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安阳品茶外卖海选工作室,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 09:58:31
安阳品茶外卖海选工作室,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

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北京(jing)时间2024年6月6日,由(you)SpaceX(美国太空探索技术公司)研制的星舰超重(zhong)型火箭在德(de)克萨斯州博(bo)卡奇(qi)卡进行了第四次飞行,取得了奇(qi)迹般的成绩(ji):

火箭二级成功进入预定(亚)轨道,并在多(duo)块隔(ge)热瓦脱落以(yi)及部分(fen)结(jie)构破损的情况下,成功进行了海面软着陆。一级也在使(shi)用完毕后以(yi)比较(jiao)理想的垂直(zhi)姿态,由(you)发动机点(dian)火减速,在预定海区低(di)速溅落。两级火箭成功着陆,为后续在陆地(di)着陆和复用创造了可能性(xing)。

本次“星舰”起飞瞬(shun)间,从左下方(fang)圆点(dian)可见第一级有一台发动机未点(dian)火

相对于今年3月份进行的第三次飞行,这次SpaceX一改以(yi)往每次试(shi)飞都(dou)突飞猛进新增大量项目的套路,反而做起减法,取消(xiao)了在第三次试(shi)飞中开展了但结(jie)果(guo)不尽(jin)理想的舱门开闭和燃料(liao)转移测试(shi),将试(shi)验重(zhong)心完全放在一级和二级的回收验证上。今天(tian)是试(shi)验可以(yi)说达到了预期目的。

这或许意味着星舰项目已经到了命运攸关的节点(dian)。而对中国国家队和商业航(hang)天(tian)赛道上众多(duo)同(tong)行来(lai)说,该项目目前已经带来(lai)了足够(gou)多(duo)的经验借鉴。

星舰IFT-4发射时序(xu) 图源:SpaceX

全箭回收是星舰必须突破的关口

但技术组合(he)难度空前:前所未有+几(ji)十年未曾质变

作(zuo)为SpaceX乃至美国航(hang)天(tian)的旗舰产品、人类历史上体积和运力(li)都(dou)是最大的火箭,星舰当前被两个重(zhong)要(yao)任务所迫切(qie)需求:

1、美国派人重(zhong)返月球的阿尔忒弥斯计划,星舰是目前唯一明确的宇航(hang)员“着月”载具,同(tong)时也是整(zheng)个项目当前最关键瓶(ping)颈。任务链条上的其它环节,例如负责地(di)球–月球轨道摆渡的SLS火箭与猎户座飞船组合(he)体、宇航(hang)服等,要(yao)么已经验证可堪使(shi)用,要(yao)么相对容易(yi)研制。目前,美国载人登月时间已经从2025年左右推迟至至少2027年左右。

SLS火箭 图源:NASA

2、SpaceX下一代星链卫星组网。星链是SpaceX自有盈利项目,是公司可预见将来(lai)最主要(yao)持(chi)续现金流来(lai)源。目前,市场已经明确下一代产品必须是具备手机直(zhi)连功能的大容量卫星,单星重(zhong)量超过一吨(dun)。在SpaceX技术路径中,新一代卫星只与星舰适配。如果(guo)星舰迟迟无法投入使(shi)用,SpaceX有可能在这一轮竞赛中被雄心勃勃的中国以(yi)及美国“友商”超越。

星链图源:pixabay

以(yi)上两个项目一个关乎政治(zhi)、一个关乎财务,都(dou)是SpaceX切(qie)身利益的生命线(相比之下,马斯克画的“移民(min)火星”之类大饼可有可无)。

这两个任务,都(dou)要(yao)求星舰能够(gou)以(yi)极高密度发射(几(ji)天(tian)一次乃至高峰时一天(tian)几(ji)次),因(yin)此一级和二级箭体都(dou)必须能够(gou)快速重(zhong)复使(shi)用,方(fang)有可能完成周转。而SpaceX为这箭体回收选择的是“前所未有+几(ji)十年未曾质变”的hard模式技术方(fang)案(an)。

先说“前所未有”。两级箭体完成任务后,都(dou)将先后返回发射场,在缓慢垂直(zhi)下降(jiang)过程中“挂(gua)”在发射塔架上的筷子造型回收臂(bi)上(看起来(lai)是夹住,其实是挂(gua)住)。回收臂(bi)随后将两级箭体转移到发射台并重(zhong)新组合(he)。工作(zuo)人员检查处理箭体后,火箭再次发射。这项操作(zuo)对火箭飞行精度、发动机可靠性(xing)、地(di)面设(she)备可靠性(xing)都(dou)提出了极高要(yao)求。一旦出现意外(wai)火箭爆炸摧毁(hui)发射设(she)施,甚至会毁(hui)灭(mie)整(zheng)个任务。

以(yi)登月任务为例,星舰需要(yao)进行5-10次接力(li)加油(you),才能接力(li)为最终登月提供足够(gou)燃料(liao)。一旦发射中断(duan),登月任务只能停止。配图是星舰挂(gua)在回收臂(bi)上的情景,箭体外(wai)部的专用挂(gua)点(dian)可以(yi)承受重(zhong)量。

与“前所未有的回收方(fang)式”不同(tong),星舰二级从太空重(zhong)返大气层,用于抵抗上千度气动加热的技术,则是与几(ji)十年前航(hang)天(tian)飞机类似的隔(ge)热瓦,总计将近2万片,一片一片贴在箭体外(wai)部。马斯克本人表示,哪怕其中一块破损或者脱落,都(dou)有可能导致灾难,而此前的试(shi)飞中,火箭离地(di)时瓦片就哗啦哗啦掉落。

