SpaceX 星舰原型再次触地爆炸,瞬间成碎片!

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Toutiao
最新回复:2021年2月3日 9点37分 PT
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三体引力波

历经 6 个月建造磨砺、6 次点火试射、FAA 暂缓审批之后,今天星舰新先锋 SN9 终于掀起滚滚红尘,步 SN8 后尘,再度演绎一场高难度航空之旅。结果触地爆炸,重蹈覆辙。

发射速览

发射时间:美中时间 2021 年 2 月 2 日 14:25(北京时间 2 月 3 日 4:25)

发射地点:德州博卡奇卡 SpaceX 星舰基地发射场 Pad B

着陆地点:德州博卡奇卡 SpaceX 星舰基地发射区着陆场

测试星舰:第二艘功能完备的全尺寸原型星舰(编号 SN9)

发动机:三台猛禽(SN49、新更换两台编号未知)

飞行时间6分 26 秒

最高飞行:~10000 米(32800 英尺)

测试目的:复制 SN8 成功之果,扭转 SN8 着陆之失。结果未能如愿。

去年 12 月 10 日,SN8 率先高飞,出乎大多数人意料,「差一点就成功」,仅在最后关头未能软着陆。马斯克给出失败原因:SN8 在最后着陆阶段,因头锥燃料舱压力不足,使得反推力不足,降速过快,导致硬着陆爆炸(马斯克技术词语 RUD)。

SpaceX 解决方案:借鉴猎鹰 9 号成熟经验,利用氦气自动增压,取代之前氧气为推进剂加压。基于 SN8、SN9 硬件设备基本同款,短期内无法做到推倒重来重大调整,所以这个短期解决方案既是权宜之计,更要实际验证才行。

结果 SN9 仍然没有足够减速,再度触地爆炸,制造一个巨大火球!软着陆梦再次幻灭,SN9 未能成功跳过 SN8 着陆失败劫。

SpaceX 首席集成工程师约翰 · 因斯普鲁克(John Insprucker)在网络直播中表示:「我们还需要在着陆方面下功夫。」

不过他补充道:「我们得到很多宝贵数据,主要目标就是验证在亚音速再入时对星舰的控制 —— 看起来非常好,我们从中获得很多。」

为何降到 10 公里?

SN9 与 SN8 飞行路径、测试难度大体相当,但飞行高度降低 2500 米,从 SN8 最高点 12.5 公里,降至 SN9 最高点 10 公里。这是为何?

在此之前,知名航天自媒体 Everyday Astronaut 就曾透露:SN9 飞行高度降至~10 公里。简单来说,测试团队希望通过降低飞行高度,降低着陆阶段下降速度,从而提高软着陆成功几率。

SN9 测试最大目标就是:复制 SN8 成功之处,突破 SN8 着陆之败。之所以降低 2500 米飞行高度,就是要调低着陆难度。SN8 由于在着陆阶段燃料舱压力不足,使得反推力不足,降速过快,从而导致硬着陆爆炸。要想让 SN9 成功着陆,除了利用氦气增压,取代之前氧气推进燃烧剂,避免重蹈 SN8 覆辙之外,测试团队还可以通过降低飞行高度,降低着陆阶段下降速度,从而提高软着陆成功几率。

我们知道,根据能量守恒定律,当物体从高空下落时,重力势能不断减小,动能不断增大,速度越快,冲击地面的力也就越大。动能定理 1/2mv1^2-1/2mv0^2=mgh,当 v0=0 时,可以简化成 v1 =2gh,这意味着:下落高度降低,下降速度越慢,冲击地面的力就越小,需要着陆反推力也就减小,从而提高软着陆成功率。

发射过程

这艘全尺寸原型星舰(Starship prototypes)采用颠覆传统航天材料的全不锈钢舰体(大部分采用 304L,少量 301),舰高 50 米,直径跨度达 9 米,这相当于波音 747 客机直径 1.5 倍。

SN9 属于 SpaceX 开发第三代原型星舰 SN 系列(第一代星虫 StarHopper、第二代 Mark 系列)第 9 款全尺寸测试飞船,序列号为 SN9,也是作为 SN8 后继者在星舰测试之路走得最远的。从去年 8 月起开建,历经 5 个月建造、60 天辗转磨砺、6 次点火试射、FAA 暂缓审批之后,终于迎来高飞时刻。

美中时间 2021 年 2 月 2 日 14:25(北京时间 2 月 3 日 4:25),位于德州最南端博卡奇卡 SpaceX 星舰基地测试发射场 B 发射台上,今天的主角 —— 原型星舰 SN9,几乎同时启动三台猛禽发动机,凭借 600 吨推力,磅礴而起,掀起滚滚红尘,天高任你飞!

