美國宇航局（下簡稱NASA）的太空發射系統（Space Launch System，SLS）是一種先進的大型火箭，用於地球軌道之外的空間探索。憑藉其空前的推力和能力，SLS是目前唯一一種可以用一次飛行就將“獵戶座”載人探測飛船，宇航員和大型貨物運送到月球的火箭。

圖一 豎立在發射塔架上的SLS藝術想象圖

SLS提供了比世界上任何現有火箭更多的有效載荷運載重量，體積空間和能量以加速太空探索任務。它的設計具有靈活性和可擴充套件性，將為太空計劃開闢新的可能性，包括使用無人探測器探索月球，火星，木星和土星。

為了滿足美國未來對深空任務的需求，SLS將採用分階段發展的方式，來逐步增強它的功能和能力。 SLS是專門為深空任務而設計的，它將向月球發射“獵戶座”飛船或其他貨物。地球前往月球的單程距離大約為38萬公里，比位於低地球軌道上的空間站位置要遠近1000倍。SLS火箭將提供動力，幫助“獵戶座”飛船達到至少11公里/秒的第二宇宙速度，這一速度能夠讓飛船脫離地球引力束縛併到達月球。這比空間站繞地球飛行的速度快約3.1公里/秒。

每枚SLS都擁有一個裝有四臺RS-25引擎的核心級。第一種SLS火箭（基本的Block 1型）可以向月球軌道傳送26噸的有效載荷。它將由兩枚五段固體火箭助推器和四臺RS-25液體推進劑發動機提供動力。到達太空後，由被稱為“臨時低溫推進級（Interim Cryogenic Propulsion Stage，ICPS）”的“二級”火箭將“獵戶座”飛船送入月球。

圖二 SLS火箭Block 1的詳細分解圖

計劃中的SLS第二個改進版本是Block 1B人員/貨物運載火箭。它將使用一種新的，推力更強大的“探索上面級（Exploration Upper Stage，EUS）”二級火箭來執行更雄心勃勃的任務。在單次發射中，除了“獵戶座”載人飛船之外，Block 1B火箭還可以再搭載諸如深空居住模組之類的探測系統。

Block 1B人員運載火箭的月球軌道運送能力為34~37噸，可以提供的286立方米的載荷空間；貨運型的月球軌道運送能力為37~40噸，可以提供的537立方米的載荷空間。顯然，後者具有遠大於前者的有效載荷空間，可以發射更大的探測系統或科學探索航天器用於太陽系內的太空探索任務。

計劃中的SLS終極型號是Block 2，將提供大約5400噸的推力，成為將貨物送往月球，火星和其他外太空目的地的主力工具。SLS Block 2也分人員和貨物運載兩種型號。它們的月球軌道運載能力將超過45噸，貨運型的有效載荷空間更將達到905立方米。

圖三 SLS火箭的發展路線圖

這一NASA歷史上最為複雜的專案擁有大大小小遍佈美國50個州的1200多個供應商。主合同商波音公司負責核心級的建造和最後組裝，諾斯洛普 格魯曼公司負責固體助推器的建造。為了建立可靠的物流，保證各個環節萬無一失，NASA可以說是海陸空全方位出擊，以保證SLS火箭的各部分能夠按時到達位於佛羅里達州卡納維拉爾角肯尼迪航天中心的發射塔架。

SLS火箭擁有NASA有史以來建造過的最大的核心級火箭。NASA使用它的“飛馬座（Pegasus）”駁船來運輸該核心級。但是，由於SLS核心級超大的尺寸，NASA不得不修改和調整“飛馬座”駁船。

“飛馬座”的最初設計目的是將巨大的太空梭外部燃料箱從NASA位於路易斯安納州新奧爾良北郊米喬德（Michoud）的火箭工廠，運輸到位於佛羅里達州的肯尼迪航天中心，全程1450公里。

圖四 “飛馬座”駁船運送SLS火箭核心段

在SLS專案中，該駁船從首先將火箭核心段從米喬德工廠沿河運送到位於阿拉巴馬州亨茨維爾（Huntsville）的馬歇爾太空飛行中心進行測試。就在今年六月底，第一枚SLS火箭核心段四個結構測試物品中的最後一個——液氧儲存罐——被裝載到“飛馬座”上，運到馬歇爾進行測試。

在這些硬體完成測試，被批准進行飛行後，“飛馬座”駁船將再次開始工作。這次會將火箭的部件從新奧爾良沿墨西哥灣沿海運輸到佛羅里達州的卡納維拉爾角。

巨大的五段式固體火箭助推器每個重726噸。差不多有四隻藍鯨的重量！將SLS上強大的助推器元件從位於猶他州普瑞蒙特瑞（Promontory）的工廠轉移到肯尼迪航天中心的助推器組裝工廠和SLS火箭總裝大樓的唯一方法是透過鐵路。這就是為什麼你還會找到從這些裝配大樓和設施通往發射臺的鐵路軌道的原因。

