NASA最強大運載火箭即將進行首飛 控制軟體卻讓人揪心

　　美國宇航局提供的圖片顯示了太空發射系統在發射過程中的情況

　　劃重點

　　1.NASA太空發射系統火箭正向著實現首飛的目標邁進，不過人們擔心的不再是火箭的發動機等硬體，而是嵌入到其所有系統中的計算機控制軟體。

　　2.SLS是多家製造商所製造部件的混合體，包括「核心級」、獵戶座飛船、RS-25發動機和側面助推器以及火箭上級等，它們的集成和控制非常複雜。

　　3.NASA希望能從波音星際線飛船的首次無人飛行中吸取教訓，該任務遭遇兩個軟體錯誤，使其最終未能完成與國際空間站對接的任務。

　　4.SLS的發動機將在今年晚些時候進行點火測試，並持續運轉8分鐘。SLS隨後將被移到佛羅裡達州的甘迺迪航天中心，準備進行定於2021年底的首次發射任務。

　　11月1日，作為有史以來最強大的運載火箭，美國宇航局（NASA）的太空發射系統火箭（SLS）正向著實現首飛的目標邁進，將「獵戶座」（Orion）飛船送入繞月軌道，人們擔心的不是火箭的發動機等硬體，而是嵌入到其所有系統中的計算機軟體。

　　NASA的這款最新運載火箭使用四臺RS-25發動機提供動力，加起來可以提供超過900噸的推力。另外，它還有兩個固體燃料側面助推器提供動力補充，這些助推器在溫度非常高的情況下每秒燃燒6噸推進劑，以至於在最近猶他州沙漠的測試中，火焰甚至將沙子變成了玻璃。

　　當投入使用時，SLS將是有史以來最強大的運載火箭，使將太空人送上月球的Saturn V和SpaceX的獵鷹重型火箭都顯得相形見絀。SLS是個高達98米的龐然大物，比自由女神像還高。獵鷹重型火箭已經發射了商業有效載荷和國家安全衛星，以及SpaceX創始人埃隆·馬斯克(Elon Musk)的特斯拉跑車前往火星。

　　但是，隨著SLS向首次飛行的目標邁進，NASA的官員們擔心的不是火箭硬體，而是控制火箭所做一切的軟體，從設置軌道到打開和關閉各個閥門。

　　對於火箭來說，計算能力已經變得和將它們送出地球大氣層的蠻力同樣重要，特別是像SLS這樣的火箭，它實際上是多家製造商製造的部件的混合體：波音公司製造火箭的「核心級」，也就是運載火箭的主要部件；洛克希德·馬丁公司建造獵戶座飛船；Aerojet Rocketdyne和Northrop Grumman分別負責RS-25發動機和側面助推器的製造；聯合發射聯盟公司（ULA）則負責火箭上級製造。

　　所有這些部件的整合都需要共同努力，才能使任務取得成功。但NASA的航空航天安全諮詢小組(ASAP)最近表示，它對這個複雜系統的開發和測試方式相互脫節感到擔憂。在上個月的會議上，該小組成員、NASA前飛行和任務運營總監保羅·希爾(Paul Hill)表示：「我們非常關注端到端的綜合測試能力和計劃，特別是飛行軟體的綜合測試能力和計劃。」

　　希爾說，模擬飛行不是一個全面的航空電子設備和軟體測試，而是包括「多個獨立的實驗室」，同時用「不同的模擬器來測試軟體」。他解釋稱：「飛行系統應該儘可能成功地開發，目標是像實際飛行一樣進行測試。就像NASA的運營團隊按照實際飛行方式訓練一樣。」

　　同樣令ASAP小組感到不安的是，NASA及其承包商似乎沒有從去年波音「星際線」(Starliner)飛船的拙劣飛行中「吸取教訓」，該飛船遭遇了兩個軟體錯誤，導致其無法按計劃與國際空間站對接，並迫使任務控制人員縮短了任務時間。自那以後，ASAP小組表示，NASA在監督波音的星際線飛船項目方面做得很差，並誓言要對其工作進行更嚴格的審查，特別是軟體測試。

　　對SLS火箭軟體的擔憂是該項目的最新危險信號，這個項目始終在努力克服一系列成本超支和挫折。多年來，政府監管機構的一系列報告描繪了一幅管理不善、令人不安的圖景。

　　三年前，NASA監察長在一次審計中報告，NASA在2012年至2016年期間在SLS、獵戶座飛船及其相關地面系統上花費了超過150億美元。據估計，整個項目耗費的總金額將達到230億美元。該報告指責了主要承包商波音公司，稱其「一直低估了要進行的工作範圍，從而低估了所需勞動力的規模和技能」。

