全程解密美国“战神”火箭试射成功 搜集海量信息

美国当地时间28号11点30分，北京时间28号23点30分，美国航天局成功试射了一枚“战神I-X”型火箭，以测试其在飞行过程中的安全性和稳定性，这是美国首次对下一代运载火箭进行飞行测试。尽管本次试射仅持续了仅2分钟左右，但却点燃了美国航天新的希望，因为此次试射承载着美国人重返月球乃至首登火星的梦想。

美国战神火箭试射

    “战神Ｉ－Ｘ”顺利升空

    “战神Ｉ－Ｘ”运载火箭原计划27日清晨发射，但由于天气原因推迟了一天。28日清晨的发射也再度推迟。就在人们担心“战神”不能升空之际，将近中午的时候出现了发射窗口。11时30分，“战神Ｉ－Ｘ”火箭终于在位于佛罗里达州肯尼迪航天中心试射升空。在场的科技人员形容，战神火箭“像一支长长的白铅笔直入长空”。

    虽然试射耗资高达4.45亿美元，但是“战神”这次并没有真正进入太空。这枚两级火箭在试飞中的飞行高度只有28英里（约合45公里），整个试射只有2分钟的时间。此次试射过程中，火箭上没有搭载任何货物或人员，而其“身上”的700多个传感器将记录“战神Ｉ－Ｘ”在这次飞行中的表现。据悉，试射之后，相关人员将花几个月时间对试射数据进行分析。

    据悉，“战神Ｉ－Ｘ”火箭的第一级将在落入海中后被回收。而火箭的第二级由包括一个模拟的“猎户星”太空船以及发射中止塔在内的实体模型组成，将最终沉入大西洋，不被回收。

    值得一提的是，这是肯尼迪航天中心在近30年中首次试射新型航天器。上一次还是1981年，美国哥伦比亚航天飞机在这里上演了处女秀。

不同于航天飞机发射

    试射将在倒计时钟为零的那一刻起正式开始，但发射前的最后几秒与大多数发射任务截然不同。据“战神I-X”火箭发射主管伊德·曼戈(EdMango)介绍，“航天飞机发射时，主发动机会在发射前大约6秒钟时启动，在发射前3秒钟推力达到满负荷，最后3秒钟蒸汽会出现。但在此次发射中，上述步骤一个都看不到。直到倒计时钟到了零，你才会看到像航天飞机固体火箭助推器(SRB)点火的一幕。”

美国战神火箭试射

    “战神I-X”火箭会在点火指令下达后四分之一秒内发射，四个爆发压紧螺栓(explosivehold-downbolt)点火，将火箭从移动发射平台上释放出来。伊斯说：“我们点燃助推器之时，也是游戏开始之时。”

    在不到半秒钟内，动力强大的发动机会产生300万磅(约合136万公斤)的推力，这是胡佛水坝功率输出的23倍。电脑模拟结果显示，火箭发射时的轰鸣声将响彻发射塔周围，给发射后头几秒钟的噪音环境更添震撼。除了火箭周围安装的测试仪器外，发射台和移动平台也将遍布49个传感器，测量地面系统的运行情况。

    伊斯说：“‘战神I-X’火箭发射升空时的情况同航天飞机相似，也会发生震耳欲聋的声音，只是我们难以用更准确的词汇来描述这一切。直到五六秒钟以后，发射台才会归于平静。”伊斯表示，他对火箭在处理发射时的声音负载(acousticload)的能力满怀信心，即便它们比航天飞机发射时产生的声音更大。

    伊斯说：“归根结底，最重要的是震动。所以，在我们确定结构完整性时，震动数据将包含在电脑模型中，并且，我们要确保可以轻松应对发射环境。”航天飞机在发射时会从一侧远离发射台升空。与航天飞机不同，“战神I-X”火箭几乎是直接升空，为此，工程师计划在发射后瞬间采用轻微的操作机动，引导“战神I-X”火箭远离发射台。美宇航局官员并不担心火箭会撞上发射台，只是希望将发动机在离开发射塔时喷射的炽热气体烟柱对其的潜在危害降至最低程度。

 实施四次测试机动

    根据工程师的最佳预测，“战神I-X”火箭同发射台之间的距离约为15英尺(约合4.5米)，但也有可能只有9英尺(2.74米)。“战神I-X”火箭地面系统项目副经理比尔·斯托沃(BillStover)说：“由于‘战神I-X’火箭的升空状态可能与航天飞机大不相同，我们必须要对发射台进行加固，因为如果它以我们预料之外的某种方式升空，有些气体烟柱恐怕会对发射台造成破坏。”

