天天看點

全面解析SpaceX星艦二次試射:技術背後的前三分鐘秘密揭秘!

作者:彭來講話

近期的消息顯示,著名企業家埃隆·馬斯克旗下的火箭公司SpaceX将進行其星艦系統的第二次試飛。然而,在進行這次試飛之前,他們必須解決多個緊迫問題,比如得克薩斯州更新後的發射台是否能夠承受住火箭發射的巨大推力,以及火箭上的猛禽發動機是否比4月份首次試飛時更可靠,還有超重型助推器與上級星艦安全分離的問題。這些問題的答案将直接反映出SpaceX在星艦更新過程中取得的進展有多快。

全面解析SpaceX星艦二次試射:技術背後的前三分鐘秘密揭秘!

星艦系統主要由同名飛船和超重型運載火箭兩部分組成。如果這次的二次試射成功,星艦接下來将進行一項關鍵任務——發射星鍊網際網路衛星,此舉将大幅提升網絡與消費者手機的直連能力。同時,SpaceX還需要為美國宇航局(NASA)測試星艦飛往月球的在軌加油能力。工程師們希望能夠回收星艦系統的巨大助推器和飛船,這是使星艦系統完全可重複使用的關鍵一步。不過,在實作這一目标之前,首先星艦需要能夠穩穩地進入太空。在4月20日首次試飛時,星艦并未能成功進入太空,不過SpaceX團隊從此次任務中獲得了大量的經驗教訓。工程師們意識到,他們需要加強發射底座的穩固性,因為超重型助推器猛禽發動機産生的1500萬磅推力對其造成了巨大的沖擊。這次,SpaceX希望能夠避免這樣的問題的再次發生。

在4月份的試飛中,超重型助推器的33台猛禽發動機中有6台在升空前或飛行中發生了故障。助推器發動機艙的推進劑洩漏和起火問題最終迫使SpaceX切斷了與火箭主要飛行計算機的連接配接,導緻火箭在飛行兩分鐘後失去了控制。而在這次的二次試飛中,SpaceX已對這些問題進行了改進和修正。

那麼,SpaceX需要證明什麼呢?

全面解析SpaceX星艦二次試射:技術背後的前三分鐘秘密揭秘!

預計二次試飛最早将在下周展開,地點設在得克薩斯州布朗斯維爾附近的SpaceX發射基地。目前,唯一阻礙發射的事情是聯邦航空管理局(FAA)和美國魚類和野生動物管理局(USFWS)的環境審查。一旦審查完成(預計将在本周),SpaceX将獲得FAA的發射許可證。随後,技術人員将在星艦上安裝飛行終止系統,該系統将在星艦偏離軌道時自動啟動,用于確定安全。

接下來,SpaceX将把星艦的飛船部分組裝在超重型助推器的頂部,以組成高度超過120米的完整星艦,這将是目前為止人類建造的最大火箭系統。發射當天,SpaceX團隊将向這枚兩級火箭注入超過1000萬磅的甲烷和液氧燃料。

發射時間将到來。如果一切順利,計算機将發出指令,點燃助推器底部的33台猛禽發動機。在最後一次檢查後,自動倒計時程式将發出允許發射的綠燈。SpaceX創始人兼首席執行官埃隆·馬斯克在4月20日發射前表示,成功試飛意味着火箭不會在發射台爆炸。而這次,SpaceX更希望能夠走得更遠一些。理想情況下,星艦将進入太空,全程飛行90分鐘,繞地球飛行一圈,最後濺落在夏威夷西北的太平洋中。

全面解析SpaceX星艦二次試射:技術背後的前三分鐘秘密揭秘!

前三分鐘的飛行将是最為關鍵的一步。如果試飛成功,将意味着SpaceX已經解決了4月份試飛中導緻發動機艙燃油洩漏和起火的問題。這也可能意味着SpaceX已經提高了猛禽發動機的可靠性,并且新型電動推力矢量控制裝置在飛行中的表現非常出色,該裝置可用于使猛禽發動機保持平衡或旋轉以便調整飛行方向。

在超過音速的加速階段後,超重型助推器将把星艦加速到幾倍音速的高速。發射約兩分三十九秒後,助推器将準備與星艦上級分離。在這次試射中,SpaceX将進行對所謂的“熱分離”技術的測試。

