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美国最新的SLS火箭是怎么运输组装的?

  谢谢邀请。下面由稀星天外来回答这一问题。首先还是让我对SLS火箭本身做一个介绍。

  美国宇航局(下简称NASA)的太空发射系统(Space Launch System,SLS)是一种先进的大型火箭,用于地球轨道之外的空间探索。凭借其空前的推力和能力,SLS是目前唯一一种可以用一次飞行就将“猎户座”载人探测飞船,宇航员和大型货物运送到月球的火箭。

  SLS提供了比世界上任何现有火箭更多的有效载荷运载重量,体积空间和能量以加速太空探索任务。它的设计具有灵活性和可扩展性,将为太空计划开辟新的可能性,包括使用无人探测器探索月球,火星,木星和土星。

  为了满足美国未来对深空任务的需求,SLS将采用分阶段发展的方式,来逐步增强它的功能和能力。 SLS是专门为深空任务而设计的,它将向月球发射“猎户座”飞船或其他货物。地球前往月球的单程距离大约为38万公里,比位于低地球轨道上的位置要远近1000倍。SLS火箭将提供动力,帮助“猎户座”飞船达到至少11公里/秒的第二宇宙速度,这一速度能够让飞船脱离地球引力束缚并到达月球。这比空间站绕地球飞行的速度快约3.1公里/秒。

  每枚SLS都拥有一个装有四台RS-25引擎的核心级。第一种SLS火箭(基本的Block 1型)可以向月球轨道发送26吨的有效载荷。它将由两枚五段固体火箭助推器和四台RS-25液体推进剂发动机提供动力。到达太空后,由被称为“临时低温推进级(Interim Cryogenic Propulsion Stage,ICPS)”的“二级”火箭将“猎户座”飞船送入月球。

  计划中的SLS第二个改进版本是Block 1B人员/货物运载火箭。它将使用一种新的,推力更强大的“探索上面级(Exploration Upper Stage,EUS)”二级火箭来执行更雄心勃勃的任务。在单次发射中,除了“猎户座”载人飞船之外,Block 1B火箭还可以再搭载诸如深空居住模块之类的探测系统。

  Block 1B人员运载火箭的月球轨道运送能力为34~37吨,可以提供的286立方米的载荷空间;货运型的月球轨道运送能力为37~40吨,可以提供的537立方米的载荷空间。显然,后者具有远大于前者的有效载荷空间,可以发射更大的探测系统或科学探索航天器用于太阳系内的太空探索任务。

  计划中的SLS终极型号是Block 2,将提供大约5400吨的推力,成为将货物送往月球,火星和其他外太空目的地的主力工具。SLS Block 2也分人员和货物运载两种型号。它们的月球轨道运载能力将超过45吨,货运型的有效载荷空间更将达到905立方米。

  这一NASA历史上最为复杂的项目拥有大大小小1200多个供应商。主合同商波音公司负责核心级的建造和最后组装,诺斯洛普 格鲁曼公司负责固体助推器的建造。为了建立可靠的物流,保证各个环节万无一失,NASA可以说是海陆空全方位出击,以保证SLS火箭的各部分能够按时到达位于佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心的发射塔架。

  SLS火箭拥有NASA有史以来建造过的最大的核心级火箭。NASA使用它的“飞马座(Pegasus)”驳船来运输该核心级。但是,由于SLS核心级超大的尺寸,NASA不得不修改和调整“飞马座”驳船。

  “飞马座”的最初设计目的是将米乔德(Michoud)的火箭工厂,运输到位于佛罗里达州的肯尼迪航天中心,全程1450公里。

  在SLS项目中,该驳船从首先将火箭核心段从米乔德工厂沿河运送到位于阿拉巴马州亨茨维尔(Huntsville)的马歇尔太空飞行中心进行测试。就在今年六月底,第一枚SLS火箭核心段四个结构测试物品中的最后一个——液氧存储罐——被装载到“飞马座”上,运到马歇尔进行测试。

  在这些硬件完成测试,被批准进行飞行后,“飞马座”驳船将再次开始工作。这次会将火箭的部件从新奥尔良沿墨西哥湾沿海运输到佛罗里达州的卡纳维拉尔角。

  巨大的五段式固体火箭助推器每个重726吨。差不多有四只蓝鲸的重量!将SLS上强大的助推器组件从位于犹他州普瑞蒙特瑞(Promontory)的工厂转移到肯尼迪航天中心的助推器组装工厂和SLS火箭总装大楼的唯一方法是通过铁路。这就是为什么你还会找到从这些装配大楼和设施通往发射台的铁路轨道的原因。

