，但也表示現在就說這是導致泄漏的原因還為時過早。

NASA月球探測項目“阿爾忒彌斯”的任務經理邁克·薩拉芬(Mike Sarafin)表示，在上周六的某個時刻，液氫傳輸管路上出現了“意外加壓”。壓力大約是該機構計劃水平的三倍，可能會影響到密封情況。

薩拉芬說，出現問題的程序是人工控制的。“現在要確切地說這是否是造成氫氣泄漏的原因還為時過早。”他表示。包括前NASA官員在內的許多航天業人士仍在努力了解火箭出現的挑戰。

被棄用的燃料技術

如今，一些航天公司正在開發的大型火箭發動機已不再使用液氫和液氧作為推進劑。

億萬富翁埃隆·馬斯克(Elon Musk)在上周六晚上表示，SpaceX在設計猛禽發動機時已將推進劑從液氫換成了液態甲烷。SpaceX計劃在“星際飛船”上使用數十個“猛禽”發動機。

馬斯克發布推文稱，甲烷是“高效和易于操作的最佳組合”，而且甲烷罐更小，不需要隔絕。

馬斯克稱SpaceX發動機已改用甲烷

SpaceX的目標是使用星際飛船進行深空探索，但尚未嘗試將其送入軌道。NASA已委托SpaceX開發星際飛船著陸器，在未來NASA的“阿爾忒彌斯”任務中將宇航員運送到月球表面。

杰夫·貝佐斯(Jeff Bezos)旗下航天公司藍色起源在其“新謝潑德”火箭的發動機上使用了液氫燃料，該火箭可以進行亞軌道太空飛行。

但是，藍色起源在設計其軌道級火箭“新格倫”時為其發動機采用了不同的燃料。這些被稱為BE-4的發動機使用了液態甲烷。藍色起源尚未置評。

航天飛機時代遺產

NASA局長比爾·納爾遜(Bill Nelson)表示，連續兩次推遲發射是正確的決定，因為工程師們正努力首次發射一枚復雜的火箭。他還為“太空發射系統”使用液氫燃料進行了辯護。

美國航天飛機就曾出現過液氫泄漏問題

作為曾經的佛羅里達州參議員，納爾遜在2010年幫助通過了指導NASA開發“太空發射系統”的立法。該法案包含的條款要求NASA使用來自航天飛機項目和其他機構的資產，包括液體燃料發動機。航天飛機就是由使用液氫和液氧的發動機提供動力。“太空發射系統”上的四個發動機曾用于航天飛機飛行。

“我們絲毫不懷疑氫燃料。”他在上周六的新聞發布會上討論該立法時說。

行星學會(Planetary Society)是一個倡導太空探索的組織。它最近發布的一份分析報告顯示，美國國會一直支持“太空發射系統”項目。在過去10個財政年度里，國會為該項目提供的資金超過了NASA的要求。目前還不清楚NASA目前遲遲未能發射“太空發射系統”，是否會影響國會對該機構這項努力的看法。

已是老問題

NASA官員上周末表示，發射團隊曾三次試圖阻止泄漏，這個泄漏問題出現在將液氫輸送到火箭燃料箱的管線上。在8月29日的第一次發射嘗試過程中，工程師處理了一個較輕的液氫泄漏，當時他們能夠排除故障。然而，在發動機冷卻過程出現問題后，NASA取消了第一次發射嘗試。

其實，NASA以前也遇到過液氫燃料的問題。根據NASA在十多年前發表的一篇關于該泄漏事件的文章，1990年，肯尼迪航天中心的工作人員曾應對過一次氫氣泄漏，該問題導致NASA航天飛機在被那個稱為“氫氣之夏”的時期停飛。

為了發射“太空發射系統”，NASA已對肯尼迪航天中心的發射設備測試設施進行了改造。該設施具備的能力包括為測試運行創造液氫流。

“阿爾忒彌斯1號任務”旨在為“太空發射系統”及其頂部的“獵戶座”飛船進行一次無人測試。這個巨型火箭將把“獵戶座”送到月球軌道，然后飛船返回地球，在重返大氣層時測試其乘員艙上的隔熱板。這次任務是為2024年的載人飛行做鋪墊。一年后的2025年，NASA希望能讓宇航員重返月球表面。

但是現在，NASA想的不用太多，它首先要解決的是液氫泄漏問題，完成“太空發射系統”的第一次試飛。