原因确定！全球首个绿色推进深空航天器任务失败

2023年8月8日，NASA喷气推进实验室的塞莱斯特·史密斯(Celeste Smith)和内森·奇克(Nathan Cheek)在第37届小型卫星年度会议上表示，月球手电筒推力器故障在发射后不久就变得很明显，已确定推力器管路堵塞部位。

月球手电筒是一项6U立方星任务，于2022年12月搭载Spacex公司猎鹰九号火箭发射，由NASA空间技术任务理事会的小型航天器技术项目和美国空军研究实验室资助，由马歇尔太空飞行中心牵头，由佐治亚理工学院进行后期集成和测试，由NASA喷气推进实验室管理，是第一个使用新型高性能绿色单元推进剂ASCENT (曾用名：AF-M315E）的星际航天器。ASCENT比常用的推进剂更易安全运输和储存。该任务的主要目标之一是展示这项技术以供将来使用，推进剂在之前的NASA地球轨道技术演示任务中已成功测试。“月球手电筒”原定计划是使用近红外激光器将光照射到阴影区域，同时采用机载光谱仪测量表面反射的成分，寻找水冰。由于“月球手电筒”不能携带太多推进剂，它使用ASCENT推进剂进入专为提高能源效率而设计的月球近直线晕轨道。

因为多余物堵塞了推力器管路，NASA的月球手电筒立方星任务提前结束。

故障估计位置——毛细管路

工程师们经过数月努力却没能挽救推力器，月球手电筒无法进入绕月轨道，也无法飞跃月球。NASA喷气推进实验室于2023年5月12日宣布结束月球手电筒任务，任务寿命仅五个月。

月球手电筒发射后，4个推力器中只有1个（即4号推力器）运行正常，故障排除工作未能恢复其他3个推力器的全部推力。

工程师们开发了一种用单个推力器执行轨道修正操作的技术，旋转航天器以防止动量积聚。这种方法最初有效，但在第9次这样的机动时，推力降至零。奇克说：“当时4号推力器基本上被认为没救了，我们知道不再可能进入绕月轨道”。

随后，工程师们尝试使用3号推力器（可以产生额定推力的25%）前往替代轨道，可以实现一系列月球飞越而不是进入月球轨道，从而收集月球数据。然而，3号推力器很快也失败了。

奇克说，任务随后又采用了推力器的“高风险”补救方案，例如通过反转推进剂泵清除阻塞推进剂管路的所有多余物。他们还将另一个推力器增压到额定极限，最初是起作用的，但在重复测试期间，出现了严重异常，温度和压力大幅下降。他说这可能是因为推进剂管路破裂了。

任务结束后，经过工程师们排查确认，推进系统中某处的多余物导致了推力器问题。

史密斯说，多余物可能是钛颗粒。推进系统的一部分是增材制造的，推进剂管路内部的多余物可能会因发射前和发射期间的振动以及系统的加压循环而剥落。

清洁管路和加装额外的过滤器本来可以防止这个问题，在发射前评审就提出，但该项目的时间太紧张了。推进系统“是在极端的研制进度压力下设计、集成和测试的”。因为该任务原来期望在阿尔忒弥斯1号任务中使用SLS火箭发射。

尽管月球手电筒未能进入绕月轨道，执行在月球永夜地区陨石坑中寻找水冰的科学任务。但NASA认为该任务的其他方面是成功的比如激光反射计科学仪器以及新型飞行计算机和升级无线电的空间演示。

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参考文献

[1]    Clogged propellant lines doomed NASA lunar cubesat mission[EB/OL]. [2023-8-10]. https://spacenews.com/clogged-propellant-lines-doomed-nasa-lunar-cubesat-mission/.