NASA改造一架波音737-700用作失重环境测试飞机

（来源：中国航空报）

抛物线飞行如何创造失重。

伊尔-76MDK零重力飞机。

空客A310零重力飞机。

　　NASA已选定一架波音737-700飞机改装为失重实验平台。

NASA要测试的宇航服。

零重力公司运营的失重实验飞机。　　美国国家航空航天局（NASA）已选定一架波音737-700飞机作为其最新的月球重力飞行测试平台，这将为NASA提供一架专用飞机，用于在宇航员重返月球表面之前评估“阿尔忒弥斯”计划的宇航服、乘员系统和相关硬件。

　　这架飞机将由丹玛技术服务公司（Denmar Technical Services）进行改装，改装合同由NASA位于加利福尼亚州的阿姆斯特朗飞行研究中心和位于得克萨斯州的约翰逊航天中心共同授予。合同最高价值为840万美元，有效期至2027年2月。改装完成后，NASA阿姆斯特朗飞行研究中心将接收这架飞机，而约翰逊航天中心将负责其运行监管。

　　这架飞机的任务非同寻常，但至关重要：它将进行一系列精心控制的抛物线机动飞行，以在机舱内模拟月球重力。这将使宇航员和工程师能够在接近月球六分之一重力的动态环境中测试设备，而无须离开地球。

　　NASA表示，这架改装后的飞机将用于验证宇航员的宇航服及相关乘员系统，以便在未来的“阿尔忒弥斯”计划任务中部署。

　　随着NASA为“阿尔忒弥斯”计划重返月球表面以及推进在月球及其周围长期驻留的计划做准备，地面和飞行测试的重要性日益凸显。

抛物线飞行如何创造失重？

　　抛物线飞行并非使重力消失，而是使飞机、机上所有人员以及所有测试设备短暂地处于可控的下落状态。该机动动作始于平稳的水平飞行。随后，飞机急剧拉升，以约45至50度的角度爬升。在此阶段，机上人员会感到比平时重得多，重力通常会达到约1.8g。

　　当飞机到达弧线最高点时，飞行员会降低发动机推力，使飞机进入自由落体轨迹。在短暂的时间内，飞机及其内部所有物体都会以相同的速度下落。这就是低重力环境的由来。

　　对于完全失重状态，自由落体阶段通常持续约20秒。在此期间，宇航员、工程师、实验设备和装置如同在轨道上一样漂浮在舱内。

　　对于月球或火星重力环境，飞机无须制造完全失重状态。飞行员只需调整抛物线飞行轨迹，使舱内剩余的垂直加速度与所需的低重力环境相匹配即可。欧洲航天局（ESA）表示，低重力抛物线飞行可以产生约0.16g的重力（接近月球重力），持续约23秒；或产生约0.38g的重力（接近火星重力），持续约30秒。

　　在抛物线飞行轨迹的末端，飞机会拉起，产生短暂的高重力，然后恢复水平飞行。之后，该过程会重复进行。

　　一次典型的抛物线飞行任务可能包含数十次这样的机动，使研究人员能够在不同的重力环境下反复观察硬件、人员和操作流程的运行情况。

　　这使得抛物线飞行成为连接实验室测试和太空飞行的有效桥梁。它虽然无法长时间模拟月球环境，但可以揭示宇航服关节的运动方式、工具的操作性能、宇航员身体的反应，以及系统在重力减小时的运行情况。

　　对于“阿尔忒弥斯”计划而言，这一点至关重要。未来的登月宇航员不会只是简单地踏上月球表面，插上旗帜就离开。他们需要在月球上工作更长时间，进行更广泛的活动，操作飞行器，使用科学仪器，并最终维护更永久性的月球基础设施。

　　因此，在将这些系统送上月球之前，在六分之一重力环境下进行测试，是降低风险的关键环节。

波音737-700：关于NASA新型月球重力飞行器的已知信息

　　NASA选择的飞机本身就很有意思。该机构表示，承包商将改装一架波音737-700飞机，用于执行月球重力抛物线飞行。公开的机身记录显示，该架波音737-700注册号为N712JM，制造商序列号为40116，生产线编号为4465。

　　这架飞机在波音公司位于伦顿的工厂制造，机龄约13年。它由CFM国际公司的发动机提供动力，并带有Mode-S十六进制代码A9844F。它的历史并非一架普通的退役民航客机。

　　现有的机身记录显示，N712JM曾先后隶属于Capital Airlines、Bluewings International、Denmar Technical Services，自2020年起隶属于美国空军。这些记录还显示，这架飞机曾被长期存放，包括在特拉华州乔治城和科罗拉多州科罗拉多斯普林斯存放过一段时间，之后于2020年6月从科罗拉多州科罗拉多斯普林斯运送到加利福尼亚州圣玛丽亚。

　　那一年，这架飞机以一种极其不寻常的状态出现在圣玛丽亚机场，引起了人们的关注。“战区”网站曾报道称，尽管这架飞机归美国空军所有，但其注册号为N712JM，且机身外部有明显的改装痕迹，包括沿着部分机身延伸的电线和类似传感器的装置。

　　当时，这架飞机仍涂有绿色保护涂层，而非传统的航空公司或军用涂装。“战区”网站还报道称，这架飞机曾参与飞行测试活动，可能与低可探测性或雷达特征测量工作有关，但其具体用途从未得到官方证实。