隔(ge)热瓦破损脱落是“星舰”面临的重(zhong)大困扰

2003年,哥伦(lun)比亚号航(hang)天(tian)飞机由(you)于隔(ge)热瓦破损而在返回途中失事,因(yin)此航(hang)天(tian)飞机大小的航(hang)天(tian)器也被认为是目前隔(ge)热瓦技术的边缘。星舰二级尺寸远大于航(hang)天(tian)飞机,而目前除了“蛮力(li)把瓦片贴牢(lao)一些”以(yi)外(wai),还(hai)暂时看不出SpaceX有本质性(xing)革(ge)新解决方(fang)案(an)。今天(tian)的试(shi)验,直(zhi)播中依然可见隔(ge)热瓦大量破损并导致翼面等结(jie)构出现破损。最后的“成功”依然有侥幸因(yin)素。估(gu)计未来(lai)SpaceX和监管(guan)方(fang)仍(reng)然“紧盯”其可靠性(xing)。

2003年2月1日,哥伦(lun)比亚号解体后碎片划空而过

读过书(shu)本《马斯克传》的朋(peng)友或许记得,马斯克是“追求极限自加压”的典型。客户、监管(guan)机构或者同(tong)事要(yao)求做到100分(fen),马斯克总会设(she)法“逼(bi)迫”团队做到120分(fen)甚至更(geng)高。星舰第四次试(shi)飞项目“缩水”好像与此背道而驰,或许说明可靠回收复用已经到了火烧眉(mei)毛的地(di)步,以(yi)至于马斯克都(dou)排除了无关试(shi)验,以(yi)便集(ji)中火力(li)解决主要(yao)矛盾。下一次试(shi)验,这点(dian)或许依旧。

星舰即(ji)便止步当前

亦具有重(zhong)大借鉴意义

“前所未有+几(ji)十年未曾质变”的星舰最终能否达到让各方(fang)彻底满意的可靠性(xing),让我(wo)们拭目以(yi)待。不过,就算星舰止步于目前状态,对于美国航(hang)天(tian)来(lai)说也已经是巨大进步,对我(wo)国也有重(zhong)大借鉴意义。

星舰证明了超重(zhong)型火箭的可行性(xing)和经济(ji)性(xing)。

如果(guo)我(wo)们不考虑回收复用,而是把星舰当作(zuo)一次性(xing)火箭,按照美国和中国通行标准,之前的第三次试(shi)飞即(ji)已满足“进入预定(亚)轨道并发出星箭分(fen)离信号“,可以(yi)算作(zuo)试(shi)验成功。据(ju)我(wo)国天(tian)仪研究(jiu)院负责人杨峰以(yi)及国外(wai)航(hang)天(tian)咨询人士测算,目前星舰单次飞行的成本应(ying)该在1.5亿美元以(yi)内,仅相当于美国航(hang)空航(hang)天(tian)局NASA抓总研制、设(she)计运力(li)只有大约(yue)2/3的另一型登月火箭SLS单次发射成本22亿美元的不到1/10;除此以(yi)外(wai),多(duo)台发动机并联(lian)、不锈钢箭体等关键技术也在通过星舰项目得到验证。

因(yin)此,即(ji)便一次性(xing)使(shi)用的星舰,也足够(gou)稳固美国全球航(hang)天(tian)运力(li)头号强国地(di)位(把单箭入轨能力(li)从100吨(dun)拉高到200吨(dun)),也为我(wo)国超重(zhong)型火箭发展提供了虚心观察、学习、理解、创新乃至超越的对象。

外(wai)国网友制作(zuo)的部分(fen)重(zhong)型火箭对比。最右侧为星舰,中间SLS Block 1是当前的SLS火箭,最左侧的是航(hang)天(tian)飞机。

星舰给科(ke)研带来(lai)了启(qi)发。哪怕短短10年前,30余台发动机并联(lian)的设(she)计由(you)于力(li)热环境过于复杂,被认为是航(hang)天(tian)工程禁区;不锈钢密度较(jiao)大,被认为不适合(he)用于制造火箭。但目前,这些禁忌都(dou)已经被星舰打(da)破。如果(guo)把范围扩大到全公司,SpaceX还(hai)把火箭回收复用、超大规模低(di)轨星座、高密度发射等以(yi)往未曾实用的产品或者做法变成现实。

事实上,其中相当一部分(fen)突破,包(bao)括我(wo)国在内的世界其它航(hang)天(tian)力(li)量也早有所认知甚至尝试(shi),例如火箭回收技术,上世纪60年代的教材即(ji)有论述;大型低(di)轨星座,我(wo)国在2018年前后就有构想甚至发射了验证星,但最终率先形成气候的,只有SpaceX一家。背后原因(yin),是企业领袖个人能力(li)?是美国航(hang)天(tian)技术存量优势?是官方(fang)与市场有机融(rong)合(he)的体制机制?还(hai)是另有其他?

星舰的研制,为我(wo)们探索航(hang)天(tian)战略(lue)、管(guan)理、技术和运营的更(geng)优路径提供了一扇观察窗(chuang)——无论该项目最终是否成功。

发布于:上海市
版权号:18172771662813
 
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