维珍银河下一步计划是什么?

维珍银河下一步计划是什么?

2004 年,我和试飞员兼工程师彼得·西博尔德一起坐在 Scaled Composites 的飞行模拟器里。他建造了模拟器——精确复制了 Scaled 的非常规太空船一号 (SS1) 的驾驶舱。这艘飞船是太空船二号 (SS2) 的前身,后者于周五在莫哈韦沙漠上空解体。事故发生时,西博尔德在驾驶舱,迈克·阿尔斯伯里担任副驾驶

富有远见的航空设计师 Burt Rutan 发明了这些奇怪的鸟,以及两艘测试飞船共用的革命性的羽翼再入系统。十年前,Siebold 是团队中将该系统付诸实践的关键一员。当他向我展示如何在模拟器中飞行时,我们聊起了在火箭驱动的太空飞行的极端环境下驾驶这种新奇且不可否认不稳定的飞行器的压力——即使“太空”部分很短暂,在细长的飞船穿过天空的每个抛物线弧上仅持续三四分钟。

西博尔德很纠结。参与这个项目是一种荣幸,但这段经历却出人意料地让他情绪起伏不定。他非常想获得宇航员资格,并与鲁坦团队的其他飞行员展开激烈竞争,争夺任务。然而,当鲁坦选择飞行员的时候,西博尔德却选择退出。

当鲁坦需要挑选飞行员时,西博尔德选择退出。

那时他刚刚当上父亲,良心不允许他这么做。试飞员迈克·梅尔维尔和布莱恩·宾尼驾驶飞船进行了两次亚轨道飞行,以赢得 1000 万美元的安萨里 X 大奖——这是少数几家能够接近开发商业航天器的公司的诱饵。

西博尔德继续留在该项目,并再次成为一名试飞员。这一次,他驾驶的是更大的载客飞船“太空船二号”,这艘飞船是由 Scaled Composites 的子公司 The Spaceship Company 为维珍银河公司建造的,维珍银河是理查德·布兰森受 X-Prize 启发成立的新企业。周五,43 岁的西博尔德和 39 岁的阿尔斯伯里从洛杉矶以北约两小时车程的莫哈韦太空港起飞,乘坐母舰“白色骑士二号”(WK2)。

两家公司安排了这次飞行,首次测试火箭新改进的推进系统。橡胶基燃料对 SS1 效果很好,但工程师最近改用塑料基燃料,以便为更大的 SS2 提供更大的推力。后者飞行了 54 次,但从未超过 71,000 英尺,而其预计的运行峰值高度为 361,000 英尺。只有 10 次飞行采用了飞船的“羽状”配置,即双尾梁向上翻转以在重返大气层时稳定飞船。它只在火箭动力下飞行了三次;大多数飞行都是从 WK2 释放后返回机场的滑翔测试。

2014 年 10 月 31 日星期五,火箭和母舰组合飞到 45,000 英尺高空,此时 SS2 与 WK2 分离并点燃发动机进行试飞。接下来发生的事情尚不完全清楚,但地面图像清楚地显示航天器在发动机点火后解体。昨晚,在美国国家运输安全委员会 (NTSB) 的新闻发布会上,代理主席克里斯托弗·哈特透露,发动机完好无损,没有燃油系统被破坏的迹象。哈特还表示,视频显示阿尔斯伯里在 1 马赫左右(即 660 英里/小时)移动解锁羽化装置的杠杆。显然,这应该在 1.4 马赫之前不会发生。

这里有一个可能至关重要的细节:在 1 马赫时,飞机会飞得更低,空气密度也会比 1.4 马赫时高得多。在更高速度下释放羽毛会比较安全,因为空气会稀薄得多。新闻发布会没有透露飞行计划——发动机燃烧要持续多长时间,飞行员会在哪个阶段开始和结束羽毛释放。另一个重要细节是,阿尔斯伯里只是解开了羽毛;他和西博尔德都没有真正尝试移动它们。用航空术语来说,羽毛的移动是“无指令的”。

羽毛装置的过早解锁可能是造成悲剧性事件发生的原因之一,因为在那样的速度下,浓密的空气可能会迫使羽毛移动。但哈特强调,这不是原因陈述,只是事实。这是我们稍后会谈到的一个关键区别。

飞船解体后坠落,碎片如雨点般落在半径五英里的沙漠地面上。太空船二号上没有弹射座椅,因此西博尔德——尽管他曾多次飞行,但尚未获得宇航员资格——要么与飞船分离,要么被抛出残骸。美国国家运输安全委员会尚未透露他当时是否神志清醒,是否依靠自己的氧气系统呼吸,或者是否因高空快速减压而失去知觉。据推测,他当时昏迷不醒,受伤严重,降落伞在 10,000 英尺高空自动打开。西博尔德降落在地面上,急救人员不久后发现了他,并将他送往医院。(值得注意的是,西博尔德是第一个成功从发射的飞船中跳伞的人。调查人员和航空航天工程师无疑将在未来几天研究他幸存的具体细节。)