  目前,仅肯尼迪航天中心内部就有总共大约61公里长的工业轨道。使用专用的货运和平板车厢以及遍布美国的现有铁路网络,NASA可以将大型笨重的设备从美国西南部运输到佛罗里达州沿海的“太空海岸”。

  今年一月份,所有的助推火箭分段建造完成,最后一个助推火箭分段被运到了犹他州的仓库。之后,火车将所有10个分段运往肯尼迪航天中心。在那里,它们将和助推器的前后整流罩一起搭建起来,准备好第一次飞行。

  常规的运输机因为机体尺寸的关系,没有能力为NASA运送SLS和“猎户座”飞船相关的专用硬件。NASA的“超级孔雀鱼(Super Guppy)”飞机配备有可以打开200度以上的独特铰链式机头,专门设计用于将笨拙的硬件(例如:“猎户座”飞船中间级连接适配器)运送到卡纳维拉尔角。

  该飞机由“航天太空航线公司(Aero Spaceliners)”公司共建造了四架,目前还有一架被NASA使用。该飞机的机身是专门建造的,长34米,宽7.62米(其中地板宽4米),高7.62米,有效载重23.8吨。它的座舱,机翼,机尾和主起落架来自于波音公司上世纪50年代的377“同温层游轮”客机,前起落架则是从波音707上取下,并旋转了180度。这使飞机的前部比后部略低,使货舱地板保持水平,并简化了货物装载操作。

  铰接的机头意味着货NASA物实际上是从飞机的前部而不是后部装载的。货舱尺寸很适合“猎户座”飞船适配器。后者于2022年交付给肯尼迪航天中心,在那里它和火箭的ICPS相连,可以在阿尔忒弥斯一号任务中将飞船送入月球轨道。

  不管何种运输方式,所有道路的终点都指向肯尼迪航天中心。而从火箭总装厂通往发射台的“最后一公里”的明星是被称为“爬虫”的巨型履带式运输车。它可以以每小时一英里的速度将移动发射台及其上的火箭从总装厂房移动到发射塔架。这对于每次“阿尔忒弥斯”任务都是至关重要的。

  NASA共有两台上表面达到棒球场大小,由机车和大型发电机引擎提供动力的“爬虫”。每辆履带式运输车能够在14.5公里的行程里程中运载8165吨的载荷。2022年6月27日,履带式运输车2号运载移动发射台成功完成了前往发射塔架的最终测试,宣告阿尔忒弥斯一号任务的最后一关——将SLS火箭和“猎户座”飞船运往发射塔架的“最后一公里”被打通了。

  美国宇航局计划在2022年把猎户座飞船送入精心准备的25天旅程。首先,美国有史以来最强大的火箭——太空发射系统(简称SLS)将把猎户座飞船送入天空。然后这艘飞船将在距离地球245131英里(约39.45万公里)的地方围绕月球轨道运行,并且最终以2.45万英里每小时(3.9万公里每小时)的速度返回地球大气层。在2022年代初,美国宇航局计划进行同样的项目但是这一次将搭载宇航员,这次的任务将让人类踏入宇宙的深度超越历史。这也是人类试图将宇航员送入太空探索小行星、火星和更遥远星球的数十年努力的一小步跨越。美国宇航局授予摄影师Vincent Fournier记录这个任务测试和准备工作的唯一特权,他在5个工厂耗费了20天时间记录了工程师们如何建造和反复测试这枚史无前例的巨型火箭和载人飞船。工程师们从火箭运输过程的定向到引擎给发射系统其它部件造成的共振等所有的方面进行模拟。他们建造了缩小版的火箭模型并且将它固定在风洞中,并且借助液压缸产生的数百万磅压力模拟火箭发射和飞行,对燃料箱进行测试。美国宇航局火箭装配项目的一位管理人员Andy Schorr称:“你知道‘测量两次再动手’的原则吗?我们把它升级到了全新的高度。”这就是火箭发射前他们在做的事情。

  燃料箱,路易斯安那州的米丘德装配厂:美国宇航局正在使用一项名为摩擦搅拌焊的技术装配火箭的大部分核心部件。金属圆柱在铝板之间旋转,并且进行加热,金属切面会实现无缝融合。在经过连接部位的手工打磨之后,技术员借助超声波和X射线对它们进行缺陷扫描。

  氢燃料箱,米丘德装配厂:这个高130英尺(约39.6米)的火箭燃料箱如此笨重而且易碎,将它从水平面移动到立焊位置需要3天时间。两台安装了GPS的起重机和一个激光定向系统帮助工作人员使其就位。坐在椅子中的工作人员是为了按动急停按钮,也是为了以防万一。