　　與此同時，政府問責局（GAO）去年發布的另一份報告發現，儘管波音公司表現不佳，但NASA繼續向其支付數千萬美元的「獎勵費」，原因是該公司在評估中得分很高。

　　NASA表示，現在SLS項目終於走上了正軌，該火箭將在密西西比州的斯坦尼斯航天中心接受一系列被稱為「綠色運行」的嚴格測試，最終將發生一場「熱火」，即發動機將在今年晚些時候點火併持續運轉8分鐘。然後，SLS將被移到佛羅裡達州的甘迺迪航天中心，準備進行目前計劃於2021年底進行的首次發射。

　　NASA局長吉姆·布裡登斯廷(Jim Bridenstine)說：「我們2024年成功登月所需的所有軟硬體都在調試中，這是阿耳特彌斯重返月球計劃的一部分。我們正在迅速行動，以實現這一目標。」然而，要想在最後期限內實現目標，飛行軟體必須完美運行。第一次測試預計將在明年晚些時候進行，屆時SLS將在Artemis I任務中首次飛行，將沒有任何機組人員的獵戶座飛船送入繞月軌道。

　　NASA負責SLS航空電子和軟體工程的高級技術負責人丹·米切爾(Dan Mitchell)在接受採訪時說：「歸根結底，飛行軟體是火箭的功能集成部分，火箭沒有飛行軟體是飛不起來的。軟體控制所有的閥門和發動機。它考慮到火箭內部的所有參數、導航和位置信息，並使用所有這些信息來控制飛行。」

　　也許沒有什麼比星際線飛船的試飛更好地說明了軟體在太空飛行中扮演的重要角色，以及代碼中的缺陷如何會產生嚴重的後果。

　　在進入軌道後不久，這艘沒有太空人的飛船遇到了麻煩，因為其上面的飛行計算機提前了11個小時。由於飛船認為自己在任務中處於完全不同的位置，它試圖糾正自己的路線，燃燒了寶貴的燃料，迫使控制人員提前結束任務，而沒有完成主要目標，即與國際空間站對接。控制人員後來發現了另一個軟體問題，可能導致服務艙在分離後與乘員艙相撞。如果有太空人在飛船上的話，可能會危及他們的安全。

　　波音公司能夠診斷出問題，發送軟體修復程序，並最終將飛船安全降落。後來，波音公司表示，其對該軟體的測試存在嚴重缺陷，使得這兩個問題在飛船的100萬行代碼中沒有被發現。這讓人想起困擾其波音737 Max飛機的軟體問題，這款飛機已經發生了兩起墜機事件，總共造成346人死亡，目前仍在全球停飛。

　　波音公司官員表示，在測試期間，官員們主要專注於確保星際線飛船與火箭的正確通信，但縮短了測試，以至於沒有發現飛船讀取到了錯誤的時間。今年早些時候，約翰·穆赫蘭(John Mulholland)在擔任波音星際線飛船項目經理時表示，如果測試繼續進行，「我們就會發現它」。自那以後，他被調到了波音公司的空間站項目。

　　在服務模塊分離的軟體測試中，波音公司沒有使用實際的硬體，而是使用了「模擬器」，這是一個設計用來模擬服務模塊的計算機系統。穆赫蘭說，問題是模擬器在測試時編程輸入了錯誤的推進器配置。負責SLS項目的NASA官員表示，他們相信SLS火箭和獵戶座飛船的測試協議要強大得多。對於初學者來說，該計劃的設置有所不同。波音公司擁有並運營星際線飛船，並用它為NASA提供服務，即將太空人送到空間站。

　　相比之下，在SLS計劃中，NASA擁有並將操作火箭，並負責所有的綜合測試。NASA高級技術負責人米切爾說，SLS團隊將「星際線飛船」的事故「銘記在心」。因此，他們花了四天時間測試SLS和獵戶座之間的各種接口。他說：「我們有條不紊地逐一檢查，這是一次非常詳細和富有成效的互動，我們在所有界面上都進行了這種互動。」

　　NASA駁斥了ASAP安全小組的調查結果，在一份聲明中表示：「Artemis I任務每個階段的所有軟體、硬體和組合都經過了徹底的測試和評估，以確保它符合NASA的嚴格安全要求，並完全有資格進行載人航天。」該機構及其承包商正在「對飛行Artemis任務所需的軟體、硬體、航空電子設備和集成系統進行端到端的綜合測試」。

　　負責SLS項目的波音公司副總裁約翰·香農(John Shannon)在10月份接受記者採訪時表示，「核心級」擁有火箭、航空電子設備、飛行計算機和「控制飛行器的系統」的「大腦」。但他說，該公司的軟體開發和測試部分僅限於所謂的「舞臺控制器」，即「控制運載火箭本身的地面軟體」。

　　香農還說，這些系統已經「開發完成，並在NASA馬歇爾太空飛行中心的集成設施中進行了測試。我們已經對它進行了獨立的驗證和確認，以表明它與飛行軟體和標準控制器軟體工作得很好。一切都已經準備就緒！」 （騰訊科技審校/金鹿）