美国SLS重型火箭
张绿云 曲晶（北京航天长征科技信息研究所）
2021年1月17日，在成功完成模态试验等7项试验准备工作的基础上，美国国家航空航天局（NASA）进行了“航天发射系统”（SLS）首次芯级点火试验，即4台RS－25发动机联合试车。作为近50年来全球规模最大的火箭子级地面点火试验，虽然发动机仅点火工作了约1min，但验证了包括贮箱增压、推进剂加注以及推力达到设计最大值等在内的多项试验目标，为芯级性能分析及后续点火试验提供了数据支撑。 早在2020年1月，NASA和波音公司（Boeing）通过“飞马座”（Pegasus）驳船将SLS首飞箭芯级转移至斯坦尼斯航天中心（SSC），并将其安装在B－2试验台上，开始进行芯级系列试验。受到新冠肺炎疫情、恶劣天气以及技术问题的影响，试验过程持续了近1年的时间。
1 试验情况
本次试验情况
1月17日，美国在斯坦尼斯航天中心启动了SLS芯级点火试验。T-0前6s，1号RS－25发动机开始点火，
之后是3号、4号和2号RS－25发动机分别以120ms的时间间隔点火。按照计划，试验将持续约8min，进行3次推力水平调整以及2次时长30s的发动机摆动。但是，在试验进行到约1min时，4台发动机关机，试验终止。
本次试验中，试验团队在发动机点火前10min 启动了倒计时时序，主要事件如下：
车流量统计
1）T-4min：启动芯级辅助动力单元（CAPU）；
2）T-3min：启动发动机吹扫时序；
3）T-2min30s启动预点火稳定时序；mum-147
太阳影子定位
4）T-1min30s：断掉B-2试验台外部电源，启动芯级内部电源；
5）T-33s：启动自动发射时序（ALS）；
6）T-6s：发出发动机启动指令。
原因分析
1月19日，NASA公布了本次试验情况的初步调查结论。在4台RS－25发动机点火运行67.2s后，与编
号为E2056的2号发动机辅助动力单元相关的液压系统超出了预先设定的试验极限值。随后，按照设定的流程，飞行计算机自动终止了试验。但这个终
8
8
SLS火箭构型图
客流监测系统在结构设计上，芯级高64.6m，直径8.4m，结构质量85.3t。主要由发动机段、氢箱、箱间段、氧箱和前裙组成，分为10个主要圆柱形筒段、4个圆底以及7个连接环。其中，每一个筒段由8个不同长度和高度的铝板制造而成；采用4台RS－25氢氧发动机，可加注200万升液氢和74.2万升液氧；安装3台飞行计算机和箭上大部分电子设备，外部喷涂黄热防护涂层；设计飞行时间约500s，飞行高度162km。
为了完成芯级的制造和组装，波音公司在米丘德装配厂（MAF）内建成了 括垂直组装中心（高52m，宽
中心（高51.8m，宽23.5m）、环形穹顶焊接工装、三角焊接工装、分段环状焊接工装和改进型机械焊接工装等，均采用搅拌摩擦焊技术，分别完成芯级贮箱及干结构组装、筒段焊接、圆底组装、三角组装、支
10 10
SLS芯级结构分解图（来源：NASA）撑环制造和圆底制造等工作。而对于搅拌摩擦焊带来的匙孔（直径约为25mm），通过塞焊予以消除或修复。之后，通过复核试验验证制造质量，包括氧箱的注
水和流体静力试验，以及氢箱的充气试验，最后完成清洁、线路和管路铺设及防热层涂装。2018年，随着芯级各组件生产制造工作的完成，SLS火箭研制进入首飞箭芯级结构组装阶段。按照计划，芯级分两部分垂直组装，前裙、氧箱和箱间段组成前半部分，氢箱和发动机段组成后半部分，两部分调至水平再进
行最后组装。因为发动机段、前裙和箱间段的组装工作复杂度高，包括4台RS－25发动机的精确安装、大量复杂电气设备与线缆的安装，以及各组件内外隔热涂层的喷装等。基于此，芯级组装工作进展比较缓慢，直到2019年中仅完成了前半部分的组装，且发动机段的研制工作耗时超出了预期。在美国政府提出2024年重返月球目标之后，为了确保进度，NASA 和波音公司决定将芯级组装方式由“垂直+垂直+水平”改为“垂直+水平+水平”。在进行芯级前段与氢箱组装的同时开展发动机段的研制工作，进而
完成组装后的SLS首飞箭芯级（来源：NASA）隔膜胶水
在2019年底完成了首枚芯级的组装。
性引诱此外，在芯级飞行箭设计与制造的同时，波音公司还制造了芯级主要结构的模拟件，并在马歇尔航天飞行中心（MSFC）建造了4个专门的结构试验台，从2017年开始进行氧箱、氢箱、发动机段和箱间段的系列结构试验。完成的199次试验充分验证了芯级结构性能，也为结构优化设计提供了数据支撑。
11
11
安装了芯级的B－2试验台（来源：NASA）12
