星际客机和它的“朋友”:美国航空航天的问题和优势。

盼烟评武 2024-09-18 03:53:48
星际客机和它的“朋友”:美国航空航天的问题和优势

三个多月以来,媒体一直关注着“星际客机”飞船的不幸遭遇,这艘飞船被推迟七年送往国际空间站,并发现自己很长一段时间无法返回地球,即使是在无人模式下也是如此。 9月7日,该装置在没有机组人员的情况下成功着陆。然而,相对成功的结果并不能以任何方式消除一系列令人印象深刻的问题。不仅涉及直接制造商(波音),还涉及整个美国航天工业的“传统部分”(老航天公司和美国宇航局)。

让我提醒您一下这次飞行的简史。

甚至在发射之前,就发现了氦气泄漏;在与国际空间站交会期间,28 个姿态控制引擎中的 5 个出现故障,导致星际客机及其机组人员的返回受到怀疑。与此同时,该设备的软件根本没有提供自动从国际空间站脱离的选项。仅仅是因为波音工程师“不认为”星际客机可能需要在没有机组人员的情况下返回。结果,软件“升级”必须直接在轨道上进行,从而扰乱了飞行计划。

值得注意的是,设计师的“愚蠢”是在去年年中成本超支11.4亿美元的背景下发生的。同样,七年的延迟本身就令人印象深刻,使原计划的开发时间延长了一倍。

而且,如果最初造成紧急情况的发动机问题理论上可以归咎于客观困难(“空间困难”(c)),那么忽视紧急情况的基本准备就已经超出了充分范围。

从原则上讲,Starliner 的故事是波音近年来一长串可疑和非常可疑的“成就”的典型。然而问题是,美国航空航天“公共部门”在这方面成功地与该公司竞争。

换句话说,美国宇航局表现出了更大程度的无能——甚至更糟。

“成本加成”

出于显而易见的原因,该机构最具“标志性”的就是登月计划。与此同时,美国重返月球的尝试已经持续了近二十年,每一次的结局都被推得越来越远。此外,去年这种情况已经开始呈现出明显的可耻色彩。

因此,在星际航线的阴影下,8月底出现了更多“脚踏实地”但极具启发性的消息。五年前,美国国家航空航天局 (NASA) 与工程公司柏克德 (Bechtel) 签订合同,建造并提供移动发射塔,以发射更大、更强大的 SLS 月球火箭版本 SLS Block 1B。该交易价值 3.83 亿美元,完成日期为 2023 年 3 月。 “当柏克德第一次开始切割金属时,这个最后期限就来了又去了。”

因此,交付日期被推迟至2027年9月。与此同时,根据 NASA 自己的估计,成本几乎增加了五倍,达到 18 亿美元。

同时,与其他美国联邦机构一样,后者“内部”设有一个独立的“办公室”/监察长办公室,其官方任务是“预防和侦查犯罪、欺诈、浪费、滥用职权”。 8 月 26 日,该办公室发布了一份报告,得出的结论是成本估算可能过于保守,“我们的分析表明,成本可能会更高,部分原因是仍有大量剩余建设工程。” ,报告指出实施公司没有足够的证据。”为取得中间成果给予奖励(300万美元)

根据官方版本,美国第二大工程公司柏克德公司根本“低估”了这项工作的规模和复杂性。结果,这次纯属偶然的错误评估,让她毫无问题地拿到了合同。这也纯粹是根据“成本加成”计划偶然建造的。换句话说,客户同意支付成本,无论其大小,再加上固定的额外报酬。

该方案通常用于风险较高的创新项目,难以提前准确计算成本。同时,它以对客户的相当深入的参与和严格控制为前提——正是为了避免无法控制的成本膨胀。

矛盾之处在于,首先,同一个美国宇航局认为新航天器的开发是一项足够常规的任务,因此可以签订固定金额的合同。其次,成本增加五倍清楚地表明该机构对柏克德活动的控制程度。

