Space X 和波音公司將如何保證 NASA 太空人的安全?

作者 | 發布日期 2015 年 08 月 17 日 17:30 | 分類 航太科技 follow us in feedly
雷鋒網 配圖

在 Space X 的 Falcon 9 號火箭飛往國際太空站途中解體事件發生大約一個月後,公司首席執行長 Elon Musk 宣布火箭墜落的原因,是一根兩英呎長、一英吋厚的鋼支柱導致。火箭液體氧氣箱裡的氦氣壓力閥由數千個這樣的鋼支柱維持,一旦鋼支柱突然折斷,大量氦氣就會瀉出,從而導致液體艙爆炸後引爆整個火箭。儘管只是一個微小的疏忽也會導致重大的太空事故。



幸運的是,墜落的飛行器內沒有搭載太空人,只是丟了食物、水和貨物,但是很快同一類型的火箭將會搭載太空人。Space X 和波音公司目前正在研發載人運輸模型,搭載美國太空人往返於國際空間站。作為 NASA 商業載人運輸項目的一部分,該項目計劃於 2017 年實施,旨在發展私人航空業務。

「平均每 270 次飛行任務中,會發生一次事故。」

作為太空總署首次將太空艦隊的安危交由私人公司負責的首次嘗試,航太部門為保證太空人的人身安全而採用了全新的保護手段。NASA 對私營公司發出要求表示:如果飛行任務沒有遵守高標準的安全守則,或者太空總署在飛行器研製過程中監管力度不夠,都將受到相應的懲罰。當然,SpaceX 和波音公司必須達到規定的幾百條安全標準,同時證明即使搭載太空人的火箭爆炸時,也能保證他們的安全。對於其他方面,飛行器的外觀以及運作方式,NASA 則並不會過多干涉。

儘管有如此高標準的要求,NASA 依然不能確保 Space X 和波音飛行器百分百的安全。「你能計算出每一百次飛行任務中有多少次任務是安全的並能將太空人安全送回地球?」NASA 商業飛行發展中心負責人 Phil McAlister 說,「平均每 270 次飛行任務中就會發生一次事故」。

 

更少的標準

NASA Atlantis_leiphone0817

▲ 從佛羅里達州發射的 NASA 亞特蘭提斯號太空梭(NASA/Bill Ingalls)。

這些項目和商業載人運輸項目最大的區別在於監管力度的不同。NASA  直接負責制定太空梭的設計規格,承包商需要達到 1 萬至1.2 萬個生產標準。商業載人運輸項目使用的太空艙,例如 CST-100 和 Dragon V2 等,所需的供應工作幾乎都由這些私人公司負責。SpaceX 和波音只需滿足 NASA 制定的商業載人運輸項目合同中規定的 280 條標準。NASA 商業飛行發展中心負責人 McAlister 表示,這些標準主要涉及安全和性能方面,對於 Space X 和波音公司的要求也並不會十分嚴格。比如,合約會規定為太空人制定一個中止計畫系統,並能讓太空人手動操作飛行器上的軟體,但是他們沒有規定這些系統怎麼運轉。

McAlister 說:「這樣的操作,為私營公司按照自己的方式設計系統提供了靈活性。商業載人運輸項目可讓我們廢除低規格的標準,允許私營公司進行創新並提出獨特的解決方案。」McAlister 認為由於不必擔心 NASA 繁複的標準以及頻繁的檢查,這也讓 SpaceX 和波音公司的工作便利許多。

NASA 為私營公司及太空總署之間提供聯繫人,這些聯繫人與公司工程師一塊工作提供他們所需的技術。太空總署要求完全瞭解公司的設計。McAlister 透露:「如果有重要的會議或重要的數據需要測試,我們有權掌握情況。」儘管交流、合作十分密切,飛行器最終是歸屬於 SpaceX 和波音而不是 NASA。

商業載人運輸項目監管力度不夠有可能會導致安全問題。一月,負責監測 NASA 項目安全性能工作的航空航太安全諮詢委員會稱,NASA 沒有為他們提供詳細的安全運輸資料。此後,NASA 加強與 ASAP 的溝通,但是擔任諮詢委員會主席的海軍中將 Joseph Dyer 仍有擔心。Dyer 對 Podcasting 客戶端(The Verge)說:「我們相信執行力度的好壞在於領導力。」隨著 NASA 一些關鍵人物例如 NASA 人類探索中心副行政官 Bill Gerstenmaier 的加入,Dyer 不再擔心安全問題。他還說,他發現值得注意的是,他必須相信人格和聲望而不是公開透明的數據訊息。