接下来越飞越快,直上云霄。航天史上最强大甲烷富氧发动机 —— 三台猛禽喷射出长长的纯美尾焰,恰似为天空画上一个耀眼惊叹号!

起飞大约 111 秒,按照程序设定,第一台猛禽关闭。当起飞约两分 17 秒时,第二台猛禽也关闭,只留单台持续点火。随后飞抵最高点大约 10 公里,这比民航客机通常巡航高度还要高。

与此同时释放液氧,冷凝成大量白汽。之所以排放氧气,主要有两个原因:由于飞行过程中周围空气热量让部分液氧到达沸点,必须释放舱内压力,防止压力过大出现危险。陆续关闭发动机减少消耗液氧时,更需要释放压力,必须排放相当量的液氧;为星舰减轻重量,而且液态氧对环境无害,甲烷则不然。

SN9 越过最高点,当起飞约 4 分半,SN9 关闭最后一台猛禽。凭借自带液氮气体推进器的前后翼进行姿态调整,星舰舰体逐渐倾斜,头锥朝下,直到与地面保持水平,开始以 95% 自由落体返航下降。

这种可控性空气动力下降(形象说法:腹部拍水式俯冲),就像翼装跳伞者张开手脚那样,利用前后翼进行姿态控制(俯仰、翻转、偏航等控制)…… 这是继 SN8 之后,SN9 再度演绎史无前例的航空飞行,这一过程大约持续两分钟。

当起飞约 6 分 18 秒,在距地面大约 500 米之际,SN9 开始演绎令人咋舌的着陆翻转机动(形象说法:神龙摆尾),先后点燃两台猛禽发动机,同时自动调整前翼、后翼,使得船身最大摆幅 120 度,然后顺利旋转 90 度,让船身从水平姿态变成垂直地面。

但不幸的是,第二台猛禽未能正常持续点火,导致 SN9 仍没有足够减速。甚至飞溅出少许碎片,显然出现异常。

就在发射升空 6 分 26 秒,以大角度触地爆炸(马斯克技术词语 RUD),制造一个巨大火球!软着陆梦再次幻灭,SN9 未能成功跳过 SN8 着陆失败劫。

就在 SN9 高飞前几天,Everyday Astronaut 每日宇航员自媒体账号搞了一项民调,让参与者预估试飞结果如何,结果有接近 80% 的人相信 SN9 能够成功软着陆。显而易见,大家对 SpaceX 神团队充满信心,对星舰先锋满怀期待。尽管事与愿违。但只有对待失败的态度越理性,才可能越接近成功。

就在 SN9 爆掉不远处,SN10 不惧此情此景,依然冲天矗立,继承先驱者遗志,渴望挑战高飞,复制 SN8 成功之果,扭转 SN8 着陆之失。

未来星舰有多神?

去年第一季度最后一天,SpaceX 官方发布的《星舰用户指南 1.0 版》,让世人一窥星舰的霸气未来 ——

1

前所未有的超级运力

作为下一代超级重载太空运输系统,超重型火箭(第一级 ) + 星舰 ( 第二级 ) 这对黄金组,凭借两级运载模式就将实现前所未见、令人咋舌的超级性能。要知道,当年美苏打造的登月火箭都得三或四级模式。

星舰单次发射近地轨道 LEO 运力高达 100 吨以上,地球同步转移轨道 GTO 运力达 21 吨。最晃眼的是,利用停车轨道加油,星舰运载能力就会大幅增加,让其他发射系统望尘莫及。

无论是地球同步转移轨道,还是月球轨道、火星轨道,甚至是月球表面、火星表面,统统超过 100 吨。在此之前,这是航天界想都不敢想的超级运力。要知道,全球每年太空运量不过五六百吨。

2

盛满未来的科幻飞船

载人版星舰一次可搭载 100 人,这相当于中型客机载客量的下限。而航天飞机最多载客量只有 8 人,即将开启的载人龙飞船最多 7 人,联盟号飞船区区 3 人。而豪华款载人版星舰搭载量<100 人,更多空间用来打造「太空版豪华邮轮」,不仅内装私人舱室、大型公共区域、中央仓库和太空观景台,而且设有太阳风暴庇护所,避免太空高辐射。舒适安全两不误。

