星舰确实值得关注,赌徒式技术迭代

SpaceX的星舰飞船,在刚刚过去的SN8原型机12.5千米高飞行测试中,距离即将垂直着陆的一瞬间,炸了。又炸了。


SpaceX全程直播如何“炸掉”星舰SN8 ©SpaceX

星舰(Starship),是SpaceX在研发中的具有划时代意义的太空飞船,直径9米。它的最终设计目标是两级火箭,总长122米,飞船部分/火箭二级约50米。这将是人类史上最强大的运载火箭,使用SpaceX新一代液氧甲烷发动机猛禽(Raptor)。火箭总重超过5000吨,远远超过土星五号登月火箭(3000吨),近地轨道运力超过100吨,飞船载人能力超过100人。相比较而言,各航天大国现役和在研的最新一代主力载人飞船上限运输能力为7人。


星舰的最终形态概念图 ©SpaceX

星舰的测试核心在于飞船部分/火箭二级,它不仅要拥有强大的推进能力,还要实现回收复用等,是目前一系列测试的主角。按照SpaceX的“从失败中总结经验,快速迭代”思路,星舰建造了一系列原型机,如Starhopper、MK1、MK2、MK4、SN1(MK3)、SN2、SN3、SN4、SN5、SN6、SN7、SN8等。考虑到星舰的测试仅仅从2019年3月份才开始,这个迭代速度相当惊人。

的试验机简直“丑陋不堪”,主要的金属结构竟然就是不锈钢做的,其他部分也是能糙就糙。这也是这个商业航天公司成功的秘诀:快速技术迭代,甚至设计出来就是用来炸的。因此,SN8爆炸之后,网络上质疑声音并不多,更多的是支持和鼓励。


无比“丑陋”的第一版Starhopper ©SpaceX

其实早在去年Starhopper时期,相关测试已经取得了巨大的成功,在2019年4-8月间,它从能飞起来一直突破到了能飞150米高并悬停、顺利降落。


而后续的这几个SN系列,则基本上是更全面的测试,包括火箭发动机、推进剂系统、控制系统、电子系统等。由于还处在预研阶段,失败也是很惨烈,例如著名的加压测试(Pressure test)就炸掉了前三个SN。

SN4时已经实现了重大突破,也迈入了至关重要的静态点火阶段。SpaceX火箭一大特色是静态点火,这与他们火箭发动机能复用、推力可控、带牵制释放机构等一系列技术是分不开的。SN4在最终测试爆炸之前突破了5次静态点火试验。


两版猛禽(水平面和真空测试)发动机 ©SpaceX

自SN5原型机起,开始使用给星舰准备的猛禽发动机,它使用液氧甲烷推进剂,最大单机推力220吨,可变推力,真空中比冲高达380秒。大量使用3D打印,自重仅1.5吨,推重比过200,成本大幅低于同类竞品。猛禽指标全方位超越墨林发动机。如果说墨林成就了猎鹰9号和猎鹰重型,猛禽也将造就星舰的未来。

猛禽发动机使用液氧甲烷推进剂,比冲虽然依然低于液氧液氢发动机,但略高于液氧煤油(365到380左右,液氧煤油355左右)。且液氧(-182氏度)和甲烷(-162氏度)的保存温度/沸点非常接近,温差不大,甲烷的密度较大、节省推进剂储存空间,整体上容易储存,难度远低于液氧和液氢(-253氏度)。甲烷制备费用远低于液氢,发动机几乎没有积碳结焦问题,设计简单,维护很方便,是可回收火箭的最优选择。


星舰SN5原型机的“蚱蜢一跳”©SpaceX

SN5星舰原型机实现了150米高的“蚱蜢一跳”,虽然才1台发动机,飞起来还歪歪扭扭的,但是对星舰项目有着重大意义。首次成功验证了猛禽发动机的推进能力、变推力和矢量控制能力,检验了结构设计、材料设计、制造工艺稳定性。后续的SN6在此基础上继续测试,全方位升级。试验期间核心的飞船姿态控制、质心和推进剂分布控制、整体结构和材料、起飞和着陆关键技术等,都基本成熟,为下一步验证进一步铺垫。SN7虽未进行实际飞行测试,但在地面进行了推进剂储箱的极限加压测试。


SN8的核心测试是底部的3台猛禽发动机©SpaceX

SN8的目的是进行3台发动机、最高达到12.5千米的发射与回收测试,实际的技术跨越非常大。3台发动机需要在飞行过程中多次组合点火、变推力和矢量控制,降落阶段还要配合气动翼面让飞船从平飞变为垂直降落,快速制动,整体控制难度远超以往。


着陆最后阶段已成功实现垂直降落©SpaceX

本次测试仅历时6分多钟,SN8成功完成了起飞、掉头、减速、翻跟头等一系列复杂操作,在垂直降落过程中的最后一刻,由于推进剂储箱在着陆期间压力过低,发动机推力异常,失速坠地爆炸。可以说,整体上90%取得了成功。航天是一个异常复杂困难的事情,即便有一点是不完美,结局就是彻底的“失败”。


不过马斯克在第一时间解释原因后,最后说了“噢耶”©Elon Musk


整体测试定格到了6分42秒©SpaceX

有意思的是,在直播的最后阶段,面对一片狼藉的爆炸现场,SpaceX的视频字幕上已经注释到“SN9,正在路上”。或许,这就是敢于直面爆炸和失败的勇气,也是发展航天的不懈动力。下一步,SN9将会再次挑战这项测试。如果未来加上更多热防护能力和结构强度设计,还能挑战更大高度的测试,甚至入轨。



©SpaceX

不过,即便星舰又发生了爆炸,它的发展方向和对人类航天的意义并不会受太大影响。毕竟,它总共才迭代了2年左右,且进展迅速。如果星舰和大猎鹰火箭组合如果能在10年内成熟,就意味着能超过全世界各航天大国的顶级官方航天产品。NASA也很清楚,在即将进行的重返月球载人登月任务,给了SpaceX重要的载人登月合同。

如果一切顺利,星舰将会抵达月球表面,随后登陆火星,甚至迈入更远的深空。
楼主 sky020sky  发布于 2020-12-16 12:09:43 +0800 CST  
其实有搞个星舰项目队标马斯克
楼主 sky020sky  发布于 2020-12-16 12:25:09 +0800 CST  

楼主:sky020sky

字数:2252

发表时间:2020-12-16 20:09:43 +0800 CST

更新时间:2020-12-17 10:42:42 +0800 CST

评论数:18条评论

帖子来源:天涯  访问原帖

 

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