　　NASA的需求包括飞机改装、维护和测试服务。此前的采购材料还提到，需要评估飞机是否适合低重力任务、改装机舱、喷涂NASA标识、完成逾期的定期维护以及处理之前项目期间进行的永久性改装。

NASA的波音737将在零重力环境下进行哪些测试？

　　这架飞机最紧迫的任务是支持“阿尔忒弥斯”计划所需系统的开发。

　　NASA表示，改装后的737-700将用于验证宇航员的宇航服以及支持“阿尔忒弥斯”计划目标所需的相关乘员系统。这表明它将承担实际操作的角色，而非纯粹的科学研究。

　　与“阿波罗”登月时代不同，未来的登月宇航员预计将在月球表面长时间工作，进行科学考察、操作飞行器和维护基础设施。这对宇航服、移动系统、生命维持设备以及宇航员在着陆器或居住舱外使用的工具提出了更高的要求。

　　在地球上测试此类硬件面临挑战，因为实验室无法长时间重现月球重力。抛物线飞行是少数几种能够观察宇航员在接近月球环境条件下如何移动、工作以及与设备互动的方式之一。

　　NASA正在研发的下一代宇航服旨在支持比“阿波罗”计划更长时间的月球停留、更高的机动性和更广泛的科学活动。在宇航员能够在月球表面使用这些系统之前，它们必须在真实的运行条件下进行广泛的评估。低重力飞机可以帮助解答一些在地面上难以解决的问题。

　　宇航员穿着宇航服能否弯腰、下跪、伸手并保持平衡？当身体仅部分受重力作用时，能否轻松操作工具？约束装置、背包、显示器和生命维持系统连接是否按预期工作？与在实验室、游泳池或模拟器中使用设备相比，在部分重力环境下使用设备时，宇航员的工作负荷有何变化？

　　改装后的737-700飞机不会取代其他测试环境，例如，中性浮力设施、沙漠模拟场地、真空室或数字模拟。但这将为最终要在月球上运行的设备增加一个短期、可重复且与实际操作相关的测试环境。

抛物线飞行：特殊飞机的特殊用途用

　　于改装的波音737-700即将加入一个规模较小且较为特殊的群体。长期以来，抛物线飞行一直依赖于那些足够大以提供可用客舱空间、足够坚固以承受反复高低重力循环，并且足够容易获得以适应特定任务的飞机。

　　NASA 最著名的低重力飞机是绰号“呕吐彗星”的KC-135。这些由波音707改装而来的飞机数十年来一直支持宇航员训练、研究和硬件测试。NASA后来使用麦克唐纳·道格拉斯C-9B（DC-9的军用版本）进行低重力研究，之后终止了其内部的低重力计划。

　　在商业领域，零重力公司（Zero Gravity Corporation）运营着一架名为“G-Force One”的飞机，这是一架经过改装的波音727-200。这架飞机已成为美国最知名的抛物线飞行平台之一，用于执行科研、训练、媒体和公众的失重飞行任务。

　　欧洲最著名的飞机是由诺维斯帕公司（Novespace）运营的空客A310零重力飞机，品牌名为AirZeroG，总部位于法国波尔多。这架飞机于1989年出厂，曾服役于东德航空公司Interflug，后来被德国政府用于运送高级官员，飞机名称为“康拉德·阿登纳”。

　　诺维斯帕公司于2014年收购了A310飞机，用于替换之前的空客A300零重力飞机。A310于2015年投入科学抛物线飞行任务。

　　A310通常在一次任务中完成31次抛物线机动飞行，其机舱内设有大型软垫实验区，使科学家和宇航员能够在反复的短时失重或部分重力环境下进行工作。

　　俄罗斯也曾使用伊尔-76MDK专用飞机进行宇航员训练和科研。该机型尤为引人注目，因为它并非由改装的客机改造而来，而是基于大型军用运输机。俄罗斯国家技术集团公司（Rostec）表示，伊尔-76MDK于1988年首飞，目前俄罗斯航天局机队中仍有3架该型飞机用于宇航员训练。

　　波音737飞机曾被NASA和其他机构用于科研、监视、运输和测试工作，但737-700并非抛物线飞行史上最知名的机型之一。事实上，过去没有任何记录表明737曾用于此类任务。

从波音737到“阿尔忒弥斯”计划和月球基地

　　改装后的737-700将成为“阿尔忒弥斯”计划更广泛蓝图的一部分。

　　NASA的目标不仅是将宇航员送上月球，还要建造人类在月球上长期驻留所需的系统。这包括新型宇航服、表面移动系统、发电系统、通信系统、居住舱、后勤网络，以及最终能够支持更长时间、更频繁的月球任务的基础设施。所有这些系统在被送上月球之前都需要经过测试。

　　新型波音737-700并非“阿尔忒弥斯”计划中最引人注目的部分。但通过为NASA提供一架专门用于月球重力测试的飞机，它将有助于缩小地球工程与实际月球作业之间的差距。对于一个旨在将人类送入深空的计划而言，这架经过改装的波音窄体客机，在重返月球的道路上，将成为一个重要实验平台。 （逸文）