载人火箭，飞向火星

    2011年，最后一次航天飞船飞行任务结束后，米舒装配站的设施被租了出去，这个飞机修理库一样大的设施交给了好莱坞当影城用。现在，这里的工程师想续写NASA曾经的光辉岁月——实现载人太空飞行。米舒装配站又回到了火箭制造的营生上，作为一个工厂，它将服务于有史以来最大、也是最有野心的空间飞行器：太空发射系统。

    SLS是一枚巨大的火箭，NASA想利用它将一组工作人员从佛罗里达州的卡纳维拉尔角送往火星，预计整个飞行过程将耗时一年左右。同时，SLS还能运载居住舱、交通工具和其他生存所需要的供给品。到时候，它将在那个尘土飞扬的星球上至少度过几周的时间。前往火星的任务将在25年后开展。在这之前，SLS还要带一些人去月球和一颗小行星，并且送一枚探测器去寻找木卫二上的生命。这是一个开创性的星际航行项目，也是NASA迄今为止最具有冒险精神的项目。

    美国国家航空航天局（NASA）正在建造规模宏大的太空发射系统（SLS）。如果计划顺利，人们不仅能够再次登月，还能突破历史将人类的活动范围扩张到火星上。

    1.后航天飞机时代

    在20世纪60年代末70年代初，阿波罗登月计划获得圆满成功之后，人们希望航天飞机能让地球轨道飞行变得便捷而便宜。然而，对于航天飞机来说，每次飞行都要耗费数十亿美元，而且，每年只能进行少数几次飞行，在为数不多的飞行中，还发生过两次大的空难。尽管如此，美国国会中还是有很多人在努力寻求一枚能把人类送往月球和火星的大型火箭。协商的结果就是太空发射系统（SLS）——一个既可以载人，又可以载物的大型火箭。更重要的是，SLS不像“战神”系列火箭那样，需要开发很多新技术，只需使用航天飞机的发动机、助推器和燃料箱。可以说，SLS就是经济版的“战神”火箭。

    SLS是一枚大型火箭。发射之初，SLS会由底部核心段驱动，这部分装备了4台RS-25航天飞机的发动机，以标准的液氢液氧为推进剂。另外，在核心段的每一侧，还会附加固体火箭助推器，为运送沉重的箭载设备提供额外的推力。当SLS升到5万米的高空，底部核心段上方的第二级就会接管控制权，把火箭送入预定轨道。“猎户座”载人舱将位于SLS的最上方。火箭全长98米，比“土星”5号火箭稍短，但有了更强劲的动力。利用“土星”5号，NASA完成了所有向月球发射的载人飞行任务，它比航天飞机的有效载荷高出3倍，但它没有任何部件是按照可重复利用的标准设计的。在随后的十年中，NASA将会升级SLS的引擎及助推器，使它拥有更强的动力。当可飞向火星的SLS制造完成时，它的“上面级”也会得到增强，最终的推力可能是最初设计的2倍。

    批评者认为，要求SLS重复利用航天飞机部件，美国国会就可以保证航天飞机的大型承包商能够继续获利。SLS的成本估算也千差万别。NASA公开预计，到SLS首次发射时，需要耗资180亿美元：其中100亿美元用于制造火箭箭体，60亿美元用于制造“猎户座”载人舱，另外20亿美元用于建设卡纳维拉尔角的地面发射系统，让它能够管控SLS的发射过程。但是，一份外泄的内部研究报告显示，在未来10年，SLS的制造费用将超过600亿美元。还有人推测，送一位航天员去火星的花费将高达1万亿美元。NASA提出的目标是，把每次发射SLS的成本控制在5亿美元左右，但其他人认为，如果把所有项目成本都计算进去，这个数字将高达140亿美元。

    批评人士坚持认为，通过SLS这样的大规模任务来开展太空探索，需要花费数千亿美元，政府和公众不应该支持这样的项目。有分析表明（包括NASA的一项内部研究），即使没有大型火箭，人类也能前往深空与火星。还有人说，如果我们真的需要一枚大型火箭，为什么不把这项工作交给新兴的太空公司？