星舰绝不仅仅是一款登月飞船、火星飞船、深空飞船,而是充满未来主义的超级飞船,将来有望承载地球人变成月球人、火星人、太阳系人类的「科幻飞船」。

载人版星舰还会涉足轨道内交通,打造全球一小时点对点航班,大多数城际间飞行只需半小时,全球任意两地飞行理论上只要一小时。这是要颠覆现有运输规则的节奏,横跨航空航天两界的巨大创新。尽管这一疯狂想法早在三年前就已提出,但随着日新月异的星舰快进开发,变得越来越靠谱。

3

一次部署整个星座

如果说载人版星舰用来承载深空遨游梦想,那么货运版星舰更多用来盛满现实需求。每次高达 100 吨的太空运量,意味着什么?

这意味着:单次发射入轨的星舰能够同时携带三颗地球同步轨道卫星(GTO 运力 21 吨),或者部署一个完整的低轨道卫星星座(一次即可部署多达 440 颗星链卫星),还可以大小拼车放卫星(携带一两颗大型地球同步卫星,同时搭载小卫星共乘模式完成部署)。

另一项用途:太空快运特殊任务「太空演示飞船」,星舰提供长期跟踪式飞行或者一体化飞行。这种模式非常适合太空实验室平台、短期机动性太空天文台、绝密太空飞行任务等。某种意义上说,我们不妨把货运版星舰当成一个机动灵活的空间站。无论科研商业,还是军用国安,都会用得着。

4

太空维修回收超级平台

星舰还有一项「附加功能」:拥有完全复用的星舰可以在轨道上捕获并维修人造卫星,也可以返回地球,或者转移至一个新的运行轨道。

这意味着:星舰可以变身充当一艘穿梭于天地间、各个轨道间的太空维修、回收卫星的超级平台。相比之下,前段时间诺斯罗普 · 格鲁曼创造的首颗太空救援卫星成功对接目标卫星,就不算什么了。甚至当年航天飞机维修哈勃太空望远镜也不算什么。毕竟,运力有限只能采取多趟运输多次维修的路子。

要知道,加满油的星舰有能力穿梭于各个轨道间,连人带设备地进行太空捕获、维修、带回各种航天器。这恐怕是美国宇航局、美国太空军、美国国侦局等最想要的太空神器!

5

打造全球化太空港

星舰指南透露,SpaceX 初期为星舰建造两个发射场:佛罗里达州肯尼迪航天中心、德克萨斯州博卡奇卡星舰基地。这对于超级太空重载运输系统来说,两个或者两个以上发射场是必要的。

作为美国黄金发射位的肯尼迪航天中心 39A,SpaceX 正在加紧改造,为未来发射星舰打造基础设施(包括新型发射台、推进剂存储罐、着陆平台、运输通道等等)。

按计划肯尼迪航天中心 39A 将成为星舰承担政府部门任务的主发射场,主要客户包括 NASA、五角大楼等。德州博卡奇卡星舰基地目前作为建造测试基地,未来还会扩建成为星舰纯商业太空任务的主发射场,包括近地轨道太空游、深空游、登月之旅、火星之旅的起始点。

未来 SpaceX 发射基地不再局限于美国本土四个发射场,而是触及各大洲、部署各大洋,遍布全球化的太空港,可能每天都有数班环球航班起降,每天都有往返穿梭于地球空间站、月球空间站、火星空间站、月球基地、火星基地之间的星舰舰队 ……

星舰演化超简史

最近几年,SpaceX 一直飞奔在新火箭新飞船研发的路上,又是 ITS 星际运输系统,又是 FH 重鹰,又是 BFR 大猎鹰,又是迷你版 BFR,又是 Starship 星舰,又是 SH 超重型 …… 它们之间到底啥关系?如何一步步演化的?一笔 SpaceX 箭船开发变形记,就是一部星舰演化超简史,一目了然 ——

2011 年,马斯克公布重鹰开发计划。

2016 年之前,火箭 + 飞船系统被称为火星殖民运输系统 MCT。

2016 年 9 月,更名为星际运输系统 ITS。

2017 年 7 月,改成大猎鹰箭船系统 BFR。

2018 年 11 月 5 日,提出迷你版 BFR。

2018 年 11 月 20 日,弃用 BFR,推出超重型火箭 + 星舰飞船组合,Super Heavy Starship System(缩写 SHS),常常简称为 Starship 星舰系统。

