阿提米絲二號飛行並不安全
原文由 Maciej Cegłowski 于 發布,訂閱此部落格
「我們的測試設施無法達到實際重返大氣的太空船所承受的熱通量、壓力、剪應力等條件組合。我們總是得等到飛行測試,才能最終認證系統可以投入使用。」——Jeremy VanderKam,獵戶座熱盾副經理,2022年發言
週三,NASA 將嘗試執行名為阿提米絲二號的任務,送四名太空人繞行月球。這將是 NASA 的 SLS 火箭第二次飛行,也是問世已 20 年的獵戶座太空艙首次搭載人員升空。
問題在於,獵戶座的熱盾會整塊剝落。不是比喻或貶抑的說法,而是字面上的意思:當 NASA 在 2022 年執行完全相同的任務時,獵戶座熱盾在重返大氣過程中就有大塊材料被炸飛,留下了坑洞。嵌在熱盾中的大型螺栓也部分侵蝕、甚至熔穿了。
NASA 一開始的直覺反應是掩蓋問題。在早期的新聞稿中,他們強調火箭與太空船表現得非常出色,同時卻拒絕公布飛行後的評估報告。直到 2023 年 3 月,獵戶座計畫經理 Howard Hu 在一場與記者的電話會議上,才首次提到熱盾受損。他說:「我們觀察到熱盾各處的變化比預期來得大;一些原本預期返回地球時會出現的預期炭化材料,其燒蝕的方式與我們的電腦模型及地面測試所預測的不同。」
在 2024 年 1 月的一場電話會議上,當記者要求量化炭化材料的損失時,登月至火星副署長 Amit Kshatriya 說:「那只是非常小範圍的局部區域。有趣的是,如果掉的是更大的塊狀、範圍更明確,反而會讓我們更容易分析。」同一場會議上,一位洛克希德·馬丁的代表補充說:「那層原始的 Avcoat 還保有相當充足的餘裕。所以並不是掉了很大、很大的塊狀。」
直到 2024 年 5 月,監察長辦公室公布了熱盾的照片,損害的嚴重程度才變得清晰。問題並非炭化層流失或過度燒蝕,而是在構成熱盾的許多 Avcoat 區塊上,出現了深深的鑿痕與孔洞。

Avcoat 材料原本就不是設計來整塊脫落的。它應該要平順地炭化、剝落,維持熱盾整體的外形。但獵戶座是一個又胖又重的太空船,重量大約是其原型——阿波羅指揮艙的兩倍。而 Avcoat 熱盾則是一種實驗性設計。從來沒有人在月球返回的速度下,於這麼重的太空船上飛行過這種分段式熱盾。
OIG 報告的實質內容與照片同樣令人不安。OIG 點出了三個可能在阿提米絲二號任務中致命的問題:
- 熱盾剝落。這是那些坑洞的專業術語。由於剝落會在熱盾材料上留下空隙與缺口,可能讓太空艙本體暴露而導致燒穿。剝落也會改變太空艙周圍的極音速氣流型態,造成局部熱點與連鎖效應的風險。
- 熱盾碎片撞擊。當剝落的熱盾碎片被捲入極音速氣流中,可能會撞擊太空艙頂部,損壞降落傘艙。阿提米絲一號是否發生過這種情況,目前不得而知。正如 OIG 報告帶著些許無奈指出的,NASA 並未回收降落傘或降落傘蓋,儘管原本已做了周詳的回收計畫。任何碎片撞擊的證據,如今都已沉入太平洋海底。
- 螺栓侵蝕。OIG 報告指出,嵌在熱盾中的四根大型分離螺栓出現了侵蝕與熔融現象。這些螺栓填充了耐熱材料,理應堅固到足以承受重返大氣的考驗。但由於 NASA 在設計時使用的加熱模型有缺陷,四根螺栓中有三根已經熔穿。報告進一步指出:「分離螺栓在重返過程中若熔穿超過隔熱屏障,可能讓熱氣體滲入熱盾後方,超出獵戶座的結構極限,導致載具解體與人員喪生。」
也就是說,獵戶座從月球返回時,已經帶著三種足以讓組員喪命的嚴重損傷。這可不是什麼好消息!
