在NASA一個鮮為人知的巨型設施深處，工作人員多年來一直在上演精心偽造的太空任務。這不是陰謀論。這是NASA密歇德組裝廠的悲慘故事，這個龐大的新奧爾良綜合設施是該航天機構幾十年來建造其最大火箭的地方。
在2011年太空梭的最後一次飛行之後，密歇德巨大的機庫式設施被出租給好萊塢製片廠，為《安德的遊戲》和其他科幻電影提供部分製作場地。
但最近，越來越多的NASA工程師和其他工作人員在這裡從事一項重要的新制作——該機構人類太空飛行最輝煌時期的續集。密歇德重新開始火箭製造業務，成為有史以來正在建造的最大、最雄心勃勃的航天器的工廠：太空發射系統，通常被稱為其首字母縮寫SLS。
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SLS是NASA希望用來將宇航員從佛羅里達州卡納維拉爾角發射升空的火箭，進行大約一年的火星表面之旅，同時運送他們需要在那裡花費至少幾周時間在鏽紅色塵埃中穿梭的住所、車輛和補給。這項任務距離現在還有大約25年。但在那之前，SLS可以將人類送往地球的月球和小行星，併發送探測器尋找木星衛星之一歐羅巴上的生命。這是一個行星際的開創性專案，是NASA有史以來最膽大的專案之一。
那麼，為什麼這麼多人似乎討厭它呢？
取代太空梭
在20世紀60年代和70年代早期阿波羅登月計劃取得令人飄飄然的勝利之後，太空梭本應使進入地球軌道的成本相對低廉且成為例行公事。然而，太空梭平均每次飛行花費超過10億美元，每年僅飛行幾次，並且兩次遭受災難。2004年，在哥倫比亞號在重返大氣層時解體，造成七人死亡一年後，喬治·W·布什總統責成NASA用更像阿波羅計劃的計劃取代太空梭，該計劃將帶我們重返月球，然後再到火星。由此產生的努力被稱為星座計劃，導致設計了兩枚新的戰神火箭，一枚載人發射飛行器和一枚巨大的、類似土星五號的版本，旨在運輸貨物。但到2011年，在燒掉了約90億美元之後，星座計劃的成果只有一個由洛克希德·馬丁公司建造的獵戶座載人艙和一個已經發射過一次作為測試的火箭。巴拉克·奧巴馬總統取消了該計劃，指示NASA將其精力重新集中在前往小行星的任務上。該機構將轉向私營部門，尋求軌道渡輪服務，以將貨物和人員運送到國際空間站（ISS）。
儘管如此，國會中的許多人仍在努力推動繼續尋求一種新型重型運載火箭，使其能夠將人類送往月球和火星。最終的妥協方案是SLS，一種用於載人和貨物的單一大型火箭，它將避開戰神計劃中計劃的大部分新技術，而是依靠航天飛機發動機、助推器和燃料箱來提供大部分動力。SLS是廉價版的戰神火箭。
從一開始，SLS就一直受到一種看法的困擾，即國會炮製它是為了保護NASA及其主要承包商的就業崗位。《經濟學人》雜誌去年12月的編輯寫道：“這種飛行器與眾不同之處在於，它是第一枚由政治家委員會而不是科學家和工程師設計的火箭。”一些批評家嘲笑SLS是“豬肉火箭”或“參議院發射系統”。其州是NASA或承包商大型設施所在地的一些南方參議員確實是SLS在國會中最響亮的擁護者。支持者包括，例如，阿拉巴馬州參議員理查德·謝爾比——大約6000人在阿拉巴馬州亨茨維爾的NASA馬歇爾太空飛行中心工作，SLS在那裡進行管理——以及路易斯安那州參議員大衛·維特，路易斯安那州是NASA密歇德設施的所在地，SLS核心級主要承包商波音公司正在那裡部署其已經為該計劃工作的1500人中的許多人。