2019 年 1 月,建成第一代原型星舰:跳虫 / 星虫(StarHopper)。后遭遇强风损坏。

2019 年 4 月,没有头锥的星虫多次点火,两次系绳小跳跃。

2019 年 5 月,德州佛州双线竞合模式开造第二代原型星舰(全尺寸测试飞船)。

2019 年 7 月 26 日,星虫(昵称水塔 water tower)首次不系绳跳跃,飞行高度约 20 米。同时意味着全球首款全流程分级燃烧循环发动机猛禽,首次试飞。

▲ 2019 年 8 月 28 日,星虫最后一跳、也是最大尺度跳跃,飞行高度 150 米,飞行时间 57 秒。之后测试由第二代原型星舰 Mark 取代。

2019 年 9 月~12 月,SpaceX 开外挂模式快速打造四艘原型星舰 Mark1~Mark4。

2019 年 11 月,首次进行燃料罐压力测试,加注液氮导致 Mark1 爆裂。弃用 Mark1,改用 Mark3 测试。

2019 年 11 月,SpaceX 首次进行燃料舱加压测试,加注低温液氮导致 Mark1 爆裂,成为测试壮烈的第一艘原型星舰。改用 Mark3 测试。

2019 年 12 月 28 日,Mark3 更名为 SN1。从 Mark 系列切换至 SN 系列,即第三代原型星舰 SN 阶段,开启高密集测试模式。

2020 年 2 月 28 日,原型星舰 SN1 加注液氮时整体爆裂。由于不锈钢焊接问题所致。这是测试壮烈的第二艘星舰(SN1)。

2020 年 4 月 2 日,原型星舰 SN3 加注液氮测试时舱体扭曲崩溃,由于气阀在超低温加压时泄漏。这是壮烈的第三艘星舰(SN3)。

2020 年 4 月,原型星舰 SN4 成功闯过超低温压力测试,成为首个通过低温加压测试的全尺寸原型星舰。

2020 年 5 月 28 日,美国联邦航空管理局商业太空运输办公室颁发为期两年的发射许可证,允许从博卡奇卡基地执行亚轨道飞行发射。

2020 年 5 月 29 日,SN4 第 5 次静态点火后突发爆炸,成为壮烈的第四艘星舰(SN4)。

2020 年 6 月 23 日,壮烈第五艘星舰 SN7。

▲ 2020 年 8 月 4 日,SN5 首次 150 米试飞。

▲ 2020 年 9 月 4 日,SN6 成功复制 SN5 低空飞(150 米)。

2020 年 9 月 23 日,壮烈第六艘星舰 SN7.1。

2020 年 10 月 20 日、11 月 10 日、12 日,SN8 三次静态点火测试。

▲ 2020 年 12 月 8 日,SN8 首次高空试飞(最高点 12500 米)最终触地壮烈。

2021 年 1 月 14 日 SN9 三小时三次试射。

2021 年 1 月 22 日 SN9 两次试射。

2021 年 1 月底至 2 月初,FAA 迟迟未批 SN9 发射许可。

▲ 2021 年 2 月 3 日,SN9 演绎高飞全过程(最高点 10000 米),未能软着陆。

NET2021 年,计划全尺寸原型星舰首次轨道级试飞

NET2021 年,计划原型星舰与超重型火箭合演轨道级试飞

NET2021 年~2022 年,1.0 版星舰首次试飞

NET2022 年,计划货运版星舰首飞火星

NET2023 年,计划载人版星舰首次环月之旅

NET2024 年,乐观预计载人版星舰首次火星试飞

NET2024 年起,计划登月版星舰承运 NASA 载人登月任务

NET2026 年,计划载人版星舰首次火星之旅

……

r
revesby
1 楼
五毛们高潮迭起
D
DoctorXI
2 楼
记得SpaceX以前回收火箭失败很多次,毛毛们幸灾乐祸得不得了,等人家成功并稳定了就改口回收火箭没啥用,结果后来中国也跟着搞。其实做实验嘛,成功率能有10%就不错了。
D
DoctorXI
3 楼
