當?shù)貢r間 11 月 15 日,美國聯(lián)邦航空管理局(FAA)表示,已向太空探索科技公司(SpaceX)頒發(fā)了許可證,允許該公司“星艦”超重型運載火箭的第二次發(fā)射。
SpaceX同時宣布,計劃于當?shù)貢r間 11 月 17 日,進行“星艦”的第二次發(fā)射,發(fā)射窗口將于美國中部時間上午 7 點(北京時間 21 點)開始,持續(xù)兩個小時,當?shù)鼐用窨赡軙诨鸺者^程中聽到巨大的噪音。
當大家都滿懷期待時,根據(jù)SpaceX創(chuàng)始人埃隆·馬斯克今天稍早在X上發(fā)布的消息,該公司計劃于當?shù)貢r間 11 月 18 日,進行“星艦”的第二次發(fā)射。
“星艦”被推遲至 18 日發(fā)射,原因是需要更換格柵翅片執(zhí)行器(grid fin actuator)。
早在 2023 年 4 月 20 日,SpaceX的星艦,曾嘗試挑戰(zhàn)首次入軌級測試。按照計劃,此次飛行最大軌道高度超過 200 千米,史上最強運力火箭將正式登上航天舞臺。
不幸的是,發(fā)射幾分鐘后,星艦在空中逐漸失去控制,隨后解體爆炸。通過事后的記錄視頻可明顯看出,并聯(lián)的發(fā)動機連續(xù)出現(xiàn)了異常關(guān)機,最終導致星艦失去穩(wěn)定、劇烈爆炸。
星艦共有33臺猛禽發(fā)動機。圖為上一次發(fā)射時,艦體爆炸前發(fā)動機的工作情況。圖片來源:SpaceX
經(jīng)過幾個月的蟄伏,改進后的星艦有望在明天再次嘗試入軌級軌道飛行。如果這次飛行能夠成功,星艦能否開啟航天新紀元?
航天史新紀錄
相比此前的各種飛“船”,星艦的確大到了可以用“艦”來形容。
單看賬面指標,星艦整體高達 120 米,直徑 9 米,總重 5000 噸,起飛推力達到 7500 噸,已經(jīng)遠超傳奇登月火箭土星五號和正在服役的登月火箭太空發(fā)射系統(tǒng)。
測試中的星艦,圖中的塔架高度相當于60層高的樓。圖片來源:spaceflight
從運載能力方面來看,它可以運輸 150 噸載荷到近地軌道,如果不考慮回收復用,可達 250~300 噸。
此外,星艦還可執(zhí)行百噸級地球同步轉(zhuǎn)移軌道、地月轉(zhuǎn)移軌道和地火轉(zhuǎn)移軌道任務,是個多面手。在完成載人任務時,星艦最多可容納 100 名宇航員工作生活,也大幅超過了普通載人飛船的 3~6 人。
基于 SpaceX 的猛禽系列發(fā)動機和火箭回收復用技術(shù),星艦再進一步,可實現(xiàn)全箭復用,是航天史上首創(chuàng)。
結(jié)合廉價的不銹鋼主體結(jié)構(gòu)、更易獲取的液氧甲烷推進劑、相對簡單的發(fā)射塔架,星艦的單次發(fā)射成本有望低于普通火箭。
按照馬斯克的說法,未來目標是把平均發(fā)射成本壓縮到 100 萬美元。這意味著貨運為單價 10 美元/千克,客運單價為 1 萬美元/人。
目前的國際航天貨運和客運報價約為 1 萬美元/千克和 8000 萬美元/人。對比來看,如果馬斯克能實現(xiàn)他的豪言壯語,星艦的價格優(yōu)勢將非常驚人。
早在此前的 SN10 測試任務中,星艦已初步驗證了回收著陸技術(shù)。圖片來源:SpaceX
星艦的設(shè)計理念基本顛覆了傳統(tǒng)的載人航天任務執(zhí)行方式。在與重型火箭一級分離后,裝有 6 臺猛禽發(fā)動機的星艦依然擁有很強的自主飛行和變軌能力。
猛禽發(fā)動機也是世界上首款實用化的液氧甲烷火箭發(fā)動機,從技術(shù)上看也是首款全流量分級燃燒火箭發(fā)動機,在變推力控制方面有著較大靈活度。
在返回地球表面時,星艦將通過這些可變推力發(fā)動機精準控制垂直降落過程,最終落回發(fā)射塔架,被大型機械臂夾住或降落于地面。這基本擺脫了傳統(tǒng)飛船對于氣動減速的依賴,也不再需要龐大的降落傘系統(tǒng)。在經(jīng)過簡單改進后,星艦可用于月球著陸和火星著陸,通用性極強。
綜合看來,星艦是航天領(lǐng)域內(nèi)的一個新的“物種”,在很多方面實現(xiàn)了顛覆性的創(chuàng)新,達到了新的高度,對于整個人類航天事業(yè)都有很大的啟發(fā)作用。
應用潛力廣闊
正因較強的著陸能力,在美國宇航局(NASA)正推進的“阿耳忒彌斯”重返月球計劃中,星艦拿到了至關(guān)重要的載人登陸月球合同。
按照設(shè)計,星艦的 HLS 版本將會在深空中與月球空間站(或獵戶座飛船)分離,攜帶宇航員和大量科研設(shè)備登陸月球表面,再從月球表面起飛返回,成為空間站與月球表面的定期“航班”。
