点火发射：乐高Technic版Artemis太空发射系统深度评测
不久之后，四名人类将启程前往月球！我们本想在SLS火箭发射时发布这篇文章并为工程师周收尾，但佛罗里达中部天气和发射前测试导致了延期。
虽然Artemis II不会是一个登月任务，但它将创造大量历史。指挥官Reid Wiseman、飞行员Victor Glover、任务专家Christina Koch和任务专家Jeremy Hansen将成为自1972年阿波罗17号离开以来第一批进入月球轨道的人类！
Artemis II机组人员与SLS火箭在LC39B发射台。照片来源：NASA/Kim Shiflett，via KSC的Flickr
任务的一些重要”首次”包括：
准备发射！
- 所有四人将比以往任何人类距地球更远——超过阿波罗13号的纪录
- Glover将成为第一位飞越月球非裔美国人
- Hansen将成为第一位飞越月球的加拿大人和美国公民
- Koch将增加她令人印象深刻的简历——第一位飞越月球女性。她曾参与首次全女性EVA（太空行走），并保持女性最长连续太空时间纪录（328天）
在过去几年中，乐高发布了多款庆祝Artemis计划和SLS火箭的套装。今年的独特产品是LEGO Technic 42221 NASA Artemis太空发射系统火箭，它复刻了SLS的发射！
点燃这根蜡烛
火箭升空！
套装的主要功能是一个蜗轮，火箭在其上上下移动。这是通过一个较新的蜗轮零件和一个全新的Technic蜗轮从动件实现的。这个零件应该为蜗轮打开很多可能性。Doug惊人的ISS搭建出色地使用了这些蜗轮，去看看吧！
全新零件！新零件！新零件！
我们是不是遗漏了什么？
当火箭上升时，固体火箭助推器（SRB）分离并脱落。从多年观看航天飞机发射的经验来看，简单的从动机构确实很好地捕捉了SRB分离弧线。我确实希望SRB组件在火箭继续上升时停止运动。
我尝试寻找解决方案，甚至我最好的想法都过于复杂和挑剔！我移除了火箭主体，以便我们看到内部发生了什么。当火箭上升时，助推器被两侧骑在黑色横梁和弯曲零件上的灰色横梁固定在原位。然后连杆设置助推器脱落的角度。接着整个东西卡住了，因为我没有使用足够的插销。
一个花了我好一会儿才弄明白的巧妙细节是助推器底部的Technic球。它们帮助在火箭上升时将助推器固定在下端！没有它们，助推器底部会从火箭处微微摆开。
我喜欢简单而巧妙的解决方案！
Orion航天器
火箭回来后，看ICPS和Orion如何随着绳索和链条收紧而更快拉开！
下一步是Orion航天器和ICPS（临时低温推进级）与SLS核心分离。这是用一个简单的滑轮实现的！绳索在爬升的大部分时间里保持松弛，然后，由于滑轮的功能，ICPS和Orion以火箭上升速度的两倍拉开。
之所以有效，是因为绳索的一端被固定，而滑轮在移动。对于固定滑轮，当绳索被拉动时，两端通过相等的距离。当滑轮本身移动时，绳索两侧都向上移动（在这种情况下），所以你得到了两倍的位移！
实现这一点的整体齿轮系相当简单：一个输入轴，一些惰轮确保顺时针旋转使火箭上升，以及一个仅在火箭下降时才啮合的红色齿轮作为制动器。它安装在摩擦插销上，使火箭停留在你留下的垂直位置。最后，有一组锥齿轮将旋转方向转90度。
我见过一些争论说齿轮系过于复杂或可以更紧凑。我认为它确实可以放在模型右侧，但它仍然需要围绕火焰来适配。此外，我认为顺时针上升的功能感觉更自然，可能也影响了设计。
注：我故意拆掉了外壳以展示下面的齿轮系，Power Functions电机和灰色支撑结构不包含在套装中。
齿轮系内部结构（注意手指按住红色制动齿轮）
火箭科学时间
因为是工程师周（今年2月23-27日），我们将深入探讨为什么火箭在上升时会抛弃助推器和级段。正如《巨蟒与圣杯》中所说，“这是一个简单的重量比问题！”
关键比率是火箭质量与燃料质量的比率。ISS在250英里（400公里）的高度运行——不是太远——但它的轨道速度是17,100英里/小时（27,600公里/小时，7.67公里/秒）。要达到那个速度，需要一些大力加速度。
