猎户座飞船测试成功完成：NASA向登月计划又迈进了一大步

美国东部时间7月2日周二上午7点，在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地，第二代上升中止系统从太空发射中心46号成功发射。
图片来源：NASA

7月2日周二，美国航空航天局（NASA）测试了猎户座（Orion）宇宙飞船的发射中止系统（launch abort system），成功演示该发射中止系统的速度可以超越一枚高速飞行的火箭，并在发射期间出现紧急情况时，成功将宇航员拉拽到安全区域。猎户座飞船的建造目的是能将4名宇航员成功送入太空，这次测试的成功，标志着NASA阿尔忒弥斯（Artemis）月球任务准备期间的另一个里程碑，阿尔忒弥斯将引导NASA实现宇航员登陆火星执行任务的进一步计划。

在大约持续了三分钟的测试中，猎户座飞船乘员舱的测试版本被称为“第二代上升中止系统”（Ascent Abort-2），在美国东部时间上午7点（北京时间晚上7点）从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地（Cape Canaveral Air Force Station）的太空发射中心46号（Space Launch Complex 46）发射，搭载的是美国航空公司（U.S. Air Force）和平卫士洲际弹道导弹（Peacekeeper missile）的改装版本，这一特殊的火箭助推器由诺斯洛普•格鲁门公司（Northrop Grumman）建造。

第二代上升中止系统，猎户座乘员舱的测试版本
视频来源：NASA

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猎户座航天器测试版中止系统上升的高度大约为6英里（约9.7千米），在最高点的时候，它受到了在预料之中的上升期间高应力空气动力学情况，触发了中止序列，并且在几毫秒的时间内，中止运动发电机（abort motor）启动，将宇航员机组模块带离火箭；测试版航天器的姿态控制发动机（attitude control motor）将猎户座飞船首尾翻转，让飞船能调整行进方向；而后分离发动机（jettison motor）启动，将航天器的发射中止系统与乘员舱分离，乘员舱进而溅落至大西洋中。

中止运动发动机启动时加速度将会非常大，乘员舱的重力感受将会达到7倍于地面的重力，这一过程的发生将会非常迅速，持续时间也会非常短暂，未来的宇航员需要为突如其来的超重做好准备。相比之下，目前用于运送宇航员往返国际空间站（International Space Station）的俄罗斯联盟号（Russian Soyuz）太空舱在下降到地面时可达到5 倍以上的地面重力。

用于测试的猎户座测试舱、发射中止系统和诺斯洛普•格鲁门公司建造的助推器。
图片来源：NASA

在测试航系统下降的过程中，弹出了12个数据记录器，NASA的相关团队正在努力收集它们，分析数据记录器中的信息，我们将能深入了解猎户座发射中止系统的性能。

“我们如今正在建造的，是世界上动力最为强大的火箭，它将运送载有宇航员的猎户座宇宙飞船进入月球轨道，进行阿尔忒弥斯任务，”华盛顿NASA总部探测系统开发（Exploration Systems Development，ESD）的代理副主任比尔•希尔（Bill Hill）说道，“这个探测系统的目的，是用比以往更安全的形式将人类送入更远距离的太空之中，相应地，我们还需要拥有一个同样强大的发射中止系统，在上升的早期阶段火箭如果出现问题，中止系统将把乘员舱带离火箭。”

“在‘哥伦比亚’ 号航天飞机（Columbia OV-102）失事之后，NASA就明确要求下一个载人系统的发射安全性需要比哥伦比亚航天飞机高出10倍，”来自洛克希德•马丁公司（Lockheed Martin）的猎户座项目主管迈克•霍伊斯（Mike Hawes）说道，“对于猎户座飞船来说，我们采用的方式就是使用这种发射中止系统。” 霍伊斯正带领团队建造猎户座飞船的太空舱。在飞往国际空间站的航天飞机上，SpaceX和波音公司的乘员舱也将使用类似的系统。

洛克希德•马丁公司曾在新墨西哥州的白沙导弹试验场（White Sands Missile Range，WSMR）上测试了早期版本的中止系统，只不过那次测试是在地面上进行的。NASA希望看到这个系统在空中的表现，于是猎户座飞船的测试版中止系统被送到了9000多米的高空进行考核。

这次的测试速度极快，持续时间不到3分钟，测试的乘员舱平均速度达到1.5马赫（即1.5倍音速），大约1640千米里/小时，高度约9.7千米。
视频来源：NASA

这一塔状中止结构由两部分组成：一是整流罩组件，一种由轻质复合材料构成的外壳，保护太空舱免受发射、上升和中止过程中热量、气流和声学的影响；二是发射中止塔，包括中止发动机、姿态控制发动机和分离发动机。这样的发射中止系统专为深空任务（deep space missions）而设计建造，搭载的将是NASA动力强大的太空发射系统（Space Launch System，SLS）火箭。

“对于登月来说，将飞船发射进入太空是最困难也最危险的部分之一，”休斯顿约翰逊航天中心（Johnson Space Center）的猎户座计划主管马克•基拉希奇（Mark Kirasich）说道，“这项测试模拟了猎户座飞船在飞行上升阶段可能遇到的一些最具挑战性的条件，并采取相应的应急措施。今天，在这些严峻的环境条件下，任务团队展示了我们的中止分离能力，让我们向阿耳忒弥斯的第一个载人登月飞行迈出了意义深远的一大步。“

通过尽量简化测试航天器、去除降落伞及其他相关系统，NASA加快了测试进度并降低了测试成本；在2018年底之前，NASA就已经完成了一系列全面的开发试验（共17项），以及8项资格测试，确定了各项指标合格的乘员舱的降落伞系统。

NASA的工程师正在为阿耳忒弥斯1号和2号任务建造和测试猎户座宇宙飞船，阿耳忒弥斯1号任务是第一个搭载太空发射系统火箭的非载人飞行任务， 这一综合性系统将飞越至远离月球数千英里（数千公里）的太空之中；阿耳忒弥斯2号任务将是该计划第一个载有宇航员的航空任务。

在佛罗里达州NASA的肯尼迪航天中心（Kennedy Space Center），技术人员正准备将猎户座飞船的乘员舱和服务模块连接起来，这两个模块联机固定后将于今年晚些时候在俄亥俄州桑达斯基NASA的普拉姆•布鲁克实验站（Plum Brook）进行测试。阿耳忒弥斯2号任务的乘员舱配备了数千个元件：从螺栓和应变仪，到降落伞和推进线程。

最近，NASA也到达了太空发射系统火箭里程碑式的重要里阶段，完成了构成巨大核心火箭级五个部分的其中四个，在今年夏季稍晚的时候，这四个部分将完成阿耳忒弥斯1号任务的发射，并提供集成到核心火箭级的四个引擎。装配完成后，整个核心火箭级将是自20世纪60年代NASA为阿波罗登月任务（Apollo lunar missions）制造土星五级火箭（Saturn V stages）以来，所建造的最大的火箭级。

猎户座飞船和太空发射系统、“门户”（Gateway）同为NASA深空探测任务的主心骨，将于2024年之前让第一位女性宇航员和下一位男性宇航员登上月球。因为阿尔忒弥斯计划的推进，下一位美国月球探行者将离开乘坐猎户座飞船离开地球，开启一个全新的探索时代。

参考：
[1]https://www.nasa.gov/press-release/successful-orion-test-brings-nasa-closer-to-moon-mars-missions
[2]https://www.theverge.com/2019/7/1/20676939/nasa-orion-crew-capsule-launch-abort-system-test-emergency