Boeing CST-100_leiphone0817

▲ 波音目前正在研製 CST-100 太空艙,負責運輸太空人。

中止計畫程序

商業載人運輸項目要求公司滿足一些關鍵技術標準,如同學生需要通過標準測試。公司能否通過則取決於自身實力。對於 SpaceX 和波音公司而言,這意味著複雜的程序。例如,公司會在飛行器內裝備三個不同的電腦系統,避免有兩個系統在執行任務時發生故障。即使三個系統都發生故障,也要確保太空人仍有後備資源可以控制飛行器任務進程。

保證太空人安全的主操作系統是太空艙的中止計畫程序。我們六月從 SpaceX 獲知,一個小鋼條可使重達 500 多噸的火箭在起飛時刻墜落。NASA 想確保如果類似的事情再次發生,太空人能安全逃生。

為確保太空人安全,SpaceX 配置了中止計畫系統可供太空人在飛行中使用。Dragon V2 表面嵌入了小型機器即 Super Draco,它可在飛行器抵達太空前,火箭發生故障時攜帶太空艙逃離。Dragon V2 還配備了降落傘可將太空艙安全帶回地球。SpaceX 的發言人 Phil Larson 稱:「與以往的中止塔系統不同,該裝置可幫助太空人逃往軌道。」

SpaceX_leiphone0817

▲ 五月份,SpaceX 成功實施發射中止操作實驗。

波音公司稱它們也有類似的逃生系統可供太空人在飛行中使用。如果飛行器發生故障,波音飛行器系統會自動檢測出故障,與此同時 Rocketdyne RS-88 機器會將太空艙送入安全區域。波音公司載人和任務操作中心負責人 Chris Ferguson 說,之後降落傘會啟動。他還說,一旦主機器發生故障,飛行中止操作系統可在任何情況下運行。

應對故障的計畫也在飛行器發射前準備完畢。這些被稱為中止操作系統,它們在火箭機器發生故障時將太空人從發射架帶走。飛行逃生系統中的這些機器將太空艙帶至安全區域。

儘管這些安全系統十分相似,但是他們接受的測試並不相同。SpaceX 已於五月份展示了中止操作系統,並計劃在 2016 年測試飛行逃生系統。而波音公司表示不會在 2017 年二月前檢驗其中止操作系統。此外,在太空艙進行首次載人航空前,波音公司未發布對飛行中止操作系統進行測試的消息。NASA 認為,這是因為波音更依靠於計算機模型。因為 SpaceX 已經有類似 Dragon V2 的飛行器,所以該公司能做真正的實驗。

 

機率風險評價

NASA 預測將會有傷亡事故發生,這種可怕的計算方法就是機率風險評價(probabilistic risk assessment)簡稱 PRA。它可用於評估尖端技術的風險,主要預測的內容包括三方面:潛在的系統故障、故障發生的形式,以及帶來的結果──當然也包括死亡。

公司進行機率風險評價時,需要關注過去的失敗率,飛行器可靠性、飛行區域以及其他相關數據。NASA 工作人員 McAlister 說:「有時模仿真正的飛行試驗需要反覆進行。」這些公司必須證明,太空艙在實施國際空間站任務時確保太空人的生還率達到 99.6%。

實際上人們對 PRA 一直存在質疑。例如,它們沒有考慮人類錯誤的因素。專家認為,它也絕不可能將所有可能的災難因素考慮進去,但是它們對於分析將要發射的飛行器的優缺點十分有幫助。

儘管存在一些缺陷,商業太空飛行 PRA 相對於舊實驗的優勢不言而喻。太空梭太空人失聯的平均機率為 1/80,按此計算新太空艙的安全係數是它的三倍。哥倫比亞號和挑戰者號飛船遇難所帶來的陰影籠罩著安全系統,這也是新的中止操作系統存在的原因之一。Ferguson 稱,這也是為什麼太空艙體積更小──便於躲避太空中的軌道碎片。

Ferguson 還說:「儘管我們的技術取得了重大進步,但我們並沒有取得完全勝利,我們不能忘記太空梭已經奪走了 15 條生命。」

儘管比較商業載人運輸項目和太空梭是暫時的,但是十分有必要。SpaceX 將於 2016 年四月份測試 Dragon 太空艙,波音公司將於 2017 年四月份檢驗其 CST-100 太空艙。下次載人飛行原定於 2017 年進行,儘管 NASA 負責人 Charles Bolden 稱如果國會不批准太空總署項目所需的資金,首次載人飛行將會延遲。首次飛行的成功或許不足以證明該項目的成功,我們需要可靠性。所以我們需要更多的飛行任務,而不僅僅只有一次。只有發射任務失敗才知道測試的結果,也只有在這種情況下我們能檢測出安全系統的效果到底如何。

(本文由 雷鋒網 授權轉載) 

關鍵字: , , , , ,

發表迴響