阿尔斯伯里在坠机事故中丧生。人们发现他的尸体仍粘在座位上,机身大部分已损毁。这位试飞员自 2001 年起就为 Scaled Composites 公司工作,他本人也是两个孩子的父亲,两个孩子都不到 5 岁。莫哈韦航空航天界以团结友爱著称,飞行员的死显然令他们震惊,当晚晚些时候抵达加州的理查德·布兰森也同样感到震惊。

周末,布兰森和美国国家运输安全委员会(NTSB)在周六抵达莫哈韦调查该事件,在一系列冗长的新闻发布会上各自发表声明。维珍银河和布兰森的最初评论暴露了团队的震惊,并谈到了航天飞行固有的和众所周知的风险、人类探索和突破界限的冲动,以及参与该项目的每个人的集体愿景和奉献精神。但至少在最初,双方都没有提供任何实际见解或信息。

然而,从 2014 年 11 月 1 日星期六布兰森对有关维珍银河未来的问题做出的具体、慎重且模棱两可的回答,以及美国国家运输安全委员会在事故发生后出现在莫哈韦沙漠的情况来看,我们可以推断出很多信息。

让我们从国家运输安全委员会开始。尽管它在 1986 年挑战者号航天飞机事故调查中扮演了边缘角色,但这一角色的有益影响(特别是在事故重建方面)促使 20 世纪 90 年代的运输部要求国家运输安全委员会参与调查,以防未来发生任何商业航天事故。国家运输安全委员会还参与了 2003 年哥伦比亚号事故调查,但这是该委员会首次亲自领导航天器事故调查。调查地点在莫哈维沙漠,因为维珍银河计划成为一家民用载客实体。国家运输安全委员会将牵头调查,而掌握维珍银河载客许可证的联邦航空管理局将密切关注调查进展。

美国国家运输安全委员会的参与意义重大,对刚刚起步的商业航天业来说可能是件好事。自 1982 年 Burt Rutan 创建以来,Scaled Composites 一直保持着出色的安全记录,尽管该公司设计和试飞过大量民用和军用原型机,但从未发生过试飞员死亡事件。(Scaled 由航空航天和国防技术巨头 Northrop Grumman 全资拥有。Rutan 于 2011 年从该公司退休。)

这家高科技公司执行的试飞计划经过深思熟虑,备受推崇,注重安全。其计划中发生的任何事故通常都会在内部进行调查和解决。2007 年发生的一起火箭发动机测试事故导致三名 Scaled 技术人员死亡,该事故被视为工业事故,并由职业安全与健康管理局 (OSHA) 进行调查。同样,NTSB 是一个独立的公共机构,会发布有关事故原因的详细报告,并提供安全建议以解决发现的任何问题。

美国国家运输安全委员会将进行一次不定期的、高质量的安全审计——这是商业航天业面临的首次安全审计。

审查将非常严格。事故调查界的专家们选择保持匿名(以防他们参与调查),他们告诉《大众科学》 ,Scaled/Virgin/TSC 将是 NTSB 最理想的调查合作伙伴。然而,调查的影响可能超出私人计划所能承受的范围。

美国国家运输安全委员会将花时间仔细审查细节,采访人员链上上下下的员工,审查和重新审查事故航班(以及之前的航班)的图像、视频和记录,当然还要广泛采访西博尔德。它将利用其在冶金、飞行控制、结构应力、材料疲劳和复合材料结构方面的专业知识,准确地查明周五早上飞船发生了什么。

顺桨装置解锁是一项关键情报,但美国国家运输安全委员会要追查的关键问题是阿尔斯伯里为什么要解锁。这是一个简单的错误,还是他面前有错误的信息,或者有人向他传递了错误的信息?空速指示器是否正常工作?是否发生了未知的驾驶舱紧急情况,而阿尔斯伯里认为可以通过解锁顺桨装置来解决?最后,解锁顺桨装置是否导致飞机坠毁和副驾驶死亡?在这样的速度和高度下,这是可能且预期的结果吗?还是机组人员感到意外?无论是哪种情况,可以采取哪些措施来消除过早顺桨的可能性?

调查将在这里寻找冗余,这是商用飞机设计中的一个关键术语。这些是备份和故障保险,旨在确保飞机在出现错误信息、机械故障或飞行员失误的情况下也能安全运行。SS2 中存在哪些冗余以防止过早羽化,如果没有,应该有哪些?

NTSB 还将对飞行测试项目进行整体评估。他们将试图了解人际关系动态、企业文化或各种内部和外部压力等不太明显的因素是否可能影响了项目内的决策。它可能会发现其他与事故本身无关的安全问题,但这些问题仍可能需要进一步审查。从本质上讲,NTSB 将进行一次不定期的、高质量的安全审计——这是商业航天业面临的第一次安全审计。

最终,周五事故的原因可能会一目了然,即羽毛解开。但更有可能的是,国家运输安全委员会会发现多个因素在起作用。如果该委员会长期以来对令人费解的交通灾难的彻底调查证明了什么的话,那就是事故通常由一系列看似不相关的事件引起。也许预算压力是造成事故的原因之一,因为每次试飞都要花费该项目数十万美元;也许承包商和客户之间的紧张关系也起了作用,即使只是很小的原因。毕竟,Scaled Composites 和维珍银河之间的关系从一开始就很尴尬。布兰森不断宣布即将进行数月后的载客亚轨道飞行,这让 Scaled Composites 的员工很恼火。该项目最初应该在 2007 年开始盈利飞行。现在是 2014 年。从中你可以推断出你想要的结果。