這是一個龐大的計劃——和火箭。SLS最初將有一個底部核心級，由四個RS-25航天飛機發動機提供動力，這些發動機使用標準的液氫和液氧燃料。核心級的每一側都將連線固體火箭助推器，這些助推器提供使重型火箭升空所需的額外推力[參見下一頁的插圖]。第二級位於第一級之上，將在大約50公里的高度接管，將火箭推入軌道，獵戶座載人艙將位於整個結構的頂部。火箭高98米，比土星五號稍短，但動力更強，土星五號為每次載人登月任務提供動力，並且其有效載荷是太空梭的三倍。所有元件均未設計為可重複使用。在未來十年中，SLS的升級將包括更強大的發動機和助推器。最終能夠前往火星的SLS將在其上面級獲得更大的動力，使其推力是第一版的兩倍。
批評人士指責，國會透過指定SLS依賴太空梭元件，確保了太空梭的大型航空航天承包商將從中獲利。“波音公司再次發了大財，”蘭德公司高階國防研究分析師彼得·威爾遜說。其他人則認為，太空梭回收利用的方法將使SLS成為一個有問題的弗蘭肯斯坦式火箭，其部件是從一個已死的計劃中拼湊而成的。例如，使用太空梭助推器已經導致了隔熱層出現縫隙的問題。
對SLS最終成本的估計差異很大。NASA公開預測，將SLS投入首次發射需要180億美元——火箭本身100億美元，獵戶座載人艙60億美元，以及為卡納維拉爾角配備SLS發射裝置20億美元。（順便說一句，佛羅里達州參議員比爾·納爾遜也是SLS的堅定支持者。）但一份洩露的內部研究報告得出的結論是，未來10年的成本將超過600億美元。其他人預測，將宇航員送往火星將花費高達1萬億美元。NASA的既定目標是每次發射5億美元，但其他人估計，如果將所有專案成本都計算在內，則高達140億美元。
批評人士堅稱，政府和公眾永遠不會支援他們對太空探索的熱情，因為SLS最宏大的任務將需要數千億美元。包括NASA進行的一項內部研究在內的幾項分析表明，即使沒有重型運載火箭，我們也可以到達深空和火星。有人認為，依靠類似於德爾塔IV的小型火箭可能更便宜，德爾塔IV已經使用了大約十年時間來發射衛星，將建造深空飛行器所需的燃料、元件和材料運送到近地軌道，然後在那裡建造大型飛行器。如果事實證明我們確實需要一個巨型火箭，許多人說，為什麼不將這項工作交給所謂的新太空公司呢？矽谷偶像埃隆·馬斯克創立的SpaceX公司已經憑藉其備受讚譽的獵鷹9號火箭贏得了NASA的軌道渡輪合同。“SLS只是在40年前開發的技術上增加了微小的增量改進，”太空前沿基金會主席詹姆斯·普拉說，該基金會是一個致力於推進太空探索的倡導組織。“NASA應該告訴私營企業它想要將哪種有效載荷送入深空，為這項工作提供一定數量的資金，並讓SpaceX等公司來建造它。”SpaceX正在開發一種27個發動機的SLS級重型運載火箭，並正在研發新型、更強大的發動機，如果成功，該火箭的推力甚至可以超過設想中的最大SLS。SpaceX正在將其所有主要元件設計為可重複使用的；相比之下，SLS完全是一次性的。
儘管存在這些反對意見，SLS任務規劃仍在進行中。2018年的首次飛行將把一艘無人駕駛的SLS和獵戶座送出遠超月球的地方，而第二次飛行（尚未正式安排）將在幾年後用載人飛船做大致相同的事情，將人類帶到比以往任何時候都更遠的地方。之後會發生什麼最終將取決於國會和新總統，但目前，暫定計劃在2020年代中期進行一次載人小行星訪問，然後在2030年代進行一次載人火星任務。
火箭工廠
NASA在斯坦尼斯航天中心測試其最大的火箭，該中心位於密西西比州最南端附近的一個湖泊、河流、海灣和運河網路中。當我們戴上安全帽和安全背心時，湯姆·伯德告訴我，中心靠近水域有三個原因，他直到今年1月退休前還是NASA的副經理：斯坦尼斯的活動需要使用大型駁船，需要海洋建設專業知識，還需要一種便捷的方式來冷卻暴露在接近太陽表面溫度的巨型金屬板。
