劃重點(diǎn)

1.NASA太空發(fā)射系統(tǒng)火箭正向著實(shí)現(xiàn)首飛的目標(biāo)邁進(jìn)，不過人們擔(dān)心的不再是火箭的發(fā)動機(jī)等硬件，而是嵌入到其所有系統(tǒng)中的計算機(jī)控制軟件。

2.SLS是多家制造商所制造部件的混合體，包括“核心級”、獵戶座飛船、RS-25發(fā)動機(jī)和側(cè)面助推器以及火箭上級等，它們的集成和控制非常復(fù)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(xùn)，該任務(wù)遭遇兩個軟件錯誤，使其最終未能完成與國際空間站對接的任務(wù)。

4.SLS的發(fā)動機(jī)將在今年晚些時候進(jìn)行點(diǎn)火測試，并持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)8分鐘。SLS隨后將被移到佛羅里達(dá)州的肯尼迪航天中心，準(zhǔn)備進(jìn)行定于2021年底的首次發(fā)射任務(wù)。

11月1日，作為有史以來最強(qiáng)大的運(yùn)載火箭，美國宇航局（NASA）的太空發(fā)射系統(tǒng)火箭（SLS）正向著實(shí)現(xiàn)首飛的目標(biāo)邁進(jìn)，將“獵戶座”（Orion）飛船送入繞月軌道，人們擔(dān)心的不是火箭的發(fā)動機(jī)等硬件，而是嵌入到其所有系統(tǒng)中的計算機(jī)軟件。

NASA的這款最新運(yùn)載火箭使用四臺RS-25發(fā)動機(jī)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(cè)面助推器提供動力補(bǔ)充，這些助推器在溫度非常高的情況下每秒燃燒6噸推進(jìn)劑，以至于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(dāng)投入使用時，SLS將是有史以來最強(qiáng)大的運(yùn)載火箭，使將宇航員送上月球的Saturn V和SpaceX的獵鷹重型火箭都顯得相形見絀。SLS是個高達(dá)98米的龐然大物，比自由女神像還高。獵鷹重型火箭已經(jīng)發(fā)射了商業(yè)有效載荷和國家安全衛(wèi)星，以及SpaceX創(chuàng)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(biāo)邁進(jìn)，NASA的官員們擔(dān)心的不是火箭硬件，而是控制火箭所做一切的軟件，從設(shè)置軌道到打開和關(guān)閉各個閥門。

對于火箭來說，計算能力已經(jīng)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(shí)際上是多家制造商制造的部件的混合體：波音公司制造火箭的“核心級”，也就是運(yùn)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(fù)責(zé)RS-25發(fā)動機(jī)和側(cè)面助推器的制造；聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟公司（ULA）則負(fù)責(zé)火箭上級制造。

所有這些部件的整合都需要共同努力，才能使任務(wù)取得成功。但NASA的航空航天安全咨詢小組(ASAP)最近表示，它對這個復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)和測試方式相互脫節(jié)感到擔(dān)憂。在上個月的會議上，該小組成員、NASA前飛行和任務(wù)運(yùn)營總監(jiān)保羅·希爾(Paul Hill)表示：“我們非常關(guān)注端到端的綜合測試能力和計劃，特別是飛行軟件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(shè)備和軟件測試，而是包括“多個獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室”，同時用“不同的模擬器來測試軟件”。他解釋稱：“飛行系統(tǒng)應(yīng)該盡可能成功地開發(fā)，目標(biāo)是像實(shí)際飛行一樣進(jìn)行測試。就像NASA的運(yùn)營團(tuán)隊按照實(shí)際飛行方式訓(xùn)練一樣。”

同樣令A(yù)SAP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(xùn)”，該飛船遭遇了兩個軟件錯誤，導(dǎo)致其無法按計劃與國際空間站對接，并迫使任務(wù)控制人員縮短了任務(wù)時間。自那以后，ASAP小組表示，NASA在監(jiān)督波音的星際線飛船項目方面做得很差，并誓言要對其工作進(jìn)行更嚴(yán)格的審查，特別是軟件測試。

對SLS火箭軟件的擔(dān)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(jiān)管機(jī)構(gòu)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(jiān)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(guān)地面系統(tǒng)上花費(fèi)了超過150億美元。據(jù)估計，整個項目耗費(fèi)的總金額將達(dá)到230億美元。該報告指責(zé)了主要承包商波音公司，稱其“一直低估了要進(jìn)行的工作范圍，從而低估了所需勞動力的規(guī)模和技能”。

與此同時，政府問責(zé)局（GAO）去年發(fā)布的另一份報告發(fā)現(xiàn)，盡管波音公司表現(xiàn)不佳，但NASA繼續(xù)向其支付數(shù)千萬美元的“獎勵費(fèi)”，原因是該公司在評估中得分很高。

NASA表示，現(xiàn)在SLS項目終于走上了正軌，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(yùn)行”的嚴(yán)格測試，最終將發(fā)生一場“熱火”，即發(fā)動機(jī)將在今年晚些時候點(diǎn)火并持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)8分鐘。然后，SLS將被移到佛羅里達(dá)州的肯尼迪航天中心，準(zhǔn)備進(jìn)行目前計劃于2021年底進(jìn)行的首次發(fā)射。

