2022年05月31日 11:00
【科學快訊】
近日，美國波音公司研制的星際線載人飛船與國際空間站實現對接，這是「星際線」執行的第二次無人軌道試飛任務。該飛船在國際空間站停靠了5天後，成功返回並降落在美國新墨西哥州的白沙導彈靶場。那麼，「星際線」有何特點？該飛船在研制中都經曆了哪些波折呢？
首飛時「翻車」 再試又被叫停
「星際線」原名CST-100，是一種可部分重複使用的載人飛船，目的是運送航天員前往國際空間站並安全返回。該飛船由可重複使用的載人艙和一次性使用的服務艙兩部分組成，發射重量13噸，高度5米，4.5米的直徑略大於美國SpaceX公司現役的載人龍飛船，但小於即將首飛的獵戶座載人飛船的5米直徑。
飛船內部加壓空間11立方米，最多可乘坐7名航天員。飛船采用自逃逸設計，配備有液體逃逸發動機，可通過氣囊在陸地著陸，返回艙能重複使用10次，設計上可兼容多種火箭發射升空。
按理說，一種新型載人飛船的試飛本應是媒體關注的焦點，但波音公司在此次發射任務中異常低調，美國宇航局和媒體報道也都全無熱度，這種怪象要從兩年多前的那次試飛失敗說起。
2019年12月，「星際線」首次執行無人軌道試飛任務，船箭分離前還一切正常。隨後，飛船上的一個任務計時器出現故障，使飛船未能按照計劃在船箭分離後完成入軌機動。
該故障消耗了飛船的大量推進劑，導致剩餘推進劑無法滿足其安全對接國際空間站的條件 ，只好取消對接任務，讓飛船提前返回地球。
事後調查發現，該計時器初始化時設置了一個錯誤時間點，才導致出現了11個小時的計時偏差。
在隨後的在軌檢測期間，波音公司研制團隊又發現了飛船一個「閥門映射錯誤」，這涉及飛船服務艙上的發動機。該錯誤幸好在飛船返回前發現，否則可能會導致服務艙與返回艙分離後重新向前飛去而撞上返回艙，後果將不堪設想。研制團隊發現後進行了緊急排故，並在飛船著陸前約3小時向其發送了經過修正的飛控代碼。
「星際線」首次試飛「翻車」後，除提出大量整改意見外，美國宇航局為安全起見還要求波音公司再進行一次無人試飛後才能進行載人飛行。雖然波音公司起初對此頗有微詞，但隨著調查的深入和問題暴露，最終只好接受現實，並自掏腰包4.1億美元進行第二次無人軌道試飛。
2021年8月，經過一年多的軟件審核和整改，「星際線」再次被推上發射台，執行第二次軌道試飛任務，但就在發射前檢查中，研制團隊發現飛船有13個推進劑閥門發生卡澀，完全無法打開。幸虧是在發射前發現，否則該飛船發射後很可能直接墜入大氣層。
問題發現後，該飛船的發射任務立即被取消，並將其拉回波音公司再次開啟了漫長的「歸零」之路。
本應是「砥柱」 反淪為「備胎」
一次試飛失敗，一次緊急叫停，讓波音公司在載人飛船研制上顏面盡失，早年的豪言壯語險成業界笑柄。最戲劇性的是在美國宇航局原有的「雙保險」計劃中，波音公司才是載人航天項目的中流砥柱，而SpaceX公司只是「備胎」。如今「備胎」已修成正果，波音公司這位「砥柱」才剛試飛成功。
實際上，早在美國航天飛機退役前的2010年，美國宇航局就開始物色新載人飛船的承包商，當時有波音公司、藍色起源公司、內華達山脈公司和 SpaceX公司等企業進入觀察資助名單。
美國宇航局借鑒之前「商業貨運服務計劃」的成功經驗，提出了「商業載人航天」項目，計劃資助兩家企業同時研制載人飛船，替代當時行將退役的航天飛機，擺脫對俄羅斯聯盟號載人飛船的依賴。
經過4年評估，美國宇航局於2014年正式宣布波音公司和SpaceX公司雀屏中選，前者的飛船命名為「星際線」，累計資助50億美元；後者的飛船則為「載人龍」，累計資助32億美元。
2019年3月，兩家公司在經過長達5年的研制後，載人龍飛船率先成功執行了首次無人試飛任務。9個月後，號稱「百年老店」的波音公司的「星際線」也開展了無人試飛任務，誠如前文所述，這次任務失敗了，飛船險些無法返回地球。
經過長達2年的整改後，波音公司終於開始了第二次無人試飛。然而，此時的載人龍飛船已經成功完成了7次入軌任務，其中6次為載人飛行。
波音公司即使順利完成後續試飛，「星際線」在進度和成本上均已遠落後於SpaceX公司，使得整個項目陷入惡性循環，進度越慢單座成本就越高，航天員/遊客乘坐該飛船進入太空的報價就越高。
媒體普遍認為，「星際線」短期在純商業和太空旅遊市場上難有建樹，除成本高的原因外，一系列事故也引發了遊客對該飛船安全性的擔憂。
供應商扯皮 商業遊不妙
近年來，波音公司在各大項目中屢屢出現質量、進度和經費問題，在該公司承研美國宇航局的「太空發射系統」項目上也有集中體現，其原因多種多樣，但不靠譜的供應商難逃其咎。
波音公司的項目多采用傳統的總包+采購模式，垂直整合度較低，大量分系統和關鍵部件來自外購。波音公司對供應商又缺乏有效的質量和成本控制，導致供應商的產品質量參差不齊、問題頻發和報價居高不下。最麻煩的是，供需雙方的協調問題進一步導致了項目進度過慢。
「星際線」的閥門之困正是如此。近期，波音公司在一份聲明中首次承認，該公司最終決定對飛船的閥門系統進行重新設計，以便徹底解決卡澀問題。
波音公司和美國宇航局一致認為，閥門卡澀主要是因為常溫推進劑、鋁材之間發生了化學反應，加之發射場空氣潮濕，水分侵入閥門導致。有消息稱，閥門供應商洛克達因公司對此表示反對，他們指責波音公司在飛船地面測試中使用了一種特殊化學清潔劑，而波音公司反駁稱不屬實，還指責洛克達因公司的設計並未達到合同要求，推進系統沒有留足設計裕量來抵禦化學反應。
最關鍵的是在為期9個月的測試中，波音公司並未完全複現飛船閥門卡澀的故障，而是不斷測量和確保閥門有足夠開度，並稱是為讓飛船盡快重返發射台。
由於「星際線」的試飛進度不斷推遲，第二次軌道試飛只能采用這種臨時補救方案進行。然而，打補丁的方案終究是治標不治本，「星際線」在此次試飛的入軌機動中，飛船點火僅1秒後，1台發動機即故障關機，飛控啟動的備用發動機工作僅25秒後也因不明原因關機，好在飛船又啟動了另一組發動機進行機動，最終才完成入軌。
這種發動機在服務艙側壁上裝有4組，每組配備3台後向發動機（向前推），互為冗餘。總的來講，後續「星際線」即使完成試飛，商業前景估計也不太樂觀。
事實的確如此，載人龍飛船的載人太空旅遊任務介紹屢見報端，最新任務已排至2024年，而「星際線」的太空旅遊任務和報價卻未見任何媒體報道。沒有商業旅遊業務的商業載人飛船，再加上不斷高漲的成本，「星際線」項目對波音公司而言已形同雞肋——越幹越賠，不幹丟面子。
作者/田豐
來源：中國航天報