    尽管仍有反对的声音，SLS的任务规划并没有被阻断。2018年，SLS将会首次不载人发射，它将带着“猎户座”，飞到比月球更远的地方。它的第二次发射将会载人（具体时间还未敲定，也许是首飞的几年后），飞到离地球更远的深空，把人类送到以前从未过达的远方。

    2.火箭梦工场

    NASA的斯坦尼斯空间中心位于密西西比州的最南端，空间中心靠近水有三个理由：在斯坦尼斯的活动需要用到大型驳船，需要水利工程的专业知识，需要迅速将一些温度接近太阳表面的巨大金属板冷却下来。在斯坦尼斯空间中心，NASA将测试最大的火箭发动机，这可算是所有测试任务中最艰巨的一个。

    每个测试站都是一个巨大的金属混凝土结构。在穿过其中一座测试站的路上，我看到了一间控制室，看起来像20世纪50年代苏联的核电站，里面主要是蒸汽压力表和巨大而笨重的表盘。我问为什么不把这些设备更新成电子面板，他们的回答都一样，在难以测量的力量和无数的小故障面前，他们花了几十年时间才让这些东西运转正常，为什么要把它们换掉？后来事实证明，他们在回答关于SLS的问题时，都是这样的答案。然而，从测试站的顶部，我可以看到斯坦尼斯空间中心到处都在升级换代。在大约九分钟的发射测试中，会有成千上万的喷嘴将高压水流喷射到测试站的墙上。这是为了抑制激烈的振动，否则这种振动有可能将测试站撕裂。

    米舒装配站位于新奥尔良市郊的一个工业区中心。在某些方面，米舒装配站像一个普通工厂。如果要建造一个像SLS火箭发动机一样强劲有力的机器，装配偏差容限必须非常低。

    在这里，建造火箭所需的很多部件都来自其他飞行器。“我们希望尽可能多地使用其他火箭上的部件，不管是压力传感器、温度计还是管道系统，”NASA负责人类空间探索的副局长威廉·格斯腾迈尔说，“在SLS上没有太多独一无二的部件”。而且，惠普斯还说，与搭建航天飞机所用的部件相比，新的制造方法和设备将使制造SLS部件的成本变得更便宜。

    在很多方面，SLS的技术已经超越了航天飞机的技术。NASA使用了最先进的流体动力学软件。此外，SLS上使用了新的航空电子设备和数字控制器，与航天飞机上的电脑芯片相比，这里所使用的芯片要领先好几代。

    由于之前留下的航天飞机发动机可以为SLS的前四次飞行提供动力，到2020年时，就需要有新型号的发动机以供使用。为了达到这个要求，NASA将借助一些特殊的机器生产成千上万个微型涡轮叶片。“我们处处都使用计算机控制，希望在把人工成本降到最低的同时提高生产精度，”格斯腾迈尔说。

    3.为什么要建造SLS

    当SLS计划全面展开后，要想达到预定目标，每年至少需要制造两枚火箭，有时甚至需要多达4枚。对于火箭制造业而言，这已是最大的产量了。但是，如果NASA不能让公众相信SLS值得建造，整个计划就会被搁浅。

    SLS有非常多的粉丝。支持者除了NASA目前的领导和员工，还有很多空间方面的专家，以及越来越多的公众。去年12月，“猎户座”载人舱的完美轨道飞行让很多人大受鼓舞。

    如果使用较小型的火箭将部件和燃料送到太空中进行轨道组装，情况会怎么样？根据格斯腾迈尔的计算，火星探测任务需要约500吨的物资。通过发射4次，SLS可以完成这项壮举，但是，即使最大的“德尔塔”4号火箭至少也需要发射24次才能完成这项任务。格斯腾迈尔认为，每次发射都会增加项目的风险，因为很多糟糕的情况都是在发射前一分钟发生的。而且，单次发射的延误会逐渐积累，影响之后的发射，从而使整个项目产生延误