由于荷载众多,路途遥远且复杂。最终飞向火星的飞船可能需要在轨道上补充上百吨的燃料,包括液氧和甲烷。公司预估,将这些燃料从地面送上地球轨道就需要 5 艘 Starship 飞船。在实现这一方案的过程中,在地球轨道上进行“空中加油”的技术属于必不可少的一环。
p
pltc63
4 楼
看来还是没有把英国的垂直起降技术学到手
t
theriver1
5 楼
私营公司之所以能在太空竞赛中胜过国家队,最主要的原因之一就是它们忍受失败和从失败中吸取教训的能力远胜国家队。星舰原型一次次爆炸,若是国家队的,在政府官员的眼里就是自己的官位岌岌可危,而若是私营公司的,在投资者眼里,就是马大神正在全力以赴攻克难关,就是人类首先殖民火星的伟大梦想更加接近现实。 本人5年前在文学城曾经预言马斯克一定会在与美国政府的火星登陆战中最终胜出,这个预言至今未变。
老農夫
6 楼
一大堆兲朝的所謂航天專家又翅起屁股等天亮,捥空心思想盡辦法看怎麼可以 偷 一些數據回來,自己可以少花一些時間搞研究。
t
theriver1
7 楼
pltc63 发表评论于 2021-02-03 00:23:29 看来还是没有把英国的垂直起降技术学到手 ---------------------- 垂直起降技术啥时候成了英国人的专利啦?垂直起降技术明明是美国人的专利好吗!美国的康维尔(Convair)公司的XFY-1型飞机早在1954年就成功实现了人类首次垂直起飞,美国瑞安(Ryan)公司的X-13型也在1955年成了人类第二个能够垂直起飞的飞机。相比之下,首先用于军事的英国“鹞式”战斗机是在1957年才开始研制,1966年才研发出来。
土木匠
8 楼
五毛尚未发声,一群丧家犬倒是挺兴奋的。
百家争鸣2012
9 楼
看看马斯克还有多少财力炸几次,私人公司没有国家的力量,玩的次数有限。希望他能够在财力枯竭前能够成功。
b
bone-headed
10 楼
楼下说民间企业能击败国家队的,你不是扯淡的问题,你是压根没进入现代文明社会的思维。你还停留在猴那个时代,拳头大的是哥哥是你的逻辑。 你多余来西方文明社会。
电脑低手
11 楼
学术界的实证研究说明民间企业在涉及探险这样高风险的项目中所取得的成果远高于政府组织,而所付的成本与生命代价却远低于政府组织的。楼下的一些人可以尽量多读点书再发言,效果可能好一些。
a
apsus
12 楼
首先,NASA和SpaceX是客户和承包商的关系,是合作关系不是竞争关系。 NASA本身并不希望投入太多精力在运载火箭本身,更倾向交给各个不同的承包商完成。因为各种原因,传统承包商(非SpaceX/BlueOrigin/...)的庞大团队需要保留,所以才有“NASA还在造运载火箭”这种错觉。 NASA在重新登月(和火星)的计划上是两条腿走路,一方面继续依赖传统承包商,另一方面是SpaceX等新兴势力。前者技术成熟,但效率低下,基本是作为保底选项。后者很不幸的除了中小型运载火箭很成功之外,基本是忽悠。Super Heavy连影子都没见到就嚷嚷几年内登录火星。NASA可不傻。
深不可测
13 楼
失败是成功之母
X
XYZ94538
14 楼
NASA养着SpaceX,没有NASA的订单,SpaceX一天都活不下去、怎么看也不像私人公司。
15 楼
楼下的毒轮运们真是以小人之心度君子之腹。问问你们自己,如果是中国出事了,你们的欢呼雀跃程度。毒轮运们永远是一群卢瑟。
a
apache2000
16 楼
中国的民营火箭摔了之,接着美国的民营火箭也摔,双摔。 航天事业是人类的伟大事业,既使有失败,它也依然伟大。只有丧家犬在衰叫。
大荣确
17 楼
这次明显有一台发动机在水平改垂直时点火异常,结果姿态没有调整过来导致大倾角触地坠毁。最后阶段看来还不如上次SN8。之前估计SN9能改好看来是太乐观了,可能得再搞几个来回才行。总体路子应该是对的。SN10挨着那么近貌似没有受到破坏,也可见SpaceX在控制上的功力。这种史无前例的创新,失败若干次是正常的,应该继续采取鼓励和支持的态度。