任何 NTSB 调查都旨在确定重大事故的原因,以便将来能够预防此类事故。这一过程将执行良好且高效。与原型飞船本身的损失一样,这将推迟该计划,就像 Scaled 自己的内部调查一样,即使没有 NTSB 也会推迟。但前者无疑将产生信息,使太空旅游更加安全。这让我们回到维珍银河自身未来的问题上。

在周六的新闻发布会上,布兰森说:“我们有责任找出问题所在,这是我们试飞员的责任。一旦我们找出了问题所在,如果我们能够克服它,我们将绝对确保梦想​​继续存在。”如果……

布兰森是维珍银河的狂热粉丝,但他没有极力否认,仅仅发生一次坠机事故(尽管是致命事故)就可能让该项目的未来陷入危险,这强烈表明他已经知道最终决定是什么。维珍声称,它已经收到了 800 多笔亚轨道旅游航班的付款,每笔 20 万美元。这听起来可能很惊人,但 1.6 亿美元仅占布兰森据称已在该项目上投资的三分之一。然而,该公司在真正开始载人进入太空之前无法动用这些乘客资金。

如果一家价值 5 亿美元的航空航天企业无法承受一次飞行测试挫折,尤其是在一个飞行测试挫折长达一个世纪的行业中,那么要么布兰森已经不再愿意在经济上维持这个长期拖延的项目,要么项目本身可能过于复杂和危险而不可行。你可以拥有世界上所有的支持,但这并不意味着你的宇宙飞船会成功。

调查将对太空船二号的实用性产生重大影响。如果调查结果表明需要更加复杂和昂贵的安全机制,或者存在更广泛的设计缺陷,那么挑战可能难以克服。太空船一号对测试飞行员来说是一次残酷的飞行,在两次亚轨道飞行中,重返大气层都是一次令人头疼的考验。(自 2001 年太空船一号计划启动以来的 13 年里,该计划只成功进入太空两次。)工程师们努力通过升级的概念来使飞行更加平稳,但该计划尚未进行足够的测试以查看他们是否成功。从任何合理的标准来看,太空船二号仍然是一艘小船。很难想象事情会改善这么多,目前排队等待乘坐的数百名富有的太空游客中,许多人不会有勇气接受这种硬核的飞行,而这种飞行无疑吓坏了 Binnie、Melvill 和 Siebold。

如果载人航天的统计数据可以作为参考的话,如果航天继续进行,将会有更多的人死亡。

更令人不安的是,这不会是这个新兴行业的最后一起事故。不会的。在飞行的早期阶段发生灾难性的故障,让人不禁要问,一旦这些飞行器开始进入太空,然后为重返大气层的剧烈冲击做好准备,会发生什么。(然后,多年来,每天重复几次,一遍又一遍。)与其前身一样,太空船二号被设计成三个飞行器:一枚火箭、一艘航天器和一架滑翔机。因此,它很难做好其中任何一个。飞行的每个阶段都需要做出必要的妥协,以允许其他阶段存在。鲁坦经常承认这一点,但即使是这对他来说也是新领域。这个概念很天才,而且效果会非常好。然而,它可能不会是人们期待的旅程——而且它的最终形态也绝非易事。如果载人航天的统计数据可以作为参考,那么如果飞行继续进行,将会有更多的人死亡。

现在,好消息来了。即使维珍银河在周五的事故后倒闭,商业太空探索,尤其是太空旅游,仍将继续。人们对太空旅游的兴趣实在是太高了,推动这个行业发展的梦想和愿景太强大、太引人注目、太值得忽视了。太空旅游不仅仅是富人的聚会:为促进太空旅游而开发的系统——从经济战略到创新设计和材料——推动了太空旅游的发展,即使这些好处几十年后才会显现出来。此外,对太空旅游进行这种审查可以全面提高安全性和可靠性的标准。​​美国国家运输安全委员会和 Scaled Composites 在调查中了解到的任何情况都将对整个行业产生积极影响,就像航空史上的每一次事故都有助于使其成为人类已知的最安全的交通方式一样。

私人航天领域还有其他公司可以提供帮助。SpaceX(由 PayPal 联合创始人兼特斯拉汽车公司负责人埃隆·马斯克创立)、Blue Origin(由亚马逊创始人杰夫·贝佐斯创立)和 XCOR Aerospace 等公司都在开发采用不同策略(一些是新的,一些是熟悉的)的商业火箭系统,这些系统可以使进入太空变得切实可行且经济实惠。

然而,现在显而易见的是,这一大胆的未来愿景不会按照理查德·布兰森的计划实现。

Eric Adams 是《大众科学》的撰稿人,他报道航空航天业已有 20 年。请在 Twitter 和 Instagram 上关注他。

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