又雙叒叕炸了,SpaceX今晨直播炸飛船
2020年12月10日20:25

原標題:又雙叒叕炸了,SpaceX今晨直播炸飛船

原創 太空精釀 果殼

SpaceX又直播炸火箭了!

今天一早,星艦飛船SN8原型機進行了12.5千米高空飛行測試。在最後即將垂直著陸的一瞬間,星艦原型機炸了。

又雙叒叕炸了!

SpaceX全程直播如何“炸掉”星艦SN8 | SpaceX

星艦,Starship,是SpaceX正在研發的、具有劃時代意義的太空飛船,直徑9米。它的最終設計目標是兩級火箭,總長122米。今天試飛的飛船部分,也是未來的火箭二級,高約50米。

完成後,星艦火箭將是人類史上最強大的運載火箭,使用SpaceX新一代液氧甲烷發動機猛禽(Raptor)。火箭總重超過5000噸,遠遠超過土星五號登月火箭(3000噸),近地軌道運力超過100噸,飛船載人能力超過100人。

相比較而言,各航天大國現役和在研的最新一代主力載人飛船,上限運輸能力為7人。

星艦的最終形態概念圖 | SpaceX

星艦的測試核心在於飛船部分/火箭二級。它不僅要擁有強大的推進能力,還要實現從太空軌道回收複用,是目前一系列測試的主角。

按照SpaceX的“從失敗中總結經驗並快速迭代”思路,星艦建造了一系列原型機,如Starhopper、MK1、MK2、MK4、SN1(MK3)、SN2、SN3、SN4、SN5、SN6、SN7、SN8等。考慮到星艦的測試從2019年3月份才開始,這個迭代速度相當驚人。

它們都有一個共同的特點:務實。這些遠遠不如PPT效果圖的試驗機簡直“醜陋不堪”,主要的金屬結構竟然是不鏽鋼做的,其他部分也是能糙就糙。

這也是這個商業航天公司成功的秘訣:快速技術迭代,甚至設計出來就是用來炸的。因此,SN8爆炸之後,網絡上質疑聲音並不多,更多的是支援和鼓勵。

無比“醜陋”的第一版Starhopper | SpaceX其實早在去年Starhopper時期,相關測試已經取得了巨大的成功。2019年4月到8月間,它從能飛起來,一直突破到了能飛150米高並懸停、順利降落。
Starhopper的150米試飛 | SpaceX

而後續的SN系列,基本上是更全面的測試,包括火箭發動機、推進劑系統、控制系統、電子系統等。由於還處在預研階段,失敗也是很慘烈,例如著名的加壓測試(Pressure test)就炸掉了前三個SN。

SN4時已經實現了重大突破,也邁入了至關重要的靜態點火階段。SpaceX火箭一大特色是靜態點火,這與他們火箭發動機能複用、推力可控、帶牽製釋放機構等一系列技術是分不開的。SN4在最終測試爆炸之前突破了5次靜態點火試驗。

猛禽發動機的兩個版本,左為海平面版,右為真空版 | SpaceX

SpaceX給星艦準備的是猛禽發動機,最大單機推力220噸,可變推力,真空中比衝高達380秒。大量使用3D打印,自重僅1.5噸,推重比超過200,成本大幅低於同類競品。猛禽指標全方位超越墨林發動機。如果說墨林成就了獵鷹9號和獵鷹重型,猛禽也將造就星艦的未來。

猛禽發動機使用液氧甲烷推進劑,比衝雖然依然低於液氧液氫發動機,但略高於液氧煤油。且液氧和甲烷的保存溫度/沸點非常接近,溫差不大,甲烷的密度較大、節省推進劑儲存空間,整體上容易儲存,難度遠低於液氧和液氫。甲烷製備費用遠低於液氫,發動機幾乎沒有積碳結焦問題,設計簡單,維護很方便,是可回收火箭的最優選擇。

星艦SN5原型機的“蚱蜢一跳” | SpaceX

SN5原型機今年8月實現了150米高的“蚱蜢一跳”。雖然才1台發動機,飛起來還歪歪扭扭,但是對星艦項目有著重大意義,首次成功驗證了猛禽發動機的推進能力、變推力和矢量控制能力,檢驗了結構設計、材料設計、製造工藝穩定性。

後續的SN6在此基礎上繼續測試,全方位升級。試驗期間,核心的飛船姿態控制、質心和推進劑分佈控制、整體結構和材料、起飛和著陸關鍵技術等,都基本成熟,為下一步驗證進一步鋪墊。

SN7雖未進行實際飛行測試,但在地面進行了推進劑儲箱的極限加壓測試(最終成功炸裂)。

SN8的核心測試是底部的3台猛禽發動機 | SpaceX

SN8的目的是進行3台發動機、最高達到12.5千米的發射與回收測試,實際的技術跨越非常大。

3台發動機需要在飛行過程中多次組合點火、變推力和矢量控制,降落階段還要配合氣動翼面讓飛船從平飛變為垂直降落,快速製動,整體控制難度遠超以往,可以說是史無前例。

SN8從起飛到炸機全程回放 | SpaceX

本次測試僅曆時6分多鍾,SN8成功完成了起飛、掉頭、減速、翻跟頭等一系列複雜操作,在垂直降落過程中的最後一刻,由於推進劑儲箱在著陸期間壓力過低,發動機推力異常,失速墜地爆炸。

另一個視角的SN8降落(失敗)過程 | Cosmic Perspective

馬斯克在第一時間發推,解釋了最後炸機的原因,並稱試飛取得了所需的全部數據。

埃隆‧馬斯克第一時間發推,最後說了句“噢耶!!” | Elon Musk從測試的角度來說,這次炸機可以算是很成功了。
炸碎了一地的SN8,字幕顯示,SN9,下次你上! | SpaceX

有意思的是,在直播的最後階段,面對一片狼藉的爆炸現場,SpaceX在直播視頻里打上了字幕——“SN9,下次你上!”

事實上,SN9原型機也早已建成,排隊等著下一次試飛了。

星艦SN9已建成,下一飛頂上 | Austine Barnard

或許,這就是敢於直面爆炸和失敗的勇氣,也是發展航天的不懈動力。下一步,SN9會再次挑戰這項測試。未來的星艦原型機,加上更多熱防護能力和結構強度設計,還將挑戰更大高度的測試,甚至入軌。

星艦正式服役後藝術效果圖 | SpaceX

未來的星艦測試,幾乎肯定會再次發生爆炸,但它的發展方向,以及它對人類航天的意義,不會受到太大的影響。畢竟,星艦總共才迭代了2年,且進展迅速。

如果星艦和超級重型火箭組合能在未來10年內成熟,它將成為超過全世界各航天大國的頂級官方航天產品。NASA也很清楚,在即將進行的重返月球載人登月任務,給了SpaceX重要的載人登月合同。

如果一切順利,星艦將會抵達月球表面,隨後登陸火星,甚至邁入更遠的深空。

作者:太空精釀

編輯:Steed

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