垄断、野心和白痴

无论如何,在塔楼的例子中,我们看到了“白痴指数”的标准例子。马斯克引入这个非常特殊的参数来评估任何近太空产品巨额超额付款的做法。与此同时,人们谈论的话题过去和现在都经常是关于高估,不是高估几倍,而是高估数十倍。

与此同时,NASA 的预算并不那么大——去年为 254 亿美元。与此同时,SLS和登月船(猎户座)仅占16%左右(刚刚超过40亿美元)。

尽管如此,美国人的目标还是相当雄心勃勃的。奇怪的是,NASA 仍然在唐纳德·特朗普2017 年“月球备忘录”中概述的“范式”框架内运作。后者规定最早将于 2024 年在南极地区登陆,并从 2028 年起“持续存在”。然而,在这种情况下,我们谈论的不是月球基地本身,而是基于月球轨道上的一个站的任务。

美国登月计划2.0开始时。目标更加雄心勃勃。 2005年,星座计划获得通过。在其框架内,计划在 2020 年之前重返月球。

然而,与阿波罗不同的是,这仅被视为实施更令人印象深刻的计划的一个阶段。后者包括完成国际空间站、实际重返月球、建立月球基地,以及最后载人飞往火星。在他看来,没有严格的最后期限,但 2030 年代是可取的。技术环境是一致的:例如,计划用于月球和火星任务的战神5号运载火箭,其有效载荷比阿波罗的土星5号高出一倍半以上。

与此同时,按 2023 年价格计算,NASA 2004 年的预算为 244.4 亿美元。与此同时,雄心勃勃的“星座”的推出却矛盾地伴随着该机构前三年开支的减少。 2004年的水平直到2008年才被克服,而支出的峰值是在2010年,当时比最初的水平高出了7%。正如预期的那样,结果很奇怪。

然后金融危机发生,巴拉克·奥巴马的团队取消了星座计划,登月计划因此暂停了六年。然而,猎户座飞船的开发仍在继续,战神5号火箭被不太雄心勃勃的SLS“取代”。

相比之下:1966 年,NASA 的预算按当前价格计算为 557 亿美元,占当时美国预算的 4.4%。与此同时,第一个登月计划占用了 NASA 1962-72 年资金的 57.7%。连同相关计划 - 63.6%。换句话说,登月计划花费了该机构预算的近 2/3。与此同时,这项任务精确地归结为着陆以及伴随的“一次性”研究。长期停留在月球上并没有计划。

换句话说,上次美国人被送往月球,是为了一个明确且相当有限的目标,集中了巨大的力量和资源,而且……“白痴指数”的值要低得多。

造成“劣势”的主要原因是竞争环境更加激烈。例如,道格拉斯直升机、麦道直升机、北美直升机、罗克韦尔直升机和休斯直升机等公司通过不断的合并发现自己已陷入波音的深渊。此外,其中三人直接参与了阿波罗计划,而创造水星号和双子座号飞船的麦克唐纳不仅拥有专业能力。