圖五 最後一個助推火箭分段由火車運往猶他州的倉庫

目前，僅肯尼迪航天中心內部就有總共大約61公里長的工業軌道。使用專用的貨運和平板車廂以及遍佈美國的現有鐵路網路，NASA可以將大型笨重的裝置從美國西南部運輸到佛羅里達州沿海的“太空海岸”。

今年一月份，所有的助推火箭分段建造完成，最後一個助推火箭分段被運到了猶他州的倉庫。之後，火車將所有10個分段運往肯尼迪航天中心。在那裡，它們將和助推器的前後整流罩一起搭建起來，準備好第一次飛行。

常規的運輸機因為機體尺寸的關係，沒有能力為NASA運送SLS和“獵戶座”飛船相關的專用硬體。NASA的“超級孔雀魚（Super Guppy）”飛機配備有可以開啟200度以上的獨特鉸鏈式機頭，專門設計用於將笨拙的硬體（例如：“獵戶座”飛船中間級連線介面卡）運送到卡納維拉爾角。

圖六 “超級孔雀魚”的機頭開啟動圖

該飛機由“航天太空航線公司（Aero Spaceliners）”公司共建造了四架，目前還有一架被NASA使用。該飛機的機身是專門建造的，貨艙長34米，寬7.62米（其中地板寬4米），高7.62米，有效載重23.8噸。它的座艙，機翼，機尾和主起落架來自於波音公司上世紀50年代的377“同溫層遊輪”客機，前起落架則是從波音707上取下，並旋轉了180度。這使飛機的前部比後部略低，使貨艙地板保持水平，並簡化了貨物裝載操作。

圖七 目前只有一架“超級孔雀魚”N941NA（之前的F-GEAI，序列號0004）仍在NASA服役

鉸接的機頭意味著貨NASA物實際上是從飛機的前部而不是後部裝載的。貨艙尺寸很適合“獵戶座”飛船介面卡。後者於2018年交付給肯尼迪航天中心，在那裡它和火箭的ICPS相連，可以在阿爾忒彌斯一號任務中將飛船送入月球軌道。

不管何種運輸方式，所有道路的終點都指向肯尼迪航天中心。而從火箭總裝廠通往發射臺的“最後一公里”的明星是被稱為“爬蟲”的巨型履帶式運輸車。它可以以每小時一英里的速度將移動發射臺及其上的火箭從總裝廠房移動到發射塔架。這對於每次“阿爾忒彌斯”任務都是至關重要的。

圖八 巨型履帶式運輸車“爬蟲”

NASA共有兩臺上表面達到棒球場大小，由機車和大型發電機引擎提供動力的“爬蟲”。每輛履帶式運輸車能夠在14.5公里的行程里程中運載8165噸的載荷。2019年6月27日，履帶式運輸車2號運載移動發射臺成功完成了前往發射塔架的最終測試，宣告阿爾忒彌斯一號任務的最後一關——將SLS火箭和“獵戶座”飛船運往發射塔架的“最後一公里”被打通了。

美國宇航局計劃在2019年把獵戶座飛船送入精心準備的25天旅程。首先，美國有史以來最強大的火箭——太空發射系統（簡稱SLS）將把獵戶座飛船送入天空。然後這艘飛船將在距離地球245131英里（約39.45萬公里）的地方圍繞月球軌道執行，並且最終以2.45萬英里每小時（3.9萬公里每小時）的速度返回地球大氣層。在2020年代初，美國宇航局計劃進行同樣的專案但是這一次將搭載宇航員，這次的任務將讓人類踏入宇宙的深度超越歷史。這也是人類試圖將宇航員送入太空探索小行星、火星和更遙遠星球的數十年努力的一小步跨越。美國宇航局授予攝影師Vincent Fournier記錄這個任務測試和準備工作的唯一特權，他在5個工廠耗費了20天時間記錄了工程師們如何建造和反覆測試這枚史無前例的巨型火箭和載人飛船。工程師們從火箭運輸過程的定向到引擎給發射系統其它部件造成的共振等所有的方面進行模擬。他們建造了縮小版的火箭模型並且將它固定在風洞中，並且藉助液壓缸產生的數百萬磅壓力模擬火箭發射和飛行，對燃料箱進行測試。美國宇航局火箭裝配專案的一位管理人員Andy Schorr稱：“你知道‘測量兩次再動手’的原則嗎？我們把它升級到了全新的高度。”這就是火箭發射前他們在做的事情。

燃料箱，路易斯安那州的米丘德裝配廠：美國宇航局正在使用一項名為摩擦攪拌焊的技術裝配火箭的大部分核心部件。金屬圓柱在鋁板之間旋轉，並且進行加熱，金屬切面會實現無縫融合。在經過連線部位的手工打磨之後，技術員藉助超聲波和X射線對它們進行缺陷掃描。