這裡的每個測試臺都是一個巨大的金屬和混凝土結構，看起來有點像從巨型遠洋貨輪的中間擷取的橫截面。我們爬上其中一個測試臺，一路上我被帶到一個控制室，這個控制室放在20世紀50年代左右的蘇聯發電廠中也不會顯得格格不入——主要是蒸汽儀表和笨重的錶盤。我問為什麼它們沒有升級為數字面板。答案將證明是SLS計劃的一種口頭禪：儘管存在難以想象的力量和無數的小故障，但我們已經花了數十年時間才使這些東西執行良好，為什麼要改變它呢？
但是，從測試臺的頂部，我可以看到斯坦尼斯實際上充滿了升級。運河和道路正在進行改造，以處理更大的負載，測試臺本身也在進行翻新和加固，因為SLS將使它們承受比以往任何火箭都更大的應力。“這裡產生的力比實際發射過程中更大，因為測試臺中的火箭無法逃脫其自身的羽流，”伯德解釋說。在一次大約9分鐘的試射過程中，數千個噴嘴將向測試臺的牆壁噴射高壓水柱——不是為了冷卻，而是為了抑制可能撕裂測試臺的劇烈振動。即使在SLS之前，也不允許任何私人建築物靠近測試臺13公里範圍內，因為僅一次測試產生的聲波就可能將其震散。SLS發動機將產生地球上產生過的最強大的火箭推力。
穿過密西西比河-路易斯安那州邊界，沿著運河（或者，就我而言，開車45分鐘）幾個小時的路程，就是密歇德，我第二天參觀了那裡。與斯坦尼斯的偏遠不同，密歇德位於新奧爾良郊區的一個工業區中心。在某些方面，密歇德就像任何其他工廠一樣，有焊接站、叉車、起重機和零件箱。只是所有事情都是以更大的規模完成的。
密歇德內部閃閃發光。參觀這個綜合體就像看著它每分每秒都在填充新的裝置——可以以驚人速度移動的擎天機器人手臂、帶輪平臺和起重機式搬運器，可以將重達數十噸的元件從一個工位快速轉移到另一個工位、零件組織系統，確保由數十萬個零件組成的發動機不會最終多一個或少一個零件。當您製造像SLS火箭發動機這樣強大的機器時，您必須對裝配偏差保持非常低的容忍度。“如果我們的零件跟蹤系統告訴我們這裡少了一個小墊圈，那麼在找到它之前，所有工作都將停止，”NASA在密歇德的經理之一帕特里克·惠普斯說。
將用於此處建造的火箭的許多元件都源自其他飛行器。“我們不會在SLS上使用很多獨一無二的元件，”NASA副局長威廉·格斯滕邁爾說，他負責領導該機構的載人太空探索工作。惠普斯補充說，然而，新的製造裝置和方法應該使這些元件的製造成本遠低於過去。升級包括一臺市政水塔罐大小的攪拌摩擦焊機。巨大的鋁合金火箭段可以整體放入這個龐然大物中，在那裡鑽頭會將兩個部分熔合在一起。它是世界上同類機器中最大的一臺。
SLS在許多其他方面也超越了太空梭技術。為了分析SLS在穿過大氣層時受到的衝擊和其他空氣動力學不穩定性的應力，NASA求助於最先進的流體動力學軟體。如果沒有它，工程師們將不得不重新設計火箭，以提供更大的抗應力能力，以覆蓋更大的誤差裕度。此外，依靠比太空梭中使用的晶片領先幾代的計算機晶片的新型航空電子裝置和數字控制器將使自動化飛行和發動機控制能夠更快地對突發變化和危險情況做出反應。
剩餘的航天飛機發動機將使SLS在前四次飛行中升空，但在2020年代開始需要新的版本。對於這些發動機，NASA正在使用機器，這些機器將透過雷射焊接粉末金屬成正確的形狀，而不是單獨加工，來生產數千個所需的硬幣大小的渦輪葉片，從而將發動機所需葉片的生產時間從一年縮短到一個多月。“我們正在各處使用計算機控制，以最大限度地降低勞動力成本並提高精度，”格斯滕邁爾說。