熱分離技術有一定的風險,但SpaceX的工程師們認為他們已經減少了這種風險。馬斯克表示:“顯然,熱分離過程中可能導緻助推器爆炸,是以我們必須保護助推器頂部不受上級發動機的高溫燒毀。我們的設計改變使星艦火箭的有效載荷能力提高了大約10%,目前在近地軌道上的有效載荷已經超過100噸。”為了增加助推器的防護,工程師們在不鏽鋼助推器的頂部增加了防護罩,以保護其免受發動機爆炸的影響。

全面解析SpaceX星艦二次試射:技術背後的前三分鐘秘密揭秘!

一旦星艦完全投入使用,SpaceX希望多次回收和重複使用助推器,是以減少級間分離造成的損害非常重要。此外,SpaceX在超重型助推器和星艦飛船的上層之間增加了金屬排氣環,該新元件能夠讓上層發動機的過熱廢氣從兩級之間的封閉空間中逸出。馬斯克表示,熱分離是自4月份試飛以來對其星艦系統進行的1000多次調整、更新和改進之一。在星艦的二次試飛中,新改進的猛禽2發動機将得到應用,這些發動機與4月份試飛時相似。而SpaceX目前也在緻力于猛禽3發動機的更新設計,以解決可靠性問題。

SpaceX加強了助推器上33個猛禽發動機周圍的防護,以保護它們不受附近發動機爆炸的影響。這一舉措的目的是減少風險,防止一個引擎的故障導緻其他引擎失效。未來的猛禽發動機将采用改進的燃料管道設計,以減少洩漏路徑。而在星艦的二次試飛中,技術人員試圖通過擰緊燃料管道上的螺栓來解決這個問題。

負責執行星艦二次試飛任務的超重型助推器被命名為Booster 9,它配備了擴充的滅火系統,以減少發動機艙起火的風險。

全面解析SpaceX星艦二次試射:技術背後的前三分鐘秘密揭秘!

馬斯克稱熱分離是星艦第二次發射中最為危險的部分。上個月,他在國際宇航大會上表示:“如果星艦在分離階段發動機點火後不會自爆,那麼我認為我們進入軌道的機會就很大。”

星艦上的上級部分裝載着六個猛禽發動機,其中三個噴嘴尺寸更大,專用于在太空真空中點火,而另外三個則适用于在大氣層中飛行。SpaceX此前從未在太空中點火啟動過猛禽發動機,是以高層管理人員正急切地期待着星艦上級的表現。如果一切順利,星艦将在飛越墨西哥灣、駛向佛羅裡達海峽的過程中點燃其上級發動機,持續近6分鐘。

與此同時,超重型助推器将嘗試在得克薩斯州海岸附近的海洋中進行受控軟着陸,以驗證SpaceX在未來星艦飛行中實作助推器降落的技術。

與4月份相比,人們對星艦二次試飛的期望更高。NASA已與SpaceX簽署了一份超過40億美元的星艦登月合同,并将密切關注星艦的測試進展。NASA負責阿爾忒彌斯登月計劃的官員吉姆·弗裡表示:“我希望每個人都能為星艦試飛歡呼,因為我們需要它的成功,才能邁向更遠的未知之旅!”

全面解析SpaceX星艦二次試射:技術背後的前三分鐘秘密揭秘!

對于NASA來說,星艦試飛成功可能意味着SpaceX将在未來一兩年内繼續進行星艦測試的下個階段——軌道加油。而這将為SpaceX在2030年之前讓宇航員登上月球表面的願景提供可能性。

SpaceX擁有大量的硬體資源,并擁有高效的員工行動。在南得克薩斯州,許多火箭正處于不同的制造階段。是以,即使星艦二次試飛失敗,還有更多的飛船在等待着他們的飛行機會。

全面解析SpaceX星艦二次試射:技術背後的前三分鐘秘密揭秘!

在星艦系統實作部署星鍊衛星或執行 NASA的月球任務之前,SpaceX還需要克服許多障礙。對于SpaceX來說,即将進行的星艦二次試飛是其未來計劃中最重要的兩個裡程碑。本月晚些時候,隻要能夠順利克服其中的幾個關鍵障礙,SpaceX就有理由慶祝這一重大突破。

繼續閱讀