氫燃料箱，米丘德裝配廠：這個高130英尺（約39.6米）的火箭燃料箱如此笨重而且易碎，將它從水平面移動到立焊位置需要3天時間。兩臺安裝了GPS的起重機和一個鐳射定向系統幫助工作人員使其就位。坐在椅子中的工作人員是為了按動急停按鈕，也是為了以防萬一。

運載火箭的發射級接合器，阿拉巴馬州的馬歇爾太空飛行中心：兩位美國宇航局技術人員將耗費3個月時間手工為這個28英尺長（約8.5米）的接合器進行噴漆絕緣。它將把火箭的核心級與飛船級連線到一起。他們已經在數百個小時的50多次測試噴塗中掌握了技巧，因此每一次他們都能夠完美完成工作。噴塗聚氨酯泡沫塑膠是白色的，但是當火箭發射時暴露在紫外線下時，它就會變成標誌性的橙色。

圓頂焊接工具，路易斯安那州的米丘德裝配廠：為了實現燃料箱的完美焊接，六位工作人員將耗費1到2天時間將所有的硬體固定到這個圓形焊接工具的準確位置。藍色柵欄將圓頂的兩個介面連線到一起，在焊接完成之後，工作人員將藉助精心設計的頂置式滑輪系統將燃料箱從焊接工具中運出。

RS-25引擎，密西西比州的斯坦尼斯航天中心：運載火箭將藉助4臺這種引擎飛入太空。它們能夠承受的溫度範圍將從-423華氏度（燃料箱內燃料溫度）到6000華氏度（燃料點火溫度）。美國宇航局一位承包商已經將它們升級到能夠在起飛時提供2百萬磅的推力。工程師們最近已經完成了鐘形噴嘴內的聲學模擬，來確保它們能夠承受那些可怕的振動模式。

RS-25引擎，密西西比州的斯坦尼斯航天中心：運載火箭將藉助4臺這種引擎飛入太空。它們能夠承受的溫度範圍將從-423華氏度（燃料箱內燃料溫度）到6000華氏度（燃料點火溫度）。美國宇航局一位承包商已經將它們升級到能夠在起飛時提供2百萬磅的推力。工程師們最近已經完成了鐘形噴嘴內的聲學模擬，來確保它們能夠承受那些可怕的振動模式。

內罐，路易斯安那州的米丘德裝配廠：火箭兩個空前強大的推進器被連線到內罐上，內罐是核心級最牢固的部分。它由於太厚無法焊接到一起，因此它是透過7500顆螺栓和8個面板連線到一起的。螺栓的孔洞已經與裝配夾具完美配合，而且藉助X射線進行了檢測。在它組裝完成後，美國宇航局藉助超過100臺液壓裝置對它進行了壓力測試。

系統整合測試工廠，馬歇爾太空飛行中心：5英里（約8公里）長的雜亂線路將46個航空電子裝置箱連線到一起，這些裝置負責從導航到引擎的一切事務。每一個裝置箱都在熱處理室和大型振動臺上進行了測試，以瞭解它們是否能夠承受極端炎熱、寒冷和震動。隨後它們都被連線到貨架上來進行完整的發射模擬測試。

系統整合測試工廠，馬歇爾太空飛行中心：這些航空電子裝置的外表面裝配了幾臺計算機來模擬火箭執行環境，比如說發射和助推器分離等。計算機模擬將把真實的炎熱和宇宙低溫資料傳遞給感測器，並且透過8公里的連線傳遞其它飛行資料。

單一設計風洞，弗吉尼亞州的蘭利研究中心：為了確保火箭能夠承受起飛和飛行過程中的超音速風壓，美國宇航局的工程師們在風洞中測試了它飛行的每一個過程。這個3英尺的鐵製比例模型將根據氧氣的撞擊量顯示不同的霓虹燈亮度（測試中使用氧氣作為風壓測試替代物）。工程師們能夠藉此確定多大的風力將施加於火箭上，並且確保當推進器從火箭脫離時不會出現意外，撞擊到火箭。

獵戶座測試飛船，德克薩斯州的約翰遜航天中心：海軍將藉助一座測試飛行艙練習當獵戶座飛船返回時如何從海洋中接回宇航員。另外一個飛行艙將進行結構測試，瞭解當發射臺附近爆發閃電時會給飛船帶來怎樣的影響。美國宇航局將飛船模型來研發緊急情況下的應急程式。在飛行艙內，宇航員將在四周塞滿稠密的負載包來防止突然爆發的太陽耀斑帶來的強烈輻射。

引擎點火測試，密西西比州的斯坦尼斯航天中心：在火箭獲得飛行批准之前，RS-25引擎的測試模型被安裝到斯坦尼斯航天中心的測試臺上，並且在經過正常的發射倒計時後點火啟動了500秒。工程師們從400米外的安全位置進行觀察，但是測試點火仍然是一種非常糟糕的體驗。SLS專案負責人，美國宇航局的承包商——洛克達因公司的Dan Adamski稱：“那片巨大的雲霧全都是水蒸氣。如果風向朝你而來，你就會被淋成落湯雞。”