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三选一的技术优劣对比

2021-11-29

太空探索 2021年6期
关键词:登月舱推进剂美国宇航局

投标结果公布后,美国宇航局公开了评标文件,公开解释了评标过程、方式、策略和结果,称三选一是基于预算可用性评估做出的结论,因此评标策略是技术水平最优且价格最低的综合结果。

首先是对于“蓝色起源”技术方案的评估,评标团队认为登月舱总体技术方案上并无特别突出的亮点,但不乏部分值得关注的优势技术属性,总结出的主要优势如下:

1.登月舱具有850千克月表载荷投送能力。

2.得益于转移级的设计,可以在“近直线晕轨道”(NRHO)上更好地进行机动,有利于往返“月球轨道平台门户”。

3.为SLS和“猎户座”发射提供了足够的灵活性,同时可采用多种商业火箭通过3次发射进行在轨组装。

4.舱外活动能力超过了美国宇航局要求,在进行月表机动可提供更高的灵活性。

5.所有任务阶段都将航天员安全性放在首位,提供了必要的任务终止能力和冗余能力,比如上升级可在下降级失效情况下进行分离;同时上升级3台发动机允许一台失效。

6.上升级采用自燃推进剂组合,有助于确保可靠点火和迅速返回环月轨道。

“蓝色起源”方案的主要劣势:

1. 59.9亿美元的报价偏高。

2.要求预付款项,而非按照里程碑获得拨款,这不符合投标要求。

3.登月舱的3个部分(转移级、下降级、上升级)采用了3套不同的推进系统,其中部分主要分系统的技术成熟度较低,有可能面临严重的研发和进度风险。

4.上升级推进系统的研发进度严重落后,增加了后续测试和集成过程中影响其他成熟系统的风险。

5.许多关键的综合推进系统直到首次载人登月任务时才能得到验证,美国宇航局认为风险过大,并且这些未经测试的系统中任意一个失效,都可能导致任务失败。

6.除了美国宇航局合同内任务之外,“蓝色起源”未能提供全面的商业运营计划。

7.登月舱虽然具有一定任务扩展性,但需大量的重新设计和认证,其实用性和成本值得怀疑。以升级登月舱到支撑4人月面任务为例,上升级需要修改乘员舱结构,升级热控系统、环控生保系统和推进剂加注接口。而由于上升级的变化,下降级也需要一系列适应性的重新设计。

对Dynetics技术方案的总体评估结果与“蓝色起源”类似,总体技术方案上并无特别突出的亮点,但不乏部分值得关注的优势技术属性,总结出的主要优势如下:

1.方案是上升级和下降级合并的“单级登月舱”,因此登月舱无需设计分离和对接机构,所有系统均可在地面得到充分测试。美国宇航局认为该设计大大简化了对Dynetics管理体系和执行能力要求。

2.登月舱设置有两个驾驶位,在任务过程中可提供操控冗余性;同时配置有大型观察窗,可以在进近和着陆时最大化航天员视野。

3.登月舱舱门较低,便于航天员进出登月舱与搬运载荷和样品。

Dynetics方案的主要劣势:

1.报价太高。

2. Dynetics严重低估了整个登月舱的重量,使得美国宇航局怀疑其任务架构可行性和执行能力,虽然Dynetics已经意识到了超重问题,但仍未能提供清晰可行的解决方案。

3.关键技术上缺乏详细的信息,缺乏足够证据证明登月舱贮箱加注系统的设计成熟度和性能,而这是其任务架构的基石,对成功完成其示范任务至关重要。

4. Dynetics方案的低温流体管理系统(CFM)系统以及其推进剂长期贮存系统的设计和分析细节不足且不一致。其方案再一次缺乏对该系统的开发测试和分析的实质性细节,这降低了对其如期完成该功能开发的信心。

5.美国宇航局认为Dynetics的开发进度总体上不切实际,因为多个关键任务子系统的成熟度很低。

相对于两家落标厂商,美国宇航局对太空探索技术公司方案的总体评估结果有所不同,结果是“星舰”登月舱的各项性能大大超越了该局的合同要求。这些额外的性能为该局带来了巨大的潜在利益,比如“星舰”可独立在环月轨道飞行100天,超过了该局规定的90天目标期限,因此在猎户座飞船延迟发射的情况下,为任务提供更大灵活性。从方案中总结出的主要优势如下:

1. 29.41亿美元的报价是三家中最低的。

2.“星舰”强大的月表投送能力为后续大规模月表活动带来了很大便利,可直接投送加压月球车和居住舱等大型设备;得益于其巨大的货舱容积,可以灵活分配加压和非加压货物空间;提供了潜在的大规模月球样品返回能力。

3.可支撑更多次及更长时间的月表舱外活动(EVA)。

4.以上优点并未以牺牲登月舱安全性为代价,在月表出现紧急情况需提前返航时,可利用其推进剂余量来加速升空至环月轨道;动力系统提供了全面的动力冗余能力。对于“星舰”的冗余和任务终止能力,美国宇航局称其设计“令人信服”,这些设计在紧急情况下为航天员提供了灵活性,并在多个阶段提高了安全性。该能力已经在星舰SN15的试飞中得到了实际验证,试飞上升段一台猛禽发动机提前关机,飞控实时重新规划了飞行策略,凭借剩余的两台猛禽发动机,“星舰”仍然顺利着陆。

5.“星舰”配备有两个气闸,可提供冗余的进出舱能力,且每个气闸均配有独立的环控生保功能,可为航天员提供必要的紧急居留空间。冗余的推进剂(液氧)在意外情况下可为航天员提供大量生命支持用消耗品储备。

6.在任务可持续性上,“星舰”满足美国宇航局的所有要求,无需任何月表设施的情况下可提供4名航天员的居留空间。“星舰”的货运空间和能力可在无需额外研发的情况下,提供月表可持续开发的能力和灵活性。该能力有一定技术风险,但公司已向美国宇航局提供了可行的解决方案。基于与普通星舰的通用性,该方案直接具备了重复使用条件和能力,可大幅避免重新设计。

太空探索技术公司方案的主要劣势:

1.“星舰”需要多次连续快节奏的密集发射才能执行任务,这被美国宇航局认为是一项重大缺陷。

2.“星舰”需要多次大规模低温推进剂在轨加注,美国宇航局认为这也是该设计的一项重大风险。但由于“星舰”的在轨加注是在近地轨道进行,该局认为该风险相对于环月轨道加注更容易克服。

3.“星舰”的多种创新性设计带来了一定的研发和技术风险,但美国宇航局认为公司已经提供了可行的解决方案。

4.舱门距离月表高达30米,不便于航天员进出,需配备电梯。

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