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    SpaceX,:从头到尾的制造者

    时间:2020-12-10 08:01:42 来源:雅意学习网 本文已影响 雅意学习网手机站


      商业太空竞赛即将开始。美国东部时间5月19日早晨4点55分,第一架私人设计制造的航天器预计将从具有历史意义的卡纳维拉尔角空军基地发射,飞往太空站。卡纳维拉尔角空军基地位于佛罗里达州,离东海岸的大西洋不远。猎鹰9号火箭和枭龙太空舱由太空探索技术公司设计和制造,人们更熟悉它的另外一个名字:SpaceX。SpaceX的工厂位于加利福尼亚州的霍桑市,距离太平洋不远。
      19日当天的发射计划将为航天运输的新纪元划上一个惊叹号。如果说太空飞行的第一个纪元是受冷战时期的军备竞赛驱使来展示威慑力;第二纪元是发展航天器,做常规轨道输送,那么新纪元的重点是让上面所说的一切成本大大降低。
      SpaceX一马当先要降低太空飞行的费用。在人类渴望在多个行星生活的愿望驱使下,例如去火星旅行。公司创始人艾伦·马斯克(Elon Musk)筹建了一个项目,合同金额约 40亿美金。并且发射计划已经在日程上了。但截至目前为客户发射的次数并不多。
      通过自己的程序仅仅完成了极少的几次发射,SpaceX还难以证明其业务模式能够大幅度降低将载荷送入太空轨道的费用。创始人马斯克以及现在的客户美国宇航局,抓住一切机会强调不久后的国际空间站任务的挑战性。但公司正在朝着兑现其承诺低开支的方向努力,并试图通过投入数亿美金,而不是数十亿美金来实现这一目标。
      20世纪90年代末,马斯克在互联网创业公司的舞台上磨练了自己的商业才能。他毫不掩饰降低航天费用的关键因素之一是运营一家高效的公司,灵敏而没有臃肿的组织架构。这种臃肿的组织架构在体型硕大、经验丰富的航天公司里是常见的,在过去的50年里,正是他们在制造火箭和航天器。SpaceX已经获得大量来自私人渠道的投资——包括马斯克自己的一亿美金,以及美国航空航天局的资助,但公司的运营更像是一个精干的创业团队,尽管它应该会很快赶超俄罗斯成为世界头号火箭引擎生产者。
      和大多数创业公司一样,SpaceX的员工也常常身兼数职。工程师们,包括马斯克自己都在一间开放式场所办公,步行不到一分钟的地方,技术人员正在建造火箭引擎,机器则在焊接太空舱。离开办公桌,经过一间会议室,打开一扇门,你就踏入了一个巨大的火箭工厂。事实上你首先经过的是一个开放式的空间,那是食堂,紧挨着太空航行地面控制中心。再走几步,你就会来到火箭引擎装配生产线面前。
      在午餐时间,你会看到右手边几英尺远的地方,软件团队正在模拟演练不久后的国际空间站任务。你可以听到建造过程中铝锂合金被加工成型,然后被铸成圆柱状作为猎鹰9号火箭的主体,这个画面正好在你的前方视线范围之外。或者你也可以通过左侧的一个显微镜来观察飞行器和航空电子设备上复杂的电路。
      猎鹰火箭和枭龙航天器超过80%的部件是在室内建造。从引擎底部的燃烧室和喷嘴到顶部舱体的保护屏,SpaceX在位于霍桑机场的一个工厂里几乎完全独立设计并制造这一切。当年杰克·诺斯罗普(Jack Northrop)也是在这里制造他那传奇般的飞机:飞翼式飞机和喷气式歼击机。仅仅在数年前,同一幢建筑里是一个为波音747制造面板的工厂。今天它是一个完备的太空项目,希望能够让太空飞行器尽可能的廉价和可靠。(1)
      车间里的一个阁楼处是观察SpaceX霍桑工厂最理想的地方。在这里几乎可以看到整个工厂,除了没被拍到的食堂和地面指挥中心,它们在照片的右方。对于更大的项目,例如构成猎鹰9号和枭龙太空舱第一和第二阶段的大柱体,它们的制造和装配区被顶部中央的无尘室以及顶部左侧的基础设施遮挡住了。SpaceX的整个发射和轨道系统几乎所有的主要部分都是建立在这样一个巨大的房间内。(2)
      几架枭龙太空舱已经建成。第一个飞入轨道并于2010年12月返回坐落在工厂中央附近。这是第一架由私营公司发射到近地轨道并成功回收的航天器。在这个枭龙太空舱之前,只有俄罗斯(前苏联)、美国和中国曾成功地执行过这样的任务。这架烧焦的飞行器得到了史密森航空航天博物馆的关注,但他们将不得不等待些时日。因为舱体仍被SpaceX的工程团队用来做测试和参考用。
      这架枭龙底座直径12英尺(3.66米),舱体内部有350立方英尺(10立方米)的压力容器,可以装载货物或容纳最多七名宇航员。压力容器内可以负载7,297磅(3,310公斤),在飞往轨道的途中,附在底部的非承压箱体还可以装载更多有效载荷。安装在底部的防热罩在返回进入大气层时要承受高达3000华氏度(1,649摄氏度)的温度,是由一种名为PICA的材料制成,最早是由美国国家航空航天局的艾姆斯研究中心研发的,防热罩是航天飞机之前所使用的瓷砖的升级版。
      枭龙两侧的烧蚀材料不必承受高温。舱体顶部的SpaceX标志只是简单地喷涂在上面,并且在返回时经受住了考验(至少在舱体的这一面看上去确实如此)。枭龙借助18个德拉科推进器进入轨道并控制其返回。推进器可以做功一毫秒或者数分钟,完全根据需要。多个推进燃料箱可以为任何一个推进器交叉补给,成为一个冗余系统。返航进入大气层时需要使用到其中的六个德拉科推进器,最终SpaceX希望使用升级版,来让它们能够精确地在坚实的地面上着陆,而不是一开始那样溅落在海洋里。(3)
      可以重复使用的枭龙第一次进入SpaceX工厂时是一张张铝板。铝板被切割成段,再加工成图中的部件,堆到焦黑的“枭龙”附近。这些都将成为舱体内被隔热罩保护起来的压力容器。压力容器内的温度可以恒定在旅客感到舒适的水平。(4)
      下一步铝板将会被塑成舱体的圆锥状焊接起来。(5)中是今年晚些时候为国际空间站提供第二次商业补给的枭龙的部件。
      防热罩的底壳的模具,用名为殷钢的金属制成,其结构对于温度跨度范围较大引起的尺寸变化耐受力很强(7)。模具中是碳纤维和其他复合材料,经过高温烘烤后形成舱体的基础。
      (6)中央偏左,在无尘室里能够看到另一个枭龙压力容器,配备有德拉科推进器的红色燃料箱。这个太空舱将成为首次执行向国际空间站运送补给的商业任务的枭龙航天器。对于即将到来的任务,如果SpaceX能够成功完成必须的展示和演练,接下来猎鹰9号和枭龙的发射任务将会是为空间站提供补给。除了发射卫星使用猎鹰9号之外,第三次和第四次空间站补给任务已经定于明年举行。这是工厂里的三个无尘室之一。每个无尘室的级别不同,最小、无尘度最高的被用于装配推进器。
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