支援SLS的理由
當SLS計劃全面展開時，目標是每年至少生產兩枚火箭——可能多達四枚。在火箭世界中，這是批次生產。但如果NASA無法讓美國公眾相信SLS值得建造，那麼它將停滯不前。
最廣泛的兩個反對意見——在火箭上花費180億美元太多了，我們應該專注於傳送探測器和機器人，而不是人類進入太空進行科學研究——可以從角度問題上解決。對於將人類送往另一個星球並返回的能力而言，180億美元並不算多；透過“大挖掘”改善波士頓的交通流量花費了三分之一以上的錢。很容易聲稱有更便宜的方法可以做到這一點，但NASA的成功和安全記錄已經設定了很高的標準，而且美國公眾不太可能為了削減相當於聯邦預算千分之幾的費用而容忍更高的災難性失敗的可能性。
至於堅持使用探測器和機器人，通常認為，載人任務的科學收穫可能比探測器或漫遊車能夠提供的更多。但載人航天的真正理由是朝著擴大人類的活動範圍邁出步伐。
SLS確實有很多粉絲。這些支持者包括NASA的現任領導層和普通員工、一些太空專家以及越來越多的美國公眾，其中大部分人在去年12月因獵戶座載人艙的完美軌道飛行而感到興奮，該載人艙將在SLS進入深空時位於SLS的頂部。他們中的專家可以輕鬆地逐點反駁批評者。
使用小型火箭將元件和燃料運送到太空進行軌道組裝？格斯滕邁爾計算，載人火星任務將需要大約500噸的物資。SLS可以在四次發射中完成這項壯舉，但如果使用最大功率的德爾塔IV，則至少需要二十幾次發射。格斯滕邁爾認為，每次發射都會稍微增加計劃風險，因為最糟糕的事情最有可能發生在任務的第一分鐘。這種方法也更容易受到延誤的影響，其影響是累積地延長所有發射的單獨發射時間。“我們使用多次發射的方法，利用太空梭建造空間站，結果花了數十年時間，”他說。
但格斯滕邁爾說，分小塊運送方法最顯著的潛在缺點是需要大量的在軌建造，包括棲息地、行星際飛行器和燃料庫的建造。考慮到我們在非常棘手的太空組裝工藝方面的有限經驗，這是一項艱鉅的任務。“你將進行大量的對接；你將在太空中製造，”他說。“不可避免地，有些部件會無法正常工作，並且很難在那裡修復。這增加了巨大的複雜性和風險。”SLS的巨大周長還將允許裝載體積更大、笨重的有效載荷形狀，直徑達10米，例如那些帶有太陽能電池板和天線陣列的有效載荷形狀，否則這些形狀將不得不復雜地摺疊，從而更容易受到損壞或故障的影響。
重型運載路線的另一個巨大優勢：巨型火箭的部分額外推力可以轉化為更高的速度，從而更快地將航天器送達目的地。對於載人火星飛行來說，這是一個至關重要的考慮因素，在載人火星飛行中，輻射暴露和補給需求對任務持續時間設定了嚴格的上限。遙遠的機器人任務也受益，因為後續任務的規劃必須等待前輩的資料傳來，以最大限度地提高科學回報。由於其強大的動力，SLS可以使用自己的燃料將任務送入深空，而不是像旅行者號和伽利略號任務那樣利用行星的引力彈弓效應。
斯坦福大學航空航天學諮詢教授斯科特·哈伯德說，“SLS將歐羅巴訪問的時間從六年多縮短到兩年半。”“它將成為一項非常引人注目的科學任務的推動者。”將這些更短的過境時間與更高的有效載荷質量和包裝靈活性相結合，您就有了支援重型運載火箭的有力理由。這有助於解釋為什麼中國和俄羅斯都在研究SLS級設計。