  运载火箭的发射级接合器,阿拉巴马州的马歇尔太空飞行中心:两位美国宇航局技术人员将耗费3个月时间手工为这个28英尺长(约8.5米)的接合器进行喷漆绝缘。它将把火箭的核心级与飞船级连接到一起。他们已经在数百个小时的50多次测试喷涂中掌握了技巧,因此每一次他们都能够完美完成工作。喷涂聚氨酯泡沫塑料是白色的,但是当火箭发射时暴露在紫外线下时,它就会变成标志性的橙色。

  圆顶焊接工具,路易斯安那州的米丘德装配厂:为了实现燃料箱的完美焊接,六位工作人员将耗费1到2天时间将所有的硬件固定到这个圆形焊接工具的准确位置。蓝色栅栏将圆顶的两个界面连接到一起,在焊接完成之后,工作人员将借助精心设计的顶置式滑轮系统将燃料箱从焊接工具中运出。

  RS-25引擎,密西西比州的斯坦尼斯航天中心:运载火箭将借助4台这种引擎飞入太空。它们能够承受的温度范围将从-423华氏度(燃料箱内燃料温度)到6000华氏度(燃料点火温度)。美国宇航局一位承包商已经将它们升级到能够在起飞时提供2百万磅的推力。工程师们最近已经完成了钟形喷嘴内的声学模拟,来确保它们能够承受那些可怕的振动模式。

  RS-25引擎,密西西比州的斯坦尼斯航天中心:运载火箭将借助4台这种引擎飞入太空。它们能够承受的温度范围将从-423华氏度(燃料箱内燃料温度)到6000华氏度(燃料点火温度)。美国宇航局一位承包商已经将它们升级到能够在起飞时提供2百万磅的推力。工程师们最近已经完成了钟形喷嘴内的声学模拟,来确保它们能够承受那些可怕的振动模式。

  内罐,路易斯安那州的米丘德装配厂:火箭两个空前强大的推进器被连接到内罐上,内罐是核心级最牢固的部分。它由于太厚无法焊接到一起,因此它是通过7500颗螺栓和8个面板连接到一起的。螺栓的孔洞已经与装配夹具完美配合,而且借助X射线进行了检测。在它组装完成后,美国宇航局借助超过100台液压装置对它进行了压力测试。

  系统集成测试工厂,马歇尔太空飞行中心:5英里(约8公里)长的杂乱线路将46个航空电子设备箱连接到一起,这些设备负责从导航到引擎的一切事务。每一个设备箱都在热处理室和大型振动台上进行了测试,以了解它们是否能够承受极端炎热、寒冷和震动。随后它们都被连接到货架上来进行完整的发射模拟测试。

  系统集成测试工厂,马歇尔太空飞行中心:这些航空电子设备的外表面装配了几台计算机来模拟火箭运行环境,比如说发射和助推器分离等。计算机模拟将把真实的炎热和宇宙低温数据传递给传感器,并且通过8公里的连线传递其它飞行数据。

  单一设计风洞,弗吉尼亚州的兰利研究中心:为了确保火箭能够承受起飞和飞行过程中的超音速风压,美国宇航局的工程师们在风洞中测试了它飞行的每一个过程。这个3英尺的铁制比例模型将根据氧气的撞击量显示不同的霓虹灯亮度(测试中使用氧气作为风压测试替代物)。工程师们能够借此确定多大的风力将施加于火箭上,并且确保当推进器从火箭脱离时不会出现意外,撞击到火箭。

  猎户座测试飞船,德克萨斯州的约翰逊航天中心:海军将借助一座测试飞行舱练习当猎户座飞船返回时如何从海洋中接回宇航员。另外一个飞行舱将进行结构测试,了解当发射台附近爆发闪电时会给飞船带来怎样的影响。美国宇航局将飞船模型来研发紧急情况下的应急程序。在飞行舱内,宇航员将在四周塞满稠密的负载包来防止突然爆发的太阳耀斑带来的强烈辐射。

  引擎点火测试,密西西比州的斯坦尼斯航天中心:在火箭获得飞行批准之前,RS-25引擎的测试模型被安装到斯坦尼斯航天中心的测试台上,并且在经过正常的发射倒计时后点火启动了500秒。工程师们从400米外的安全位置进行观察,但是测试点火仍然是一种非常糟糕的体验。SLS项目负责人,美国宇航局的承包商——洛克达因公司的Dan Adamski称:“那片巨大的云雾全都是水蒸气。如果风向朝你而来,你就会被淋成落汤鸡。”

  

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