這讓 NASA 陷入了兩難。阿提米絲二號的獵戶座太空艙已經與服務艙對接完成。就算知道該怎麼修改熱盾,要拆下來改也得花上數年時間。時程上也沒有空間進行飛行測試,更沒有多餘的硬體可以拿來測試。每一艘獵戶座的造價都超過十億美元,而唯一能發射它的火箭(SLS)每次發射就要花掉二十到四十億美元,取決於你怎麼算帳。
在這裡,值得引用曾主持哥倫比亞號事故調查委員會的海軍上將 Harlold Gehman 的一段話,談的是當僵硬的時程撞上無法更動的預算時,組織內部會發生什麼事:
如果一名計畫經理面臨問題、資源短缺與挑戰,而時程又不能延長,他要不是需要更多經費,就是得削減餘裕。沒有其他選項,所以你猜 NASA 的人做了什麼?他們開始削減餘裕。沒有人下令他們這麼做,也沒有人指示他們這麼做。是組織自己這麼做的,因為組織中的個人以為自己是在捍衛組織。他們以為自己在做組織希望他們做的事。
於是,NASA 開始設法說服自己,相信就算熱盾有缺陷也能安全飛行。
2024 年 4 月,NASA 召集了一個獨立審查小組。該小組的調查結果並未公開,但 NASA 在 12 月宣布,已找到了熱盾受損的根本原因。阿提米絲一號熱盾上的 Avcoat 透氣性不足,因此積聚在材料層下的氣體膨脹,將熱盾炸出碎塊。而重返軌跡分兩個階段加熱的設計,更加劇了這個過程。
這是一個令人尷尬的發現,因為阿提米絲二號將使用的熱盾透氣性甚至更低——為了讓超音波檢測更容易進行。但手邊有什麼熱盾就得用什麼飛,NASA 表示有信心,只要改變重返軌跡,就足以抵銷任何剝落問題。
有些令人困惑的是,他們同時也宣布,打算從阿提米絲三號開始換用全新的熱盾設計。換句話說,阿提米絲二號的熱盾是完全可以安全飛行的,但他們之後再也不會用它,而替代設計將在未來的載人登月任務中首次接受測試。
這一切都有點荒謬。正如 YouTuber Eager Space 所指出的,如果一艘商業載人太空船(SpaceX 的龍飛船或波音的星際航線)在返回地球時出現像獵戶座這樣的損傷,NASA 一定會要求重新設計並進行無人測試飛行來驗證。但 NASA 卻沒有用同樣的高標準來要求自己的旗艦計畫,即便賭上的同樣是太空人的性命。
觀察人士也沒有忽略,NASA 用來得出新分析結論的工具與模型,正是當初未能預測到剝落問題的那一套。雖然 NASA 事後已能根據飛行數據,讓 Avcoat 試片在實驗中產生剝落,但他們完全無法預測全尺寸熱盾在阿提米絲二號將面臨的新飛行條件下會如何表現。
你不必是隨便一個太空部落客才會覺得這事很可疑。最積極公開表達異議的,是熱盾專家、前太空梭太空人、詹森太空中心前工程處長 Charles Camarda。對於他認為重演導致哥倫比亞號與挑戰者號失事的動機性推理,Camarda 深感震驚,開始在 NASA 內外發聲,認為太空人的性命正受到威脅。
為了展現開放態度,NASA 在 2026 年 1 月邀請 Camarda 與兩名記者參加了一場關於熱盾的簡報,並讓他有限度地接觸了一些尚未公開的研究資料。但這次經驗反而加深了 Camarda 的憂慮,最終他發表了一篇沉痛的呼籲,我鼓勵每個人都去完整閱讀。
簡而言之,Camarda 認為 NASA 正在重演導致哥倫比亞號與挑戰者號災難的失能。面對非預期的工程失效,NASA 打造出玩具模型來說服自己,證明它想得到的結論(可以安全飛行)有證據支持。這些玩具模型並非基於物理原理,但因為看起來像是量化的分析,就營造出一種虛假的安全感與理解,成了管理階層用來掩飾的知識遮羞布。
更簡單地說,NASA 打算憑感覺讓阿提米絲二號升空,寄望阿提米絲一號熱盾上發生的事,在阿提米絲二號上不會惡化到足以傷害組員的程度。

阿提米絲一號重返大氣期間的畫面截圖,顯示一塊正在燃燒的大型獵戶座熱盾碎片
讓情況更加令人沮喪的是,按照計畫本身的邏輯,阿提米絲二號根本沒有理由要載人飛行。
在阿提米絲計畫最初的規劃中,阿提米絲二號是在阿提米絲三號嘗試登月之前,唯一一次讓太空人搭乘獵戶座飛行的機會。阿提米絲三號將是一次充滿技術首創的驚險任務(首次著陸、首次使用登月艇、首次在深空中對接等),因此在一次繞月試飛中盡可能排除技術風險是合理的。
但在 2026 年初,NASA 決定在任務清單中再增加一次阿提米絲任務。新的阿提米絲三號將在 2027 年作為一次近地任務飛行,以測試與當時可用的登月艇(無論是藍色起源還是 SpaceX 的)對接。首次登月則將順延到再下一次任務——阿提米絲四號。
這項改變讓阿提米絲二號載人飛行的理由完全消失。如果獵戶座有問題,讓組員在地球軌道上遇到,總比在漫長的繞月旅程中遇到來得安全。而且阿提米絲二號同樣可以不載人飛行,讓地面控制人員獲得發射經驗,並在不危及組員的情況下驗證(或推翻)NASA 的熱盾模型。NASA 充其量只是丟一點面子,等於重複一次阿提米絲一號,但這麼做將能證明,該機構真的相信它時常掛在嘴邊的安全文化。
可惜的是,看來沉沒成本與面子問題終將佔上風。
NASA 的工程師與管理者並不愚蠢,也不是對太空人的性命掉以輕心。他們讀過羅傑斯委員會與 CAIB 的報告,許多人也親身經歷過挑戰者號與哥倫比亞號的事故。但他們身處一個特定的背景之中。
這個背景就是,一個已經花費近 1000 億美元、耗時 25 年卻毫無成果的登月計畫,隸屬於一個剛經歷大規模裁員、科學預算險些被腰斬的機構。新任的魅力型署長已將個人聲譽押在提高發射頻率上,並明確訂下目標,要在川普總統任期於 2029 年 1 月結束前讓太空人登上月球。
因此,人們正費盡心思轉彎抹角,只為了避免說出那句顯而易見的話:獵戶座的熱盾需要一次在月球返回速度下的成功飛行測試,才能將對組員的風險降到可接受的程度。
如果阿提米絲二號的組員在重返大氣時喪生,我們將會再看到一份精心研究的詳盡報告,列出那些對任何關注計畫的人來說早已顯而易見的促成因素。太空計畫將被延宕數年,等待調查結束、等待國會的怒火平息。NASA 將會自我檢討,並疊加更多層的安全官僚體制,直到同樣的計畫壓力又在未來的某次飛行中,導致它重蹈覆轍。
阿提米絲二號很可能——希望是非常可能——會安全著陸。但我們真的得等到有太空人犧牲,才能第三次重新學到同樣的教訓嗎?
祝阿提米絲二號的太空人們好運,一路順風。
隨機一篇部落格
留言
登入後參與討論