星舰的第二发试射,还是炸了,而且是炸了两次,不过依然解决了第一次试射中的两个大问题,本次试射是失败的,但从项目的进度上看,又成功前进了一步。这种靠频繁试射来试错,从而达到可用状态的方法,或许只有马斯克Space X干的来,因为实在太烧钱了。

星舰的第二次试射中,起飞阶段很成功

北京时间11月18日晚9时许,Space X星舰第二发试射,起飞后一开始一切顺利,尤其可贵的是,第一级在发射期间没有出现发动机故障,33台猛禽发动机全亮,并于起飞后约2分50秒时成功实现一二级热分离。故障就在分离后出现了,一级火箭“超级重型”在回收返航过程中,尝试重启发动机,但是姿态控制出问题,最终被引爆自毁,而实现分离的第二级飞行也不顺利,发生轨道偏移,无法纠正,在预测不可能达到预定轨道后,在148公里高度上也由人工引爆自毁。

超级重型助推器起飞时33台发动机全亮,这是一次可贵的成功

至此,马斯克的第二发星舰试射宣告失败,人类最强大火箭距离成熟仍然尚需时日。

对比今年4月份的首次试射,星舰的这次飞行解决了两个问题,首先是起飞阶段一级助推器的33台火箭发动机全部正常工作,其次是完成了一二级的热分离,这两个环节的成功对星舰后续发展迭代很重要。

同时最后的失败也暴露出星舰在设计或者制造上可能出现两个问题:一个是“超级重型”助推器在分离后的二次点火不太成功,火箭发动机重启数量可能没有达到要求,因此导致姿态控制出问题,不得不人工引爆;另一个是二级热分离成功后,姿态控制也出了问题,猜测依然是火箭点火不太成功,导致推力损失,姿态控制困难,所以无法按要求入轨,最终也只能自毁。

一二级热分离瞬间,可以看到一级的火箭大部分已关机,二级火箭在分离前就已经点火

星舰是Space X公司最大的运载火箭,也是人类迄今为止最大、最重的运载火箭,不但用于近地航天发射,也用于星际和深空探测任务,地位非常重要。

星舰是有史以来最大的运载火箭

星舰项目最初的目标是为Space X公司火星任务而开发的,目标是将航天员送到火星,实现截人探测火星。后来星舰的用途不断被拓展,更加广泛,包括发射同步轨道超大型航天器、近地集群卫星,也能为载人航天、星际探测提供服务,美国阿尔忒弥斯载人登月计划也将使用星舰的登月型号,星舰还能为其他航天器提供空间加油服务,以降低地面发射负担。

更为神奇的是,马克斯还设想,将星舰用于地球快速运输,它能够在极短的时间之内把100名乘客从地球一点送到另外一点,实现所谓跨洲际快速投送。坐火箭出远门,可以说是闻所未闻。

另一个角度看热分离瞬间

星舰与太空探索公司其他航天器一样,遵循低成本、经济性至上的原则,首先它实现了完全重复使用,火箭及飞船均能重复使用,这样就有效降低了系统的成本和费用。另外在材料上也进行了控制,系统由不锈钢制成,避免使用昂贵的金属。

星舰飞船在返回的时候,腹部翻转,垂直着陆,以减少对热防护系统的要求。正是通过这样一系列技术和措施,才让星舰在未来的任务中能够频繁进行发射,能够为航天活动提供更好的支持。

星舰第一级采用33台火箭发动机,对火箭控制系统的可靠性要求极高

星舰最为关键一点还是使用多台发动机并联这个设计,而不是采用数台巨型推力发动机。这样就降低了发动机的设计、制造难度,从而为火箭低成本和重复使用扫清了障碍。星舰最大起飞重量比此前载人登月的火箭-土星5还要大,但是它使用了33台猛禽发动机,而土星5火箭的第一级只有5台发动机,星舰单台发动机推力远小于土星5第一台发动机,相应的发动机技术难度、制造成本更低,这样就为火箭低成本运用打下了坚实的基础。

另外星舰采用了甲烷作为燃料,甲烷成本要比煤油低一半左右,比液氢更低,考虑到星舰一次需要大量的燃料,这样又进一步降低了发射成本和费用。

起飞后的爬升阶段

不过星舰的构架设计也存在一定的缺陷需要克服,这么多火箭发动机在一起工作,对于发动机可靠性、发动机、飞行控制系统要求极高。尤其33台发动机起飞时一起工作,在高温、高振动条件下发动机极易出现问题,即便只有少数几个发动机出现问题,都有可能造成火箭推力不平衡,飞行姿态出现偏差,进而导致飞行失败。

当年苏联无法研制出大推力火箭发动机,N-1载人登月运载火箭只好采用数十台发动机设计,但是发动机可靠性没有过关,多次发射均出现发动机工作异常或者关机,导致火箭推力失衡,进而空中解体。

马斯克在社交媒体上做了简单庆祝

星舰在4月份的第一次试射中,第一级“超级重型”助推器也出现多台发动机点火失败或者中途熄火,最终导致还未进入一二级分离环节,就失败了。

从这个角度来讲,太空探索X公司为星舰选择这个方案带有一定冒险的成份。当然这个冒险一旦成功,其经验也会对全球航天发展起着极大的推动作用,尤其是发动机可靠性如何控制,火箭飞控和发动机发控如何应对发动机工作异常等方面的经验,可以说弥足珍贵。

马斯克在社交媒体上做了简单庆祝

星舰的经验对于中国航天同样有着十分重要的借鉴作用,我们新一代超重型运载火箭长征-9号已经借鉴了星舰的经验。长征-9起飞重量超过4000吨,起飞推力接近6000吨,近地载荷超过100吨,月球轨道载荷为50吨,能够发射我们的近地超大型航天器、载人航天器、载人登月航天器、星际航天器和深空探测器。长征-9投入使用之后,将我们建设月球和火星科考基地提供运力保证。

长征-9号的设计构架与星舰相同,第一级采用数十台甲烷发动机。根据相关资料,长征-9号第一级将会采用30台甲烷火箭发动机,这一点与星舰相同。这样就避免了研制巨型推力火箭发动机,降低火箭研制难度,降低成本和费用。另外长征-9号也具备重复使用能力,从而进一步降低了火箭使用成本。

长征九号的构架在迭代中也采用了星舰的类似方案

如果我们在发动机可靠性、稳定性等方面实现突破,那么长征-9还能进一步扩展发动机数量,经济、快捷的提高运载能力,为我们航天探索提供更加强有力的运力保证。

可以说马斯克的星舰能否成功,我们也很关注,星舰如果真的能蹚出一条路,那对长9来说绝对是个好消息,后续的研发和试验也能更有方向性,进度能大大加快。

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王亚男航空说

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《航空知识》主编,中国科协航空科技文化普及首席科学传播专家,中国航空学会科普工作委员会委员,知名科普专家,优质军事领域创作者
《航空知识》主编,中国科协航空科技文化普及首席科学传播专家,中国航空学会科普工作委员会委员,知名科普专家,优质军事领域创作者, 乘风计划作者,优质军事领域创作者,活力创作者
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