SpaceX也是如此。然而，對於深空火箭而言，新太空不如往返國際空間站的運輸那樣自然。深空探索沒有現有市場，也沒有設想中的市場，除了NASA為SLS暫定計劃的少數任務之外。這消除了SpaceX在各種商業客戶中利用重型運載火箭開發成本的機會，就像它使用其小型火箭所做的那樣。前NASA宇航員斯科特·帕拉金斯基說，在剝奪了這種優勢之後，SpaceX的處境並不比波音、洛克希德·馬丁和其他傳統航空航天承包商更好，帕拉金斯基是一位五次太空梭任務的老兵，現在在亞利桑那州立大學工作。“這些都是非常有能力的承包商，我看不出SpaceX有什麼明顯的不同，”他解釋說。
在汽車、手機或軟體行業，堅持經過試驗和測試的方法而不是創新可能是失敗的秘訣，但當涉及到用幾乎不受控制的爆炸的翅膀將一群英雄送入深空時，一定程度的保守主義不一定是壞事。SpaceX在其早期火箭中遭受了幾次爆炸和失控——這對於新設計的開發來說是司空見慣的。去年10月，維珍銀河公司建造的用於將遊客送入亞軌道空間的飛行器在試飛中墜毀，造成一名機組人員死亡——就在私人公司軌道科學公司建造的一艘無人火箭爆炸三天後，該火箭正飛往國際空間站*。
這些事故提醒人們，儘管有數十年的經驗，但火箭技術仍然很難。它帶有純粹災難的高度風險。這就是Inspiration Mars基金會（一個試圖促進火星任務的私人資助組織）的領導人在最初的懷疑之後，一直在排隊支援SLS的原因之一。其他火星專家也同意。“SLS從一開始就被批評為是一枚無處可去的火箭，”哈伯德說。“但它現在有了明確的、站得住腳的任務，現在是每個人都開始思考我們如何確保這一切能夠實現的時候了。”
逃逸速度
在今年1月一個涼爽的夜晚，斯坦尼斯航天中心的一個巨型發動機測試持續了500秒，變成了一個火球。這是自2009年以來首次對R-25航天飛機發動機進行測試，結果非常完美。如果成功的測試繼續進行，時間可能站在SLS一邊。計劃持續的時間越長——如果它保持在預算內並按時完成——它就越能成為其自身概念的證明。在該計劃的頭三年中，它取得了平穩而快速的進展，順利通過了設計審查並進入了早期製造階段。對於一種新型載人火箭來說，這是非常快的速度。只出現了一些小故障；那些隔熱層縫隙幾乎是最糟糕的故障，並且問題很快透過一層粘合劑得到修復。
美國海軍戰爭學院專門研究太空問題的教授瓊·約翰遜-弗里斯認為，未來幾年，在新總統和新國會領導下，一切皆有可能。也許政府的共識將變成我們現在應該放棄火星，而專注於在離家更近的地方建立基地。“華盛頓的一些人對月球有一種近乎病態的懷舊之情，”她說。其他人認為NASA現在應該忘記月球和火星，而專注於小行星，不僅因為它們可能包含關於太陽系起源的重要問題的答案，還因為我們可能會學習如何轉移或摧毀任何最終朝著地球飛來的小行星。
但火星的誘惑仍然很普遍。最近，這種誘惑一直在增強，因為越來越多的人意識到我們可以在他們有生之年到達紅色星球。“我們都希望看到我們去那裡，”帕拉金斯基說。“其他任務會分散注意力。”他對SLS感到擔憂，但不是因為他認為SLS是一種糟糕的火星之旅方式。他擔心，因為它既不便宜也不迅速，我們會在到達火星之前放棄SLS。
目前，SLS沒有明顯的障礙。僅憑這一說法，任何其他火星火箭提案都無法做到這一點，就可以確保該專案保持航向。當然，它是根據國會的指令拼湊起來的。是的，它缺乏競爭對手計劃的創新活力。但有各種跡象表明它將按計劃工作，並且在可預見的未來都有資金支援。這應該足以使SLS成為帶我們去火星的火箭。如果它真的做到了，批評聲很快就會被遺忘。
*編者注（2015年7月23日）：雜誌文章中的原始句子在釋出後線上進行了更正。它錯誤地聲稱維珍銀河公司的航天器是原型機，並且它爆炸了。