美国战神火箭试射

    滚转操纵系统(RoCS)会在发射6秒钟后激活，此时，火箭刚刚飞过发射台服务塔的顶部，开始向东飞行。RoCS推进器是从美军“和平卫士”(Peacekeeper)洲际导弹改进而来，在真空状态下可以产生2250磅(约合1020公斤)的推力，能立即让火箭做出90度转向。

    据美宇航局官员介绍，滚转操纵系统将展示对火箭的可控性，使天线和地面站呈一条直线。工程师已将外形酷似理发店门前Z形条纹旋转柱的装置安装到“战神I-X”火箭第一级的外壳，从而可以通过目视追踪滚转操纵系统的方位。曼戈说：“从摄像机的角度，你可以获得转动率和俯仰率的数据。在实验性飞行测试中，你当然希望获取尽可能多的数据。”

    技术人员会向“战神I-X”火箭机载电脑输入四套指令，以判断火箭对手动操作负载的反应。伊斯说：“如果知道了喷嘴的输入数据，测量了火箭对人工操作的反应，我们就能更为准确地了解火箭自身及其飞行状况。”头两次指令输入将在火箭发射升空后不到一分钟时进行，届时会把第一级发动机喷嘴移动十分之一度。

    据伊斯介绍，输入的指令“基本上是命令火箭向一侧移动，向中心移动，向另一侧移动，以及向后移动。这种正弦信号输入应该会使得火箭稍微移动起来，我们会从传感器收到这方面的数据。”第三次测试机动是在发射75秒钟后进行，目的是让喷嘴完成至少三分之一度的转向。最后一次测试激动则是让喷嘴完成1度转向，以检查火箭对飞行方向偏离时的反应。

    伊斯表示，随着火箭完成这个承受最大动态压力的飞行阶段，额外的喷嘴移动将被降至最低。这是因为工程师希望测量火箭在面对最大受力情况下完成这一飞行阶段时将如何作出自然反应。根据模型得出的预测，“战神I-X”火箭每平方英尺(约合0.09平方米)承受的最大负荷将达到865磅(约合392公斤)左右，略高于航天飞机发射时承受的力。

    伊斯说：“在一枚长火箭的高负荷区，如果我们获得的弯曲度超过预计，它便将影响我们的推力矢量控制以及自身影响飞行的方式，最后只能让事情变得更糟而不是更好。空气动力学可能足以被排除在外，让我们迎来一些奇怪的动力学现象。所有这些都是测试的一部分。”

振动不是问题

    负责“战神I-X”火箭的官员并不认为振动会在发射过程中引发任何问题，但工程师还是希望了解负荷如何贯穿包括人员舱在内的火箭上部组件。“战神I-X”火箭的飞行轨道不同于“战神I号”火箭，以匹配这枚运载火箭将要承受的最大动态压力。这也就意味着，进行试射的火箭将在与“战神I号”相比较低的大气层与上级模拟器分离。

美国战神火箭试射

    伊斯说：“由于采用的是一个4节推进器并试图与一个5节推进器的轨道相匹配，我们不得不做一些不同的事情。通过匹配动力学压力分布，燃料很快就会耗尽，以至于无法将‘战神I-X’送至与携带额外节的‘战神I号’相同的高度。”

    “战神I-X”火箭的速度将提升到4.7马赫，在第一级推进器燃料耗尽时上升至大约13万英尺(约合39624米)的高度，此时的飞行时间刚过两分钟。在燃料耗尽前的最后几秒钟，压力传感器将寻找有关推力振荡这一火箭特征的迹象。

    推力振荡是在固体火箭发动机内出现的一种现象，能够引发强烈而具有破坏性的振动。在最后几次航天飞机发射过程中，工程师对固体火箭推进器进行仪表化，但并没有探测到推力振荡引发的任何显著负荷，这一现象也被称之为“谐振燃烧”。

    ATK公司(“战神I-X”火箭第一级的主承包商)“战神I-X”火箭项目经理乔·奥利瓦表示：“一种可能性是我们不会在此次飞行中发现任何值得注意的东西。在这一项目中，我并不认为推力振荡能够成为我们的一个重要关注对象，真正引起我们关注的应该是振动声学。”

    在级分离过程中，第一级与第二级之间的圆锥形连接点底部将进行点火。8个减速发动机将同时点燃，让第一级脱离“战神I-X”火箭的模拟部分。几秒钟之后，另外4个发动机将点火，让第一级发生偏转滚摆，就像航天飞机发射过程中固体火箭推进器被抛离之后所经历的那样。

    “战神I-X”火箭项目副经理乔恩·科沃特表示：“我们希望这种事情发生，因此需要合理地使用降落伞。如果我们无法使其发生足够旋转，它们经常会对火箭产生不利影响。”包括发射时不活动的组件在内的“战神I-X”火箭上部分将沿着一条无法控制的轨迹飞行，最后坠入大西洋，并且不会被收回。

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