马斯克的星舰又炸了,但有两个好消息

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马斯克的星舰,第二次试飞终于来了!

短暂的叫停之后,倒计时恢复,众人的欢呼声中,装有 33 个猛禽发动机的助推器带着航天器升空,点火时发出巨大的轰鸣,火焰明亮,上升时的轨迹笔直而瑰丽。

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当时间来到 2 分 50 秒左右,一二级成功分离,但随后一级爆炸成一团火球,没能按计划受控在海上溅落。

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一二级分离

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一级爆炸

二级继续飞行一段时间后,SpaceX 表示无法接收二级的数据,直播叫停,不久二级也在海湾上空自毁。

4 月 20 日首飞时,马斯克说成功率在 50%,甚至没炸毁发射台就值得庆幸。

7 个月后,马斯克更有信心,认为第二飞成功入轨的可能性约在 60%,但他仍然建议不要期望过高,完成“级分离”也是一场胜利。

抵达终点固然圆满,但完成阶段性目标也值得庆祝,这次试飞完全达成了马斯克的愿景。

SpaceX 在直播中表示:“我们获得了如此多的数据,这些数据都将帮助我们改进下一次飞行。”

墨西哥湾海岸,德克萨斯州博卡奇卡的发射场,再次响起了欢呼声,通过屏幕传到世界各地。正如马斯克在 X 所写:

LETS GO!Huge for humanity. 我们走吧!对人类来说是伟大的。

站在首飞的肩膀上,但同样是场大冒险

星舰迈过了它的生死一线。

为什么这么说?星舰主要由两部分组成:

顶部配备 6 台猛禽发动机的“星舰航天器”,火箭系统的第二级;

底部配备 33 台猛禽发动机的“超重型助推器”,火箭系统的第一级。

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第二飞最紧张的时刻,就在于升空后的 2 分 41 秒,按照计划进行一二级分级的时间。

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第二飞时间线

首飞时,星舰已经出现过级分离故障。按照当时的计划,2 分 30 秒左右助推器关机,然后一二级进行分离,但火箭不断翻滚,到第 3 分钟时也未能分离。

和首飞不同,这次 SpaceX 重新设计了一二级分离系统,首次尝试“热分离”,当航天器还未与助推器分离时就启动发动机,而不是分离后点火。

因为从未实战检验,马斯克称其为第二飞中“最危险的部分”,可能导致助推器爆炸。这也是为什么,星舰的两级之间增加了通风口和隔热罩,以排出过热废气。

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第二飞增加的隔热罩

冒险是值得的,如果攻克了这关,那么星舰就有很大的可能进入轨道。马斯克表示,热分离产生了微小但重要的推力,可以增加约 10% 的有效载荷。

在主持人和观众的屏息期待中,第二飞的热分离成功了,这是本次发射的第一个好消息,但一二级随后都没能按计划溅落和飞行。

除了级分离,第二飞相比首飞,还有大大小小的 1000 多项改进。

首先是助推器。首飞的失败从一开始就有预兆,助推器的 3 台发动机没能点火,2 台发动机在途中故障,还有 1 台时好时坏。

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首飞时多台发动机不正常

SpaceX 后来解释,在上升过程中,助推器的燃料泄漏导致起火,也因此切断了与主飞行计算机的连接,大多数助推器发动机失去通信,造成了设备的失控。

所以第二飞之前,SpaceX 给助推器的组件增加了更多防护,包括扩展灭火系统。

本次发射的第二个好消息便是,第二飞的发动机全部正常点火。不过,在一二级分离时,有几个发动机过早关闭。

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第二飞的发动机稳定发挥

另外,为了让发动机更可靠,SpaceX 还为助推器的发动机设计了新型电子推力矢量控制系统,采用全电动马达,潜在故障点更少,并且比传统液压系统更加节能。

其次是 自毁系统。首飞时,星舰失控地翻滚了一段时间才爆炸,说明星舰的自毁系统“AFSS”没能及时发挥作用,这次 SpaceX 也改善了 AFSS,以备“壮士断腕”的不时之需。

再者是 发射台。首飞时,星舰在发射台炸出了巨大的弹坑,混凝土等碎片散落在约 156 万平方米的土地,还引起了州立公园的火灾,激怒了当地的环保组织。

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首飞后的发射台

问题出在没有安装火焰偏转器,它通常建在发射台下方,将火焰引导到数百米外。

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第二飞增加的水冷系统

所以第二飞之前,SpaceX 用混凝土加固了发射台,并在发射台增加了水冷系统,它被马斯克形象地称为“巨大的倒置淋浴喷头”,向上喷水以抵消助推器产生的大量热量。

从首飞和第二飞的差别可以看出,星舰试飞是个“渐进式创新”的过程。

发动机更可靠了吗?热分离能实现吗?发射台能不炸出个大坑吗?如果能一口气跑到终点,那自然再好不过,但再次起跑前,SpaceX 先试着订正了错题,而且答得还不错。

人类史上的最强火箭,星辰大海的漫长征途

举世瞩目的星舰,是 SpaceX 押注的下一代可完全重复使用重型运载火箭,在设计理念上很激进,通体散发着马斯克本人的技术派弧光。

星舰是人类史上体积最大、推力最强的运载火箭,高度约 120 米,当前的推力约为 NASA 土星五号火箭的两倍。后者在 20 世纪六七十年代将阿波罗计划的宇航员送上月球,被认为是人类史上最成功的火箭之一。

