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都匀喝茶新茶老班章外卖海选工作室,星舰第四飞终于成功:关乎SpaceX的两条生命线,对中国有哪些借鉴?,火箭,马斯克,项目
2024-06-09 09:42:05
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北京时间2024年6月6日,由SpaceX(美国太空探索技术公司)研制的星舰超重型火箭在德克萨(sa)斯州(zhou)博卡(ka)奇卡(ka)进(jin)行了第四次飞(fei)行,取得了奇迹般的成绩:

火箭二级成功(gong)进(jin)入预(yu)定(亚)轨道,并在多块隔热瓦脱落以及部分结构破(po)损的情况下,成功(gong)进(jin)行了海面软着(zhe)陆。一级也在使用(yong)完毕后以比较理(li)想的垂(chui)直姿(zi)态,由发(fa)动机(ji)点火减速,在预(yu)定海区低速溅落。两(liang)级火箭成功(gong)着(zhe)陆,为(wei)后续在陆地着(zhe)陆和复用(yong)创造了可(ke)能(neng)性。

本(ben)次“星舰”起飞(fei)瞬间,从左下方圆点可(ke)见第一级有(you)一台发(fa)动机(ji)未点火

相对于今年3月份进(jin)行的第三次飞(fei)行,这次SpaceX一改(gai)以往每次试飞(fei)都突飞(fei)猛进(jin)新增大量项目的套路,反(fan)而做起减法,取消了在第三次试飞(fei)中开展了但结果不尽理(li)想的舱门开闭和燃料转移测试,将试验重心完全(quan)放在一级和二级的回收验证上。今天是试验可(ke)以说达到(dao)了预(yu)期目的。

这或许意味着(zhe)星舰项目已经到(dao)了命运(yun)攸关的节点。而对中国国家队和商业航天赛(sai)道上众多同行来说,该项目目前已经带来了足够多的经验借鉴。

星舰IFT-4发(fa)射时序 图源:SpaceX

全(quan)箭回收是星舰必须突破(po)的关口

但技术组合难度空前:前所(suo)未有(you)+几十年未曾质变

作为(wei)SpaceX乃至(zhi)美国航天的旗舰产品、人类历(li)史上体积和运(yun)力(li)都是最大的火箭,星舰当前被两(liang)个(ge)重要任务所(suo)迫(po)切需求:

1、美国派(pai)人重返(fan)月球的阿尔(er)忒弥斯计划,星舰是目前唯一明确的宇航员(yuan)“着(zhe)月”载具,同时也是整个(ge)项目当前最关键瓶颈。任务链(lian)条上的其它环节,例(li)如(ru)负责(ze)地球–月球轨道摆渡的SLS火箭与猎(lie)户座飞(fei)船组合体、宇航服等,要么已经验证可(ke)堪使用(yong),要么相对容易研制。目前,美国载人登月时间已经从2025年左右推(tui)迟至(zhi)至(zhi)少2027年左右。

SLS火箭 图源:NASA

2、SpaceX下一代星链(lian)卫(wei)星组网。星链(lian)是SpaceX自有(you)盈利项目,是公司可(ke)预(yu)见将来最主要持续现金流来源。目前,市场已经明确下一代产品必须是具备手机(ji)直连功(gong)能(neng)的大容量卫(wei)星,单星重量超过一吨。在SpaceX技术路径中,新一代卫(wei)星只与星舰适配。如(ru)果星舰迟迟无(wu)法投入使用(yong),SpaceX有(you)可(ke)能(neng)在这一轮竞赛(sai)中被雄心勃勃的中国以及美国“友商”超越。

星链(lian)图源:pixabay

以上两(liang)个(ge)项目一个(ge)关乎政(zheng)治、一个(ge)关乎财务,都是SpaceX切身利益的生(sheng)命线(相比之下,马斯克画的“移民(min)火星”之类大饼可(ke)有(you)可(ke)无(wu))。

这两(liang)个(ge)任务,都要求星舰能(neng)够以极高密度发(fa)射(几天一次乃至(zhi)高峰时一天几次),因此一级和二级箭体都必须能(neng)够快速重复使用(yong),方有(you)可(ke)能(neng)完成周转。而SpaceX为(wei)这箭体回收选择的是“前所(suo)未有(you)+几十年未曾质变”的hard模式(shi)技术方案。

先(xian)说“前所(suo)未有(you)”。两(liang)级箭体完成任务后,都将先(xian)后返(fan)回发(fa)射场,在缓慢垂(chui)直下降过程(cheng)中“挂”在发(fa)射塔架上的筷子造型回收臂上(看(kan)起来是夹住(zhu),其实是挂住(zhu))。回收臂随后将两(liang)级箭体转移到(dao)发(fa)射台并重新组合。工作人员(yuan)检查处(chu)理(li)箭体后,火箭再次发(fa)射。这项操作对火箭飞(fei)行精度、发(fa)动机(ji)可(ke)靠性、地面设备可(ke)靠性都提出了极高要求。一旦(dan)出现意外火箭爆炸摧毁发(fa)射设施,甚至(zhi)会毁灭(mie)整个(ge)任务。

以登月任务为(wei)例(li),星舰需要进(jin)行5-10次接力(li)加油,才能(neng)接力(li)为(wei)最终(zhong)登月提供足够燃料。一旦(dan)发(fa)射中断,登月任务只能(neng)停止。配图是星舰挂在回收臂上的情景,箭体外部的专用(yong)挂点可(ke)以承受重量。

