原因竟是二手货？SLS火箭故障推迟阿尔忒弥斯计划再遭暴击

　　在现场与互联网上总共可能高达数千万人惊愕的目光中，SLS火箭再次停在了发射前的倒计时中，你猜得没错，SLS火箭的发射又双叒叕的推迟了，据说只是某个阀门工作不正常，下一次窗口是在9月2日，NAS的工程师正在紧张的检修中！
　　重返月球的巨型火箭：用的却是半个世纪前的技术
　　SLS火箭是NASA在阿波罗计划后重返月球的阿尔忒弥斯计划中相当重要的运载火箭，这个最早可以追溯到2005年的重返月球方案制定了一个雄心勃勃的计划，而其中的运载火箭就是这个被目前称为太空运载系统的SLS火箭。
　　从现场公布的画面来看，NASA一度将其上升到了土星五号的高度，尽管它载人版比当年的土星五号运载能力略微差那么一点，但作为阿尔忒弥斯计划中的运载火箭是完全够用的，以下是它的基本参数。
　　载人版基本数据：
　　芯级最大直径8.4米，重量为2497吨，推力可达4100吨，近地轨道载荷能力为70吨，可将我国天和号核心舱与问天、梦天实验舱三个舱段一次发射到太空。
　　运载版基本数据：
　　高度为122米，差不多相当于41层楼的高度，重量为2951吨，近地轨道载荷能力为130吨，比载人版几乎翻了一倍，而最大版本近地轨道载荷能力或达165吨。
　　在这枚高耸入云的火箭顶端，就是NASA开发了多年的猎户座飞船，未来它将载着4名宇航员抵达月球！在肯尼迪航天中心的39B号发射台附近，多名宇航员在这里留影，尽管这次发射不上人，但下次发射时就会载人发射。
　　重返月球的火箭：你无法想象是二手的
　　SLS火箭，全称是Space launch system（太空发射系统），这NASA起名就是这么暴力，当然我们并不是特别介意它叫什么，也并不是因为名字才让我们认识它！但它是一个几乎和韦伯望远镜齐名的鸽王，因为从2010年正式计划、预计于2016年发射的SLS火箭，居然因为各种原因推迟了16次，如果加上这次的话，应该是17次了！
　　在社交媒体上被美国民众差点都给喷死，原因很简单，因为SLS并不是一枚全新开发的火箭，而是用航天飞机的遗产拼拼凑凑搞起来的，而且目前发射的这枚SLS火箭，其发动机用的还真是二手货。
　　SLS火箭总共有三款发动机，分别是固体助推器、芯级主发动机、芯级二级发动机。固体助推器来自航天飞机时代的固体助推器，当年航天飞机发射时回收的那两枚助推器，其推力大到惊人，曾经是全球航天业口水直流的对象。
　　而芯级主发动机RS-25则来自航天飞机尾部的三台主发动机，唯一不一样的是航天飞机用了3台，而SLS的芯一级用了4台，这款发动机性能相当可以，推力为189.6吨，（海平面），232.4吨（真空），海平面比冲366秒，真空比冲为452秒，  这是一种低温氢氧发动机，尽管首次试飞是在1981年，但这个参数就算是到现在也不会太落后。
　　比较让人抓狂的是芯二级火箭发动机RL10，这台发动机最早是上世纪60年代开发的，尽管在不断更新，但这也太老了吧，SLS选用这款发动机时马歇尔太空飞行中心技术副总监戴尔·托马斯曾调侃：
　　RL10是一个非常古老的发动机，有很多与其制造相关的工艺......（这是要说都失传了吗）这就是这项研究将要弄清楚的，是否有必要建造一个RL10替代品？
　　用了二手货：却一点都没省钱
　　用成熟产品开发新的火箭，这其实没毛病，而且用回收火箭发动机这个做法，SpaceX也早已趟出了一条血路，所以SLS火箭这两点大家其实都能接受，毕竟为了缩短开发周期、减少投入不都是大家追求的目标么？但SLS却恰恰相反，不仅推迟了17次，而且开发费用似乎是个无底洞！
　　从2011至2021财年，SLS计划资金投入的总额高达230.11亿美元，另外还有上面级（芯二级）火箭开发的15亿美元，以及为SLS组装、集成、准备和发射 SLS 及其有效载荷的成本由 Exploration Ground Systems单独资助的，这个费用约为每年6亿美元。
　　所以这个SLS开发到现在已经花了快300亿美元了，这可是成熟的发动机加几个＂油箱＂就能起飞的火箭啊，这NASA居然操作成了这样，怎么向纳税人交代？但似乎NASA这波玩得不错，玩政治的比尔·尼尔森果然有一套：
