汽车踏板断裂事件,给商业火箭公司警示是什么?
近日,某汽车品牌在公开制动测试中出现踏板支架断裂,引发关注。
企业随后表示,制动系统已完成相关开发与验证,实际用户使用中未发生该故障,并宣布优化设计,为已交付用户提供免费升级选择。
目前从公开信息中尚不足以确定断裂的具体原因是什么。
测试如何施力,支架采用什么材料、怎样制造,都需要原始数据支持。
可以确定的是,支架承担着支撑和传力的职责,一旦断裂,即使制动系统的其他部件完好,驾驶者也可能无法通过踏板正常制动。
火箭上,类似的部件同样容易被忽视。
发动机和贮箱之外,整箭还依靠连接件、支撑件、管路与防热结构维持运行。商业火箭持续减重、降本,这些部件也在调整之列,每一次改动都会带来新的验证工作。
材料变更的隐性代价
汽车行业已有过类似教训。
2020年,福特在美国召回38005辆自动挡Mustang。
召回文件指出,制动踏板支架由尼龙改为聚丙烯后,特定设计对急制动载荷的耐受能力下降,可能发生断裂,导致主要制动能力丧失。工程规范和验证程序对波动因素预留的裕度不足。
换一种材料,牵动的往往是整套设计。厚度、加强方式、成型工艺和受力位置,都会影响承载表现。
到了火箭上,部件还要面对安装后才会出现的条件。管路在台架上正常,装箭后可能承受额外振动;连接件通过常温试验,进入低温环境后,性能仍需确认。新工艺即使缩短了生产周期,也要检查产品的一致性是否受到影响。
这也是鉴定试验与验收试验各有分工的原因。
前者验证设计能否满足规定环境和载荷要求,后者检查实际产品的质量与功能。
设计合格,仍可能出现制造缺陷;单件验收通过,也不足以说明设计边界已经得到充分考核。材料、工艺或供应商变更后,原有试验结论能否沿用,需要逐项评估。
汽车可以从大量在用车辆中获得反馈,并通过召回处理存量问题。而火箭的飞行样本少,发射后又难以维修关键结构,地面验证承担的责任会更重。
冗余的重量
2015年,执行CRS-7货运任务的猎鹰9号发射失利。NASA独立审查认为,二级氦气瓶支撑杆端部断裂,气瓶脱离固定,继而导致液氧贮箱破裂。
至于支撑杆为何断裂,材料缺陷、制造损伤和安装问题等均被列为可能原因。
审查还发现,承担这一关键载荷的工业级铸件,在缺少充分筛选和试验的情况下,被用于低温、严苛的飞行环境,设计也未充分遵循制造商建议的安全系数。
一件价格不高的支撑件,失效后可能引起设备移位、管路破损,最终危及整箭。零件本身值多少钱,与它能造成多大损失,是两笔账。
采用成熟工业产品,可以降低采购费用、缩短交付周期。不过,供应商给出的性能有适用条件,研制方要确认这些条件在火箭上是否成立。省下采购费后,可能还要补上筛选、测试和集成费用。
器件能否用于火箭,不能仅凭"工业级、车规级、航天级"的标签判断。
车规产品通过的质量与环境考核,未必涵盖空间辐射。选型仍要看它在什么环境下工作、承担什么功能,以及失效会造成多大影响。
备份能否起作用,也要看具体部件。计算机可以配置备用机,主承力结构断裂后,却很难由另一套结构接替。加固支架,是降低原有结构失效的可能;增加备份,则是在故障发生后保留继续工作的能力。
但两套设备未必能提供两份保障。如果共用电源、线路,或安装位置过于集中,一处泄漏、高温或结构破坏,就可能使它们同时失效。
火箭还要承担备份带来的重量。除了设备本身,固定结构、线缆、供电和热控都可能随之增加,占用运力。新增重量位于不同级段,对运力的影响也不同。是否采用冗余,需要把它能减少的风险与增加的重量、成本一起衡量。
这笔账不能只算单箭成本。一次发射失利,还可能带来载荷损失、技术整改、发射延期和订单流失。故障零件的采购价,往往只是其中很小的一项。
一处故障背后的全局
一个支架断了,换掉或加固之后,问题是否就解决了?工程上还要往周围看。支架刚度提高,载荷可能转移到相邻连接点;管路换了位���,振动和热环境也可能改变。整改的验证范围,要跟着这些变化延伸。
猎鹰9号CRS-7事故后的审查,没有停在损坏的支撑杆端部。NASA还发现了液氧输送管支撑钢索的选用、吹扫流量和遥测架构等问题。一些并非事故直接原因,仍被列入整改。
天龙三号的情况,则体现了多个系统在飞行中的相互影响。
据天兵科技披露,排放的液氧被抽吸至火箭底部,引发二次燃烧,局部高温损伤防热连接结构,高温燃气随后进入尾舱,造成飞行异常。调查因此需要沿着液氧排放、尾部流场和防热结构之间的联系展开。
天兵科技随后调整了液氧排放方向、防热方案和部分管路布局,并披露故障复现及改进状态下约200秒热试车的结果。火箭研发部副总经理、助理总设计师张建宏表示,遥二不会为了保成功降低整个火箭的性能。
这一选择保留了原有性能目标,也对整改验证提出了要求。
约200秒热试车提供了验证数据,但时长之外,还要看流场、压力、温度和各系统的运行状态,是否覆盖了需要考核的飞行条件。
复现原有故障,再确认改进方案能够阻断这一过程,才能说明调整是否有效。
复飞要完成的工作,也不止于检查这一处整改。上一轮飞行已经取得的数据,可以支持相应阶段的判断;任务提前终止后,后续发动机工作、载荷分离和最终入轨,仍可能缺少完整考核。
这些内容,都要在后续飞行中继续验证。
成功入轨后,飞行数据仍能帮助团队检验设计。温度、阀门响应和振动等实际表现,可以与预测逐项对照,为后续任务提供依据。尤其在载荷、轨迹或环境变化时,这些数据有助于判断原有设计的适用范围,让下一次飞行的准备更充分。
从踏板支架到火箭支撑件,一个零件的可靠性,牵连着设计、试验、生产和使用的全过程。故障后的改进,既要经得起验证,也要落实到后续产品;火箭回收之后,还要通过检查和寿命评估,确认能否再次执行任务。
商业火箭持续减重、降本,最终要让客户少付钱,也少承担延期和补发的代价,发射服务的成本优势需要在一次次按时完成的任务中得到证明。
本文来自微信公众号“星动无极”,作者:Julian,36氪经授权发布。