与“前所(suo)未有(you)的回收方式(shi)”不同,星舰二级从太空重返(fan)大气层,用(yong)于抵抗上千度气动加热的技术,则是与几十年前航天飞(fei)机(ji)类似的隔热瓦,总计将近2万片,一片一片贴在箭体外部。马斯克本(ben)人表示(shi),哪怕其中一块破(po)损或者脱落,都有(you)可(ke)能(neng)导致灾难,而此前的试飞(fei)中,火箭离地时瓦片就哗啦哗啦掉落。

隔热瓦破(po)损脱落是“星舰”面临的重大困(kun)扰

2003年,哥伦比亚号航天飞(fei)机(ji)由于隔热瓦破(po)损而在返(fan)回途(tu)中失(shi)事,因此航天飞(fei)机(ji)大小的航天器(qi)也被认为(wei)是目前隔热瓦技术的边缘。星舰二级尺寸远大于航天飞(fei)机(ji),而目前除了“蛮力(li)把瓦片贴牢一些”以外,还暂时看(kan)不出SpaceX有(you)本(ben)质性革新解(jie)决(jue)方案。今天的试验,直播中依然(ran)可(ke)见隔热瓦大量破(po)损并导致翼面等结构出现破(po)损。最后的“成功(gong)”依然(ran)有(you)侥幸因素。估计未来SpaceX和监管方仍然(ran)“紧盯”其可(ke)靠性。

2003年2月1日,哥伦比亚号解(jie)体后碎片划空而过

读过书本(ben)《马斯克传(chuan)》的朋友或许记得,马斯克是“追求极限(xian)自加压(ya)”的典型。客户、监管机(ji)构或者同事要求做到(dao)100分,马斯克总会设法“逼迫(po)”团队做到(dao)120分甚至(zhi)更高。星舰第四次试飞(fei)项目“缩水”好(hao)像与此背道而驰,或许说明可(ke)靠回收复用(yong)已经到(dao)了火烧眉毛的地步,以至(zhi)于马斯克都排除了无(wu)关试验,以便集中火力(li)解(jie)决(jue)主要矛盾。下一次试验,这点或许依旧。

星舰即便止步当前

亦具有(you)重大借鉴意义

“前所(suo)未有(you)+几十年未曾质变”的星舰最终(zhong)能(neng)否达到(dao)让各(ge)方彻底(di)满意的可(ke)靠性,让我们(men)拭目以待。不过,就算星舰止步于目前状态,对于美国航天来说也已经是巨大进(jin)步,对我国也有(you)重大借鉴意义。

星舰证明了超重型火箭的可(ke)行性和经济性。

如(ru)果我们(men)不考虑回收复用(yong),而是把星舰当作一次性火箭,按照美国和中国通行标准,之前的第三次试飞(fei)即已满足“进(jin)入预(yu)定(亚)轨道并发(fa)出星箭分离信号“,可(ke)以算作试验成功(gong)。据我国天仪(yi)研究院负责(ze)人杨峰以及国外航天咨询人士测算,目前星舰单次飞(fei)行的成本(ben)应(ying)该在1.5亿美元以内,仅相当于美国航空航天局NASA抓总研制、设计运(yun)力(li)只有(you)大约2/3的另一型登月火箭SLS单次发(fa)射成本(ben)22亿美元的不到(dao)1/10;除此以外,多台发(fa)动机(ji)并联、不锈(xiu)钢箭体等关键技术也在通过星舰项目得到(dao)验证。

因此,即便一次性使用(yong)的星舰,也足够稳固美国全(quan)球航天运(yun)力(li)头号强国地位(把单箭入轨能(neng)力(li)从100吨拉高到(dao)200吨),也为(wei)我国超重型火箭发(fa)展提供了虚心观察、学习、理(li)解(jie)、创新乃至(zhi)超越的对象。

外国网友制作的部分重型火箭对比。最右侧为(wei)星舰,中间SLS Block 1是当前的SLS火箭,最左侧的是航天飞(fei)机(ji)。

星舰给科研带来了启发(fa)。哪怕短短10年前,30余台发(fa)动机(ji)并联的设计由于力(li)热环境过于复杂,被认为(wei)是航天工程(cheng)禁区;不锈(xiu)钢密度较大,被认为(wei)不适合用(yong)于制造火箭。但目前,这些禁忌都已经被星舰打破(po)。如(ru)果把范围扩大到(dao)全(quan)公司,SpaceX还把火箭回收复用(yong)、超大规模低轨星座、高密度发(fa)射等以往未曾实用(yong)的产品或者做法变成现实。

事实上,其中相当一部分突破(po),包(bao)括我国在内的世(shi)界其它航天力(li)量也早(zao)有(you)所(suo)认知甚至(zhi)尝试,例(li)如(ru)火箭回收技术,上世(shi)纪60年代的教(jiao)材即有(you)论述;大型低轨星座,我国在2018年前后就有(you)构想甚至(zhi)发(fa)射了验证星,但最终(zhong)率(lu)先(xian)形成气候的,只有(you)SpaceX一家。背后原因,是企(qi)业领袖个(ge)人能(neng)力(li)?是美国航天技术存(cun)量优势?是官方与市场有(you)机(ji)融合的体制机(ji)制?还是另有(you)其他(ta)?

星舰的研制,为(wei)我们(men)探索航天战略、管理(li)、技术和运(yun)营的更优路径提供了一扇观察窗——无(wu)论该项目最终(zhong)是否成功(gong)。

发(fa)布于:上海市
版权号:18172771662813
 
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