【航天】William: 波音禍不單行 最新載人飛船初次試射失敗

2019-12-23 12:31:26 最後更新日期:2021-02-08 17:39:29
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

昨天剛剛重返大氣層的Starliner。(網絡圖片)

 

波音現時的處境可說是近二十年來最差的時候,業務由於受中美貿易戰影響,原來來自中國的客機訂單減少,且自從去年與年初兩宗致命的737MAX客機安全事故,該航空巨頭其中一種未來十年的旗艦機不但遭會球性停飛,而且已失去不同航空公司達200架以上的原購買意向,而且由3月起已停止發貨,但生產仍然繼續,現時已有大量機身零件積存於西雅圖的波音總裝廠外,至此波音亦被迫宣布於2020年1月起暫停生產。由於發生這樣嚴重的事故,加上聯邦航空安全局(FAA)本身在審批737MAX適航證中可能出現嚴重的疪漏,間接斷送了超過300名乘客的生命,出於巨大壓力,FAA對於修改過後737 MAX的適航證重新申請只會更嚴厲,隨時可能要拖半年甚至以上,令其現時與空巴A320neo的競爭幾乎處於絕對劣勢。

由於沒能交機,大量已造好的737MAX機身只以保護膜覆蓋,繼續積存在堪薩斯州威奇托市的SPR飛機結構製造廠。(網絡圖片)

除此以外,波音在載人航天的競爭上又再受挫敗,他們的CST-100 Starliner載人飛船在12月20日首次無人試飛時因故沒法到達預定軌道,結果根本沒去與國際太空站(下稱ISS)進行對接。就現時所知,主要是飛船自動控制系統的計時器失誤,令中央電腦誤會飛船處於不同任務時間,故在低軌道被放出後不但延遲點火,而且入軌火箭燃燒時間加長,結果不但入錯軌道而無法到達太空站,且還因為用得太多燃料,無法靠自力航行到ISS 400公里高的軌道。現時該船其他數據還正常,如情況允許,將於兩天內重返大氣層並降落在新墨西哥州白沙導彈靶場(註:本文完成時,飛船剛好降落了)。

去年10月11日,俄國發射聯盟號太空船載人前往國際太空站「換更」,然而發射過程中發生意外,人員艙立即脫離並重返大氣層,所有乘員平安無事。除聯盟1號及11號飛船發生過致命意外,由1971年算起,只發生過三次發射事故(都是火箭本身的問題),且船員都能迅速脫離,其他129次發射並沒有任何導致傷亡的事故發生,可靠度還是非常高。美國太空總署以安全為由對其提出質疑,倒不如是不想繼續依賴俄國的借口。再講,美國也要回復自身的載人航天能力,好讓日後的太空任務更順利。(網絡圖片)

 

波音設計這飛船,原本是參與NASA的商業載人航天項目(Commercial Crew Development),該計劃原意是靠商業化/成本較低的可重覆使用載人發射艙,進行太空站人員換更任務,同時回復美國的載人航天發射能力、擺脫自2011年以來對俄國聯盟飛船的依賴。這份航天「大生意」最終由SpaceX及波音獲得,發射任務也由他們瓜分,不過條件是要於2020年前完成載人航天載具的發射測試工作,方能獲得至少未來六份的發射合約。

未來繼續使用於載人往返ISS任務的三種載具與太空穿梭機的性能對比。(網絡圖片)

 

Starliner(上)及龍飛船2號(下)及其發射載具的比較。(網絡圖片)

 