設(shè)計的星艦 HLS 版本的往返月球總重達到 100 噸,遠超 NASA 提出的 1~2 噸級別,更多的運力空間將會大幅提升宇航員在月表執(zhí)行任務的復雜性,有助于更全面、更深入地開發(fā)利用月球。
星艦的HLS版本,將會是“重返月球”的關(guān)鍵一步。圖片來源:NASA
在馬斯克一直提到的“移民火星”夢想中,星艦也是決定成敗的核心運載工具。
按照這個瘋狂的想法,廉價的星艦配合近地軌道執(zhí)行推進劑補加任務的“油艦”,將逐批次運送物資到火星著陸,日積月累后最終達到百萬噸物資級別,足夠維持小型社群的可循環(huán)生活。
如果再輔以火星原位資源開發(fā)技術(shù),逐漸改造火星并非奢談。火星著陸技術(shù),一直是這一切的最大掣肘。星艦若能成功測試,意味著馬斯克離這個夢想走了不小的“一大步”。
當然,從設(shè)計方面,目前版本的星艦還是以服務于近地空間為首要目標。
從科學研究方面來看,一個有很大尺寸和運輸能力的運載器具,將對天文觀測和行星探索等任務有顛覆性改變,且低廉的發(fā)射價格將讓科學家把有限的預算集中于研發(fā)科研載荷。
例如,星艦可搭載超大尺寸空間望遠鏡升空,遠超此前。對于木星、土星等遙遠星球的探索,無論是星艦“空中加油”,還是星艦運輸一個獨立上面級的方式,都有助于大幅增加探測器的質(zhì)量預算,從而攜帶更多先進儀器深入探索這些神秘的行星,揭開太陽系的面紗。
未來星艦的常態(tài)化發(fā)射模擬效果圖。圖片來源:SpaceX
而以測試目標來看,星艦成為地球上“洲際運輸系統(tǒng)”的理念可行性也很大。
按照測試計劃,星艦組合體從美國南部的博卡奇卡起飛,在 172 秒后完成使命的火箭一級與星艦分離后返回并著陸,星艦開始自主飛行,最遠距離地表約 250 千米,在測試完一系列技術(shù),約 75 分鐘后在夏威夷附近海域開始受控再入,全程約 90 分鐘。
如果把這次旅程想象成一架民航客機,效果如下:改裝后的可乘坐 200—300 名乘客的洲際客運版本星艦,可在兩小時內(nèi)完成到地球任一地點的飛行,如果機票價格控制在 1—2 萬美元,附帶一次地外失重俯瞰地球之旅,相信這個特殊的“民航客運”市場將會吸引眾多消費者體驗。
總體而言,低價格、強運力、適用性是星艦的三大核心競爭力,有望在多個航天領(lǐng)域改變游戲規(guī)則。
“炸”出來的火箭
星艦的研發(fā)并非一切順利,一大特色就是“炸”。由于絕大部分是自籌經(jīng)費, SpaceX 并沒有太多討好投資人的壓力,基本是邊極限測試邊快速迭代的研發(fā)理念。從一開始,很多研發(fā)條件就基于這個邏輯建立。
星艦的測試環(huán)境和場地遠不是傳統(tǒng)航天研發(fā)留給大眾的高精尖印象。圖片來源:SpaceX
例如,測試場地選擇了美國南部得克薩斯州的博卡奇卡海灘,這里基本是一片荒蕪,員工吃飯都要從半小時車程外的小鎮(zhèn)訂餐。星艦的簡陋組裝車間、發(fā)射塔架和保障系統(tǒng),就在這個便宜又荒涼的地方開展。已經(jīng)建造完畢的星艦,也被直接拉出去暴露于室外,節(jié)省了不少倉儲的成本。
很多測試注定是要把火箭測試到爆炸,星艦因而廣泛采用了相對廉價的不銹鋼材料建造,批量生產(chǎn)的猛禽系列發(fā)動機價格低至 25 萬美元,SpaceX 還研發(fā)了更廉價但性能更好的隔熱瓦,總體上大幅節(jié)約了星艦的建造成本。再開個玩笑,不斷炸掉老版本,也節(jié)省了不少維護和儲存費用。
在這種邏輯下,SpaceX 從星艦最早的星蟲版本,共計炸掉或退役了 32 個測試原型機,甚至曾經(jīng)首飛測試的星艦也僅是一個編號“SN24”,已經(jīng)炸掉。
與它相近的版本“SN25”已完成了各種測試,“SN26”和“SN27”也建造完畢,進入測試流程,后續(xù)的各測試版本也在設(shè)計迭代中。因而,飛行測試的爆炸并不意味著星艦的研發(fā)到此結(jié)束,還會有更多“爆炸”在路上。
星艦,很有可能開啟航天領(lǐng)域的新紀元,未來人類航天會走向何方,我們?nèi)詴媚恳源?span style="display:none">aw528資訊網(wǎng)——每日最新資訊28at.com
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出品丨科普中國
作者丨太空精釀 科普作者
監(jiān)制丨中國科普博覽
責編丨一諾
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