近日,美国诺斯洛普·格鲁曼公司进行了“助推器换代和寿命延长”(Booster Obsolescence and Life Extension,BOLE)助推器的“演示发动机-1”(Demonstration Motor-1)地面试验。这是人类有史以来第二大的固体火箭点火实验,计划点火140秒,地点位于美国犹他州普罗蒙特里生产和测试基地试验场。诺斯洛普·格鲁曼公司为BOLE助推器设置了763个测点以检测发动机性能,并安装了二氧化碳熄火系统,以保证关机后助推器的安全,避免余药引燃试验台等现象。但即使做了大量准备,BOLE还是在接近关机的时候出现了异常。根据试车情况分析,BOLE助推器点火后101秒,位于天顶面的喉部下侧首先烧穿,喷出了火焰。随后当地面报出“点火110秒”的几乎同一时刻,BOLE的喷管破裂并飞出,而发动机继续点火直至其内部的固体推进剂燃尽。BOLE尾喷管崩落的瞬间BOLE是用于替代目前“太空发射系统”的5.5段式“五段重复使用固体火箭”(RSRMV),后者又继承自航天飞机“重复使用固体火箭”(RSRM),采用相对古老的钢制壳体和TP-H1148型聚丁二烯丙烯腈固体推进剂。目前,“太空发射系统”仍然在使用航天飞机时代的固体火箭助推器,但并不计划回收这些壳体,剩余的壳体将支持至该火箭执行第八次飞行任务。BOLE将从第九次任务中加入“太空发射系统”,以形成Block 2型火箭。为了实现目标,BOLE使用了先进的T1100碳纤维壳体和端羟基聚丁二烯固体推进剂,可产生超过1800吨的地面推力,并增加3.9%的比冲和11%的总冲,这能够将“太空发射系统”的奔月轨道运载能力提高至46吨以上。厂房中的BOLE助推器分段虽然BOLE计划使用T1100高性能碳纤维壳体,但“演示发动机-1”的壳体使用性能稍差的IM7/T300碳纤维,后续会更换为T1100,而BOLE助推器的前后端头仍然采用钢结构,因为NASA希望能够保证一定的余量。BOLE通过优化药形以减小火箭的最大动压,优化气动条件等,还重新设计了分离机构并修改了助推分离方向等。此外,BOLE还使用电液伺服取代了RSRMV的液压伺服,以减少质量和复杂度。更大的推力将BOLE的喷管直径从RSRMV的3.9米提高至4.4米,诺斯洛普·格鲁曼公司为此开发了由棕色玻璃酚醛复合材料制成的喷管。此次试验是BOLE两次地面试验之一,诺斯洛普·格鲁曼公司专门将固体推进剂的温度降低至15摄氏度,以评估在环境条件下的响应,后续试验还将评估BOLE在冷热环境下的性能。BOLE的分离方向将更类似“大力神-4”诺斯罗普·格鲁曼公司推进系统副总裁吉姆·卡尔贝勒表示:“今天的测试突破了大型固体火箭发动机设计的极限,以满足严格的性能要求。虽然发动机在严苛的燃烧环境下表现良好,但我们在两分多钟的燃烧即将结束时观察到了异常。作为一种全新设计,也是迄今为止建造的最大分段式固体火箭助推器,此次测试为我们提供了宝贵的数据,以便我们在未来的设计中不断迭代改进。”2024年上半年推出的第一段BOLE助推器然而,这并不是该类固体火箭发动机的首次异常。2019年5月29日,诺斯洛普·格鲁曼公司研制以竞标“国家安全太空发射”的OmegA运载火箭中型构型一级火箭Castor-600固体火箭发动机进行了地面试验,在接近发动机关机时也出现了喷管破裂剥落的现象。原因来自于地面试验和实际飞行环境的不同,固体火箭发动机接近关机的时候推力会迅速下降,喷管内压力也会随之降低。随着Castor-600发动机接近关机,喷管压力迅速降低至小于一个大气压,导致外部的大气压力向内压碎了喷管。在实际飞行过程中,由于关机时火箭已经位于数十公里的高空,外部稀薄的气压并不足以压爆喷管,因此也并不能算是特别大的问题,但诺格还是根据情况进行了改进。2020年的二级Castor-300发动机试车中,喷管没有再发生问题,证明了改进方案的合理性。