    格斯腾迈尔说，小量运送的方法还有一个非常显眼的潜在缺点，那就是可能需要大量在轨设施：包括工作空间、飞行器和燃料库。这是一项艰巨的任务，因为根据我们有限的经验，在太空中组装飞船是件非常棘手的工作。格斯腾迈尔还说，“我们不得不进行大量对接，不得不在空间中进行加工制造。有时，部分零件可能无法正常工作，在太空中也很难将其修复。这都是些难以避免的事，它会大大增加工作的复杂度和风险性。”而SLS火箭的周长足够大，能容纳像太阳能电池板和天线阵列这样宽达10米的重物。如果以复杂的方式折叠起来再运送，它们很容易受损或发生故障。

    采用重型火箭方案还有一大优势：一枚特大号火箭的额外推力可以转化成更高的速度，让飞船更快抵达目的地。这是载人航行（目前是飞向火星）必须要考虑的关键问题。在这项任务中，太空辐射和物资供应为任务所能持续的时间设定了严格的上限。火箭的远距离飞行还有别的好处，因为后续任务的规划要在前期数据返回之后才能进行，所以单次的、直接的远距离飞行，可以收集到更多相关数据，从而使科学产出最大化。由于推力巨大，SLS可以只依靠自身携带的燃料将载荷送往深空，这就和“旅行者”号、“伽利略”号飞船在行星周围进行引力弹射式的飞行截然不同。

    斯福坦大学的航空航天顾问教授斯科特·哈伯德说：“SLS能将访问木卫二的时间从6年缩短到2.5年，它将成为科学任务的助推器，同时这些科学任务都将非常引人注目。”飞行时间更短、有效载荷更大、打包装载的方式也更灵活，这些都是建造重型运载火箭非常有力的理由。

    在汽车、手机或软件行业，墨守成规而不创新可能成为失败的原因，但当涉及将航天英雄们发射到深空时，某种程度的保守主义未必是一件坏事。哈伯德说：“作为一枚火箭，SLS一开始就备受批评。而事故提醒我们，尽管有数十年的经验，建造火箭仍然非常困难，发生大灾难的风险也很高，但现在，SLS已经有了清晰的任务和值得支持的目标，我想，现在是时候一起来思考，如何确保这些任务都能实现。”这是火星基金会的领导人在最初的质疑之后，成为SLS拥护者的原因之一。

    4.从飞出地球开始

    2015年1月一个凉爽的夜里，仅在500秒的时间内，斯坦尼斯航天中心某庞大的发动机就喷出了一团火球。这是自2009年以来，第一次测试R-25航天飞机发动机，它的表现非常完美。

    之后，如果一直有大量成功的测试，NASA就会有充裕的时间来建造SLS。在资金允许的条件下，这个项目坚持得越久，就越能证明自身的正确性。在头三年中，项目取得了高速发展，在通过设计评审后，进入了初步制造阶段。这对于一个全新的、全人类级别的火箭来说，确实是相当快的进展。它只出现了为数不多的故障，其中最糟糕的是绝缘间隙问题，而在涂上一层胶后，这个问题很快得以解决。

    美国海军战争学院的琼约翰·弗里兹教授专门研究空间问题，她认为，未来几年，在新的美国总统和国会的领导下，任何事都有可能发生。也许政府会改变想法，放弃前往火星的计划，专注于建立一个离地球更近的基地。但前往火星依然让人向往，火星之旅的吸引力已经越来越强。很多人意识到，在他们有生之年，人类能够抵达这颗红色的星球。

    目前，在可预见的范围内，并没有人明确反对SLS。这样的现状可以保障项目能够维持运营，而不至于被其他前往火星项目替代。当然，这只是从美国国会发布的信息中拼凑得出的结论。或许，这项计划并非创新力十足，但是，有迹象表明它正在按计划进行，在进行的过程中，也有足够的资金支持。这些先决条件都能够使SLS良性发展，让它成为能够带领人类，飞向火星的那艘火箭。而当这一切成真，曾经所有的批评也将很快被人遗忘。

    （本文由《环球科学》杂志社供稿）