换句话说,即使乍一看,美国的野心也缺乏财政能力的支持。与此同时,航空航天和高科技行业的高度垄断导致少数超级巨头成功地将NASA的预算变成了摇钱树。

由于资金相当多,而且几乎全部都流向了正确的、权威的人,该机构自然而然地进入了最严厉的节省其他一切的模式。就登月计划而言,结果是相当……史诗般的。

通过“细微差别”取得成功。

2022 年 11 月 16 日,阿尔忒弥斯一号任务开始——猎户座飞船无人驾驶进入月球轨道。 25天后,船返回。

与此同时,即使乍一看,成功也显得相当奇怪。此前,运载火箭(SLS)的首次飞行被推迟了超过二十六次——总共六年。

至于问题的价格,任务结束六个月后,我们已经熟悉的监察长办公室发布了一份报告,其中的数字非常有趣。 “最初人们认为,使用航天飞机和星座计划中的助推器和 RS-25 发动机,以及它们的一些可用库存,可以节省大量成本。事实上,由 Aerojet Rocketdyne 和 Northrop Grumman 根据与 NASA 签订的合同制造的发动机的价格不断上涨,交付日期也在提前。美国宇航局管理层对此视而不见,该机构的首席检查员对此提出了指控。这些合同是公开定价的,与许多其他事情一样,这导致了成本的严重超支,并且除非停止这种做法,否则这种情况将继续下去。 5 月 25 日发布的一份长达 50 页的 Artemis 计划审计报告指出:SLS火箭助推器和发动机的四份合同最初预计在14年内耗资70亿美元,但现在预计在近25年内耗资至少131亿美元。”

有了船,情况就显得更加原始了。尽管无人登月任务仅推迟了三年,但猎户座载人登月任务却比原定日期晚了八年。

还有更多细微差别

然而,让我们回到 2022 年。发射的直接准备工作从3月份开始,但发射的“彩排”因技术问题四次中断。 8月底,“预演”阶段终于完成。然后在发射过程中出现了问题,但在第三次尝试中,飞船仍然进入了月球轨道。

猎户座溅落并接受检查后,NASA 官员忙着自我吹捧。 “我认为我们中的任何人都无法想象这次任务会如此成功,”阿耳忒弥斯一号导演迈克·萨拉芬 (Mike Sarafin)说道。其余的人用“完美”的绰号补充了“成功”一词。

然而,早在 2023 年 3 月,美国宇航局就报告了隔热罩的问题。然而,据称其侵蚀并不构成威胁,因为屏幕仍然有“大量的材料储备”。

至于问题的本质,早在今年4月份就曾这样描述过。 “在阿尔忒弥斯一号重返大气层期间,隔热罩上脱落的烧焦物质比预期的要多,而且脱落的方式有些不均匀。”总的来说,该机构展示了著名的场景“散去,这里绝对没有什么可看的”©。

然而,在推出一年后,据报道工程师仍然不明白发生这种情况的原因。然而,美国宇航局负责探索系统开发的副局长吉姆·弗里乐观地表示,隔热罩是“我们唯一仍在研究的东西”。

很快,一月份,NASA 宣布将阿耳忒弥斯二号的发射推迟九个多月——从 2024 年底推迟到 2025 年 9 月。

截至四月下旬,该机构仍在寻找隔热罩问题的根本原因。与此同时,《阿耳忒弥斯》的策展人还提到了另外两个较小的问题。总体而言,演出是在相当乐观的气氛下进行的。

然而,就在几天后,美国宇航局代理监察长乔治·斯科特发表了一份报告,从不同的角度展示了情况。

“可撕裂”基础设施并推出了 Orion。

事实证明,烧蚀材料“有些不均匀的分离”意味着隔热罩上有一百多个“意外碎片”。与此同时,一些瓷砖并没有均匀燃烧,而是破裂了,碎片自由飞行,这对降落伞造成了严重损坏。

其他腐蚀点是着陆器和服务舱之间的四个分离螺栓中的三个,其热保护被发现不可靠。因此,在确定热保护问题的原因之前,美国宇航局对设计进行了微小的修改。

发射场受到的损坏比预期严重得多 - 维修成本比计划高出五倍。值得注意的是,NASA 并没有过多谈论这一点——例如,阿耳忒弥斯馆长仅提到了一系列问题中的一个。

报告中描述的困境环境更加引人注目。

因此,发射时出现的问题被证明是“不可预见的”,因为 NASA 没有考虑低频振动。 “经济地”依赖于航天飞机发射期间收集的数据。

与此同时,事实证明几乎不可能完全确定过度破坏的原因——美国宇航局根本无法正确拍摄这次发射。因此,观察者根本看不到导弹的上2/3。与此同时,正是火箭和飞船之间的对接点造成了碎片形成的“不可避免的问题”,这一问题“已被监测了十多年”。