同时,星舰也是第一个被设计为可完全重复使用的火箭,为的是降低进入太空的成本,最终实现航天飞行商业化。马斯克认为,这是实现火星移民所需的关键技术突破。

想要可重复使用,如何回收是一个关键。然而,第二飞也不打算在发射场回收箭体,一二级都是溅落海中。

我们依然只能在模拟画面中,看到发射塔的“筷子”如何丝滑地捕获从天而降的助推器。

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从发射场回收的模拟画面

首飞和第二飞,主要都是为了证明星舰的入轨飞行能力,衡量它的性能如何、是否可靠。第二飞的计划和首飞基本相同,不需要进行完整的轨道飞行。

按照第二飞的原定计划,升空后 2 分 41 秒左右,星舰的一二级热分离。升空后 7 分钟左右,助推器落入墨西哥湾。

然后,航天器继续向上和向东飞行,达到接近轨道速度的最高速度,几乎绕地球一圈,然后溅落在夏威夷附近的太平洋,全程持续约 90 分钟。

入轨试飞成功之后,SpaceX 才能开始测试更为复杂的星舰任务,包括在轨加注、发射星链卫星等,为更加遥远和复杂的深空任务做准备。

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火星旅程中途需要在轨加注

2021 年,SpaceX 打败蓝色起源等竞争对手,赢得 NASA“阿尔忒弥斯”任务价值数十亿美元的合同,负责打造基于星舰的载人登月舱。人命关天,必然慎之又慎。近日,NASA 表示,星舰载人登月舱任务需要近 20 次发射。

最终,SpaceX 希望将星舰打造成下一代、完全可重复使用的星际飞船。

也就是说,星舰廉价、安全和迅速地重复投入使用,将人员和货物运送到地球轨道,帮助人类重返月球,并最终前往火星及更远的地方。

其中反复试验和迭代的艰难险阻,可能难以和外人道,不存在“毕其功于一役”的爽文。

实践出真知,炸出个未来

马斯克于 2002 年创立了 SpaceX。创新、高调、快速、可持续性 …… 马斯克本人创业时的风格,深入影响着 SpaceX 的价值观。

实践出真知,炸出个未来,这就是 SpaceX 自己引以为傲的创新方式:

快速迭代开发,是 SpaceX 所有重大创新进步的基础,包括猎鹰、龙飞船和星链。     

众所周知,SpaceX 习惯了屡战屡败、屡败屡战,不怕向外界暴露问题和技术漏洞,真刀真枪地炸过不少“大烟花”。

2020 年 12 月到 2021 年 5 月,星舰二级的原型机,进行了一系列的亚轨道高空试飞,5 射 4 炸。

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星舰 SN8 落地速度过快导致炸毁

直到星舰 SN15,“神龙摆尾”后平稳落地,虽然燃起了小股火焰,但很快就被扑灭,星舰二级的原型机才成功实现软着陆。

今年 4 月 20 日的入轨首飞,装好一二级的星舰“完全体”,终于在轨道级发射台起飞,引起一片欢呼,实现了不炸掉发射台的“小目标”,但升空 4 分钟后解体爆炸。

不得不说马斯克拥有一颗大心脏:

如果你每次都看我们的发射视频,会发现我们已经炸毁了好几个原型机了。     

除了爆炸造成的“损兵折将”,SpaceX 也会经常推翻之前的火箭设计方案,被直接废弃和拆毁的原型机数不胜数。

与此同时,SpaceX 十分重视成本控制,将不锈钢作为主要结构材料,采用了批量化生产的模式,即使第二艘星舰也不能进入轨道,还有更多飞船原地待命。

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它们都可以是星舰

SpaceX 坚持认为,真实环境的事故是收集数据最快、最有效的方式。快速设计、炸掉、升级原型机,比模拟和地面测试更好。相比之下,NASA 更喜欢缓慢、有条不紊地测试。

第二飞,就完全验证了 SpaceX 的理论。

终点似乎就在那里,但谁也不知何时能够跨过。尘埃落定之前的探索,往往不是完全成功,也不是彻底失败,最有可能介于两者之间,但离目标又近了一点点。

虽然前方依然艰难,但或许就在正确道路上。     
    

人类在群星间穿越的梦想,从来不会停止。

本文来自微信公众号:爱范儿(ID:ifanr),作者:张成晨

原文链接:https://www.huxiu.com/article/2317227.html

正文完
 
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