事實上,其競爭對手-SpaceX的載人龍飛船2號在雖然於3月份試航並與ISS自動對接成功,但就毀於4月份一次火箭地面點火測試的爆炸事故,需作進一步檢查而令進度出現落後,波音在進度上有機會追上。問題是今次主要實驗項目(與ISS進行對接)的失敗,不但讓SpaceX保持優勢,甚至讓優勢擴大,因為波音一次失誤就錯失了6天的與ISS對接及進行測試、調控的機會,若要補完測試,有可能要多作一次無人試射,不但要浪費一支昂貴的火箭,也會令進度落後;若不作一次無人測試,則下次安排的測試(Boe-CFT)將是第一次測試兼第一次載人測試,預定途到ISS的四名太空人將要面對更大的風險;另外明年春天SpaceX將會試行載人SpX-DM2飛行,若然成功,他們將先獲得6次發射合約;若波音明年的試驗仍然失敗,那載人對接將會順延,NASA甚至可能因成本問題,讓渡原本批給波音的發射任務合約給予SpaceX,屆時波音幾年的努力可能就會白廢。

 

兩片分別是Starliner(上)與龍飛船2號(下)第一次試飛發射的片段。

 

平心而言,波音與SpaceX的方案比較起來,性能沒有大差距,但SpaceX在其他系統上的確有很多過人優勢,例如使用自家可重復使用的獵鷹9型火箭,成本只需6000萬至7000萬美元,相對地使用阿特拉斯5型V22構形火箭需要1.1億美元,價格差距也太大了一點;另外SpaceX的龍飛船2號其實就是貨運用龍飛船的改良型,由2010年開始執行了17次發射任務,並得到94.1%成功率;相應地,波音雖然也是航天巨頭,但本身並未涉獵過ISS的太空貨運或對接技術,雖說不一定出現問題,但作為用家,總會對「駕輕就熟」的SpaceX抱更大信心。

SLS第一支試驗用火箭阿提密斯1號(Artemis 1)正處於組裝階段,最樂觀的估計可於2020年底升空,但亦可能延後最多六個月。(網絡圖片)

 

另外,波音的業務危機似乎仍未過去:波音777X於11月底又傳出新出廠機身在壓力測試中不單炸開了機門,更連機門周邊的結構都有破損,顯示氣密結構可能出現潛在問題或機身製造不良,導致在高壓下爆開。而下個最大的問題可能是現時進度落後且費用驚人的SLS發射系統。這種預備用來登月甚至登火的運載火箭,其核心推進器是波音的產品,且是以穿梭機的SSME推進系統(即推進引擎RD-25系列及鋼製燃料箱)作重大改良而成,現時正處於組裝階段,進度比較順利,但其實整個進度已拖延了2年,且超支亦接近30%,已非常接近國會介入審視財政狀況的門檻。而波音對核心推進段的研究是整個項目中最耗錢的,達到65%。由於整個計劃最主要拖延在於主火箭的研究,其實已令政府審計部門相當不滿,而且2024登月計劃已極度緊迫,若研發再有阻礙或超支進一步惡化,則幾乎肯定不可能完成。

承襲研制獵鷹系列時發展出火箭搭載電腦自動控制多組引擎的經驗,SpaceX能跳過運載火箭研究中最大的難題-大型火箭引擎的研究困難。大獵鷹火箭主推進段直徑達史無前例的12米,當中裝載猛禽甲烷燃料引擎達42個,海平面總推力是土星五型火箭主推進段的……3.5倍,也是SLS的3.1倍。(網絡圖片)

 

更大問題在於政治因素:特朗普是登月計劃的主要推動者,作用不但是強化自己的「聲威」,更作為吸引航天大企、宇航相關人員及關心美國聲威衰落的選民的支持;然而面對2020年美國總統選舉,若特朗普敗選,新上任者基於財政危機而極有可能停止計劃或作大幅度調整,而即使特朗普連任,由於已沒再連任的顧慮,難保他來個「過橋抽板」,暫停計劃以調撥資源往更重要方向;更有甚者,就算只是調整計劃,屆時還會出現更強力的競爭對手:現時SpaceX進展仍比較順利的大獵鷹火箭(Big Falcon Rocket)預期在2023年可進行初始試飛,其月球軌道運力有機會達100噸以上且能全機重用,若開發順利,加上SpaceX更佳的成本控制技巧,SLS的價值(甚至波音繼續參與太空發射任務的價值)將會成為巨大的疑問。

 

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By 2019-12-23

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