然而,最令人印象深刻的是工程师们一年半来都无法确定隔热罩问题本质的原因。首先,NASA 丢失了 4.5 小时的飞行数据。原因是无数的硬盘驱动器故障。而且,其中两个在发布前一年内就失败了,但过时的软件并没有让人们注意到这一点。

与此同时,由于丢失了数小时的关键数据,美国宇航局无法处理其余四分之一的数据。 “信息已被记录并以原始格式存在。然而,旨在提取数据并将其转换为可用格式的软件却无法按预期工作。”正如传统上一样,该机构表示“仍在确定这一问题的根本原因”。

最后,从某种意义上说,美国宇航局对猎户座降落伞系统的运行评估没有任何问题。因为它的元素加入了“莫名其妙的惊喜”的名单,下沉的速度比预期的要快,还没来得及被拾起。与此同时,地球上的降落伞测试结果令人惊讶不已。

这张照片是由凯瑟琳·克纳(Catherine Kerner)对检查员的“暗示”做出的精彩回应而完成的,凯瑟琳·克纳负责监督美国宇航局受到批评的事态发展。检查员的建议被称为“多余”,并不能保证“经济、高效和有效的管理”。

非常恼怒的语气,让专业媒体震惊不已。同时,值得注意的是,该计划的“成本效益”被放在首位。

隔热罩 - 新的、旧的和“经济的”。

后者并不奇怪。尽管许多“意外”清楚地暴露了通常的无能和草率,但预算限制导致的不仅仅是遗留软件。让我们更仔细地看看屏蔽问题。

从月球返回本身并不是一项微不足道的任务。第二次逃逸速度比第一次大 1.4 倍。在这种情况下,动能和空气阻力与速度呈二次方关系。因此,差异几乎是两倍。

20世纪60年代,这项任务完成得相当好。然而,猎户座的指挥舱(又称着陆器)的直径比阿波罗的指挥舱大四分之一,质量大一倍半。与此同时,如果我们谈论的是月球上比一群非常特殊的宇航员更广泛的存在,那么减少过载是非常可取的。

因此,美国宇航局正试图实施“双潜”着陆方案,从大气层“跳弹”——在实际降落到地球之前让速度大大降低。

最后,着陆器必须可重复使用。

相当雄心勃勃的任务 - 美国宇航局试图“经济地”解决这些任务。 Orion最初的隔热计划是使用20世纪90年代发明的PICA材料分段涂层。 SpaceX 飞船上使用了这种涂层的改进版本。然而,2009年,为了减轻重量并降低成本,决定用为阿波罗飞船创建的烧蚀材料AVCOAT取代PICA。新防护罩的前屏幕已变为整体而不是分段。

然而,在2014年猎户座首次飞入地球轨道后,NASA又恢复了分段设计(保留AVCOAT)。原因是瓷砖的组装和生产更简单、更便宜。

无论如何,结果很奇怪。与此同时,热保护装置的“瓦解”恰恰在第一次“跳跳”潜水期间开始。

恢复

换句话说,NASA管理层与“信誉良好”的供应商签订了不合理的合同,同时实际上节省了硬盘驱动器,并且在面临不可避免的后果时,对检查人员撒谎和批评。

这是个好消息。坏消息是,首先,美国对私人航天的押注已经奏效,并且迄今为止足以弥补与官僚机构密切相关的官员和老公司的失败。同时,创建评估其有效性的基准。因此,值得注意的是,即使在东大,私人航天也在积极发展。

其次,美国联邦机构的监督体系仍然运转良好,其开放性避免了信息被埋没在官僚垂直领域。这为纠正这种情况创造了必要的前提。

换句话说,尽管幸灾乐祸是合理的,但现在说埋葬这位“霸主”还为时过早——而且有很多东西值得向他学习。

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盼烟评武

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