NASA局長吉姆·布里登斯廷(Jim Bridenstine)說：“我們2024年成功登月所需的所有軟硬件都在調(diào)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(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。”然而，要想在最后期限內(nèi)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，飛行軟件必須完美運(yùn)行。第一次測試預(yù)計將在明年晚些時候進(jìn)行，屆時SLS將在Artemis I任務(wù)中首次飛行，將沒有任何機(jī)組人員的獵戶座飛船送入繞月軌道。

NASA負(fù)責(zé)SLS航空電子和軟件工程的高級技術(shù)負(fù)責(zé)人丹·米切爾(Dan Mitchell)在接受采訪時說：“歸根結(jié)底，飛行軟件是火箭的功能集成部分，火箭沒有飛行軟件是飛不起來的。軟件控制所有的閥門和發(fā)動機(jī)。它考慮到火箭內(nèi)部的所有參數(shù)、導(dǎo)航和位置信息，并使用所有這些信息來控制飛行。”

也許沒有什么比星際線飛船的試飛更好地說明了軟件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(chǎn)生嚴(yán)重的后果。

在進(jìn)入軌道后不久，這艘沒有宇航員的飛船遇到了麻煩，因?yàn)槠渖厦娴娘w行計算機(jī)提前了11個小時。由于飛船認(rèn)為自己在任務(wù)中處于完全不同的位置，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(jié)束任務(wù)，而沒有完成主要目標(biāo)，即與國際空間站對接?？刂迫藛T后來發(fā)現(xiàn)了另一個軟件問題，可能導(dǎo)致服務(wù)艙在分離后與乘員艙相撞。如果有宇航員在飛船上的話，可能會危及他們的安全。

波音公司能夠診斷出問題，發(fā)送軟件修復(fù)程序，并最終將飛船安全降落。后來，波音公司表示，其對該軟件的測試存在嚴(yán)重缺陷，使得這兩個問題在飛船的100萬行代碼中沒有被發(fā)現(xiàn)。這讓人想起困擾其波音737 Max飛機(jī)的軟件問題，這款飛機(jī)已經(jīng)發(fā)生了兩起墜機(jī)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，官員們主要專注于確保星際線飛船與火箭的正確通信，但縮短了測試，以至于沒有發(fā)現(xiàn)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(dān)任波音星際線飛船項目經(jīng)理時表示，如果測試?yán)^續(xù)進(jìn)行，“我們就會發(fā)現(xiàn)它”。自那以后，他被調(diào)到了波音公司的空間站項目。

在服務(wù)模塊分離的軟件測試中，波音公司沒有使用實(shí)際的硬件，而是使用了“模擬器”，這是一個設(shè)計用來模擬服務(wù)模塊的計算機(jī)系統(tǒng)。穆赫蘭說，問題是模擬器在測試時編程輸入了錯誤的推進(jìn)器配置。負(fù)責(zé)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(xié)議要強(qiáng)大得多。對于初學(xué)者來說，該計劃的設(shè)置有所不同。波音公司擁有并運(yùn)營星際線飛船，并用它為NASA提供服務(wù)，即將宇航員送到空間站。

相比之下，在SLS計劃中，NASA擁有并將操作火箭，并負(fù)責(zé)所有的綜合測試。NASA高級技術(shù)負(fù)責(zé)人米切爾說，SLS團(tuán)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(xì)和富有成效的互動，我們在所有界面上都進(jìn)行了這種互動。”

NASA駁斥了ASAP安全小組的調(diào)查結(jié)果，在一份聲明中表示：“Artemis I任務(wù)每個階段的所有軟件、硬件和組合都經(jīng)過了徹底的測試和評估，以確保它符合NASA的嚴(yán)格安全要求，并完全有資格進(jìn)行載人航天。”該機(jī)構(gòu)及其承包商正在“對飛行Artemis任務(wù)所需的軟件、硬件、航空電子設(shè)備和集成系統(tǒng)進(jìn)行端到端的綜合測試”。

負(fù)責(zé)SLS項目的波音公司副總裁約翰·香農(nóng)(John Shannon)在10月份接受記者采訪時表示，“核心級”擁有火箭、航空電子設(shè)備、飛行計算機(jī)和“控制飛行器的系統(tǒng)”的“大腦”。但他說，該公司的軟件開發(fā)和測試部分僅限于所謂的“舞臺控制器”，即“控制運(yùn)載火箭本身的地面軟件”。

香農(nóng)還說，這些系統(tǒng)已經(jīng)“開發(fā)完成，并在NASA馬歇爾太空飛行中心的集成設(shè)施中進(jìn)行了測試。我們已經(jīng)對它進(jìn)行了獨(dú)立的驗(yàn)證和確認(rèn)，以表明它與飛行軟件和標(biāo)準(zhǔn)控制器軟件工作得很好。一切都已經(jīng)準(zhǔn)備就緒！”