幸运的是，我们不完全从0速度开始——地球在赤道的自转速度为1040英里/小时（1674公里/小时），在肯尼迪航天中心为913英里/小时（1470公里/小时）——这是纬度余弦的函数——但这仍留给火箭需要16,236英里/小时（26,130公里/小时）的重要Delta-V。
我们都知道牛顿的F = M x A，所以质量越大，加速到更高速度需要的力越大。但需要更多力意味着需要更多燃料——也意味着更多质量！
这些事实导致至少四个不同的人独立推导出了被称为火箭方程的东西：Konstantin Tsiolkovsky（俄国，1903年，通常被认为是第一人）、William Moore（英国，1810年）、Robert Goddard（美国，1912年）和Hermann Oberth（奥匈帝国/德国，约1920年）。
当你在用一列火焰发射东西时，数学是令人兴奋的！
我们来简化一下理解。质量初值与质量终值的比率衡量我们使用了多少燃料来改变速度。如果需要更大的变化，就需要更多燃料。V-exhaust包含很多因素（使用的燃料、发动机效率等），但一般来说，火箭向后方排出燃料的速度越快，速度变化就越大。
自然对数是一个与数字e（约2.718）相关的数学函数。下面的图表是一个毛毯图，X轴是质量比（1表示燃料和火箭质量相等；100表示燃料是火箭质量的100倍），Y轴是delta-V，五条曲线代表不同的V-exhaust值。
更高的排气速度和更多燃料消耗意味着更高速度！
我们可以欺骗数学吗？可以获得更大的delta-V吗？可以通过使用助推器或级段（或两者兼有）。助推器是附加在更大火箭上的额外火箭（如航天飞机和SLS上的固体火箭助推器）。级段是串联式的，火箭的下部被抛弃。
我将展示一个级段示例，V-exhaust相同，使数学更容易跟随（希望如此）。助推器也会给数学增加一些复杂性。如果我们假设两枚火箭”各方面条件相同”，V-exhaust均为20，初始质量为100，终质量为3.019——但其中一枚是两级火箭且质量均匀分配——那么每级终质量为1.510，初始质量为50。
更多燃烧的数学！
这就是为什么火箭要分级。我们带往最终目的地的质量越少，效率就越高——比试图把一切都带上要好。
值得购买吗？
45度角观看——不太好的视角！
我喜欢这款套装。它在价格和货架空间上都比乐高SLS/MLP实惠得多，尽管完全展开时几乎一样高。不过我有点失望只有半枚火箭，这使得唯一真正好看的视角是正面。
我真心认为这些功能可以配合完整的火箭工作，但权衡可能跟重量有关（我目前没有足够大的Technic零件库存来尝试）。
这些功能运作良好，并且肯定与你的标准Technic轮式车辆套装有所不同。60美元的价格，如果你是太空或Technic粉丝，它绝对值得占一些货架空间！
Artemis II发射窗口
如上所述，发射前测试发现了一些问题。本月早些时候的”湿装彩排”中发现液氢泄漏，上周末在ICPS中发现了氦气系统问题，需要回滚到VAB。这些4月日期是下一次尝试的最早可能：4月1日、3日、4日、5日和6日。发射可以在nasa.gov在线观看。
发射窗口由多种因素决定。鉴于最初的2月、3月和4月日期都间隔28天，月球表面的光照由于月球相位是一个考量因素。然而，通信卫星和资源可用性等其他因素也起作用。
Artemis I发射，2022年11月16日。照片来源：NASA/Joel Kowsky
Artemis II正在成为人类太空飞行的一个重大里程碑，即使确切的发射日期仍在变化中。无论倒计时何时最终归零，它都将标志着人类50多年来首次返回月球轨道。在此之前，这款Technic版SLS是一个有趣的方式，带一点发射日的能量回家。
LEGO Technic 42221 NASA Artemis太空发射系统火箭现售约$60美元。
声明：此套装由乐高提供给BrickNerd。本文中表达的任何观点均为作者个人观点。