　　把SLS发射与土星五号发射相提并论？气势上是有了，但土星五号那是开创了一个时代，而SLS火箭是什么？用的土星五号寿终正寝后十年不到内航天飞机的遗产，航天飞机都已经在2011年彻底退役了，这借尸还魂的SLS居然连续玩了17次寂寞，也是没谁了。RS-25火箭发动机：究竟是哪里出了问题？
　　据NASA官网公布的资料，问题是技术团队无法让火箭发动机达到在升空时启动发动机所需的 适当温度范围：
　　据公布的资料是少量的低温推进剂向发动机输送并降低发动机温度时发现3号未通过排气过程适当调节导致故障发生，发动机所在的位置是：
　　这台发动机从发射台正面看，是处在右后方，查看它的使用记录：
　　图片出处见水印
　　已经过多次＂发现号＂和＂亚特兰蒂斯＂号的多次使用，不得不配佩服这航天飞机的RS-25真特么耐操，居然经过6次之后还打算用第七次！
　　发动机冷却？究竟是怎么回事？
　　RS-25是航天飞机的主发动机，燃料是液氢和液氧，富油双轴分级燃烧，也就是分级燃烧循环的一种，关于循环这个问题有点复杂，说到这个问题上了就简单介绍下：
　　火箭发动机是同时携带燃料和氧化剂的，在火箭启动后，燃料和氧化剂进入燃烧室剧烈氧化反应释放出大量的热，膨胀后从尾喷口喷出形成推力，这个循环就是如何让燃料以某个要求的速度进入燃烧室，早期用的就是高压气体，注入燃料罐就将燃料和氧化剂挤压出来了，这叫做挤压循环，然而随着火箭技术的果断进步，这种简单的循环就无法满足要求了，所以就有了各种循环：1、挤压循环；2、气体发生器循环；3、电泵循环；4、分级燃烧循环5、闭式膨胀循环6、开式膨胀循环
　　..........
　　其实这些循环种类很多，比如电泵循环就是电池给燃料泵加电泵出燃料，当然电池就时死重，为了解决这个问题，目前高性能火箭都是用燃料先燃烧推动涡轮泵来泵出燃料和氧化剂，结构如下图：
　　燃气发生器循环（开式循环）
　　左侧就是那个燃气涡轮泵燃烧后排出的废气，由于涡轮泵不耐高温，因此低温燃烧会导致不完全燃烧，非常浪费氧化剂和燃料，会大幅度降低比冲（可以理解为单位燃料产生的推力，越高表示火箭性能越好），因此分级燃烧循环就出现了：
　　因为涡轮泵的不完全燃烧，排出物还有大量氧化剂或者燃料，可以再次进入燃烧室做功，因此还分成了富油燃烧或者富氧燃烧，提高了发动机的比冲，当然这样结构就复杂了，解决了比冲问题后，会出现一个发动机的都要面对的问题，就是尾喷管高温的问题！
　　各位试想看看，燃烧室的液氢与液氧或者液氢液氧燃烧产生的高温高达数千度，哪种材料都会因为高温发生变性甚至融化，所以如何冷却发动机就成了一个问题，早期有采用加厚尾喷管外壁，提高散热来实现，但问题是尾喷管太重了。
　　后来又开发了烧蚀冷却，将内壁烧蚀不断剥落带走大量的热，避免尾喷管融化，但却无法再次利用，一次后发动机就报废了，再往后工程师们想出了一个绝佳的主意：再生冷却，这个原理很简单，因为现成的冷却剂液氢液氧或者燃料煤油就在火箭燃料罐中，只要让它去尾喷管走一遭，就能降低尾喷管温度，并且还预热了燃料，简直就是天才的方法。
　　这种发动机的燃料在进入主燃烧室之前去尾喷管的路上环绕N圈，降低尾喷管温度后再行燃烧，而还有的发动机，为了能对抗极端高温，甚至还在尾喷管内打开小孔喷入少量燃料，形成气膜隔离高温冷却，这就是气膜冷却。
　　RS-25发东京的原理图
　　粉色是燃料管线（液氢），淡蓝色是氧化剂管线（液氧），可以从上图看到液氧直接进入了燃烧室，但液氢饶了发动机尾喷管N圈后再进入发动机，从实物图我们也能看到这样的冷却管路：
　　尾喷管上哪个管路就是再生冷却管路，实际工作时会看到蒸汽腾腾，就如下图这样：
　　因此可以推测，RS-25发动机的冷却问题，应该是启动发动机前，燃料先沿着管线预冷发动机，让其慢慢达到工作状态，结果在上次湿排练的时候因为液氢泄漏导致这项工作并没有做完，而这次正式发射时发生了某个调节阀门故障。
　　不过到目前为止，NASA官方推特与官网上仍没有公布具体的故障原因，毕竟发动机结构复杂，而且又是二手货，谁知道是不是因为疲劳或者其他原因造成的，我们也没法瞎猜到底是哪个位置出现问题，无论如何，先祝NASA早日排除故障吧，尽管美国和中国不咋对付，不过看着探测月球这种事业上还是祝他们一路顺风。