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詳解星艦第二飛赢高分:成功闖過最難關,飛行高達148公裡

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苦等7個月後,史上最高最強巨箭再沖雲霄,終于上演星艦第二飛。盡管仍然沒能完整飛行90分鐘全程,卻遠比4月20日星艦首飛——飛得更高更遠更漂亮!‍

曆經百轉千回之後,終于等來星艦第二飛。隻有20分鐘的發射視窗,SpaceX最終鎖定:美中時間11月18日周六早上7:02(中原標準時間11月18日晚間21:02),位于德州博卡奇卡星艦基地軌道發射台,編号B9+S25超重型火箭與星艦飛船組合體——星艦系統第二次試飛磅礴而起,震天動地,攝人心魄,威武浩蕩,而且比星艦首飛更震撼、更精彩。

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身在距發射場8公裡以外安全區的大批現場目擊者,前所未有地體驗到什麼叫震天撼地,驚心動魄,仿佛一瞬間被宇宙最強能量源引力波所擊中,包括周遭空間都被扭曲了一般,同時伴随着撕裂空氣般的巨大尾焰噪音,以穿透一切的震撼力,振聾發聩,撕心裂肺。貌似觀看的并不是一飛沖天的巨型火箭,而是經曆一場劈開天地的核彈爆炸……

巨龍直沖雲霄之後,高達146米的內建式發射塔,仍以鋼鐵身軀傲視群雄,貌似沒有被高溫尾焰過度燒蝕,捕獲臂、QD臂、發射台都還在……尤其值得關注的是,經過改造更新後的新發射台确實經受住了最嚴酷考驗,沒有像星艦首飛時造成的巨大破壞——貌似被地獄火飛彈擊中。事實恰恰相反,經過發射台基座加強、新增水冷鋼闆系統、增設火焰偏轉器等諸多增強功能後,星艦發射台成為堅不可摧的最強堡壘。即便是未來每月一次的高頻發射,看樣子也能金身不敗。

星艦第二飛闖過哪些關?

發射前夕,SpaceX官網公布了星艦第二飛的既定操作流程,從發射總監核準發,一直到星艦飛船飛越大半個地球、最終完成受控海上濺落,按計劃全程耗時3.5個小時。而從星艦發射升空算起,一直到星艦海上濺落,按計劃全程曆時1.5小時(90分鐘),而且環環相扣,層層遞進。當然這是最理想的發射狀态。如果依據實際飛行狀況與理想狀态一一對照來看,就會得知:星艦第二飛經曆層層闖關,最終沖到哪一步?▼

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起飛後直播畫面顯示,超重型火箭33台猛禽發動機全部持續發力,直到T+2分40秒,當就在一二級分離前幾秒,第一級關閉27台猛禽發動機,僅保留3台中心發動機,且以50%推力燃燒。

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大約T+2分46秒,星艦飛船啟動3台真空發動機,遂即順利實作一二級熱分離。這是相當了不起的成績!

馬斯克此前曾判斷:星艦第二飛哪一關最難闖?就是重新設計的一二級分離系統,也就是新增加的這段熱分離級(Hot Staging),成功闖過這一關的機率隻有60%,但這次第一次測試便一舉成功!可喜可賀!

要知道,第二級星艦飛船在尚未與第一級超重型火箭分離前就開始啟動三台真空猛禽點火,而不是像之前設計的一二級分離後才點火,無疑這是星艦第二飛過程中最危險的。非常考驗熱分離環的熱防護能力、結構應力、沖擊波承受力。畢竟這種新改動從未在真實飛行中驗證過。

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折戟在何處?

闖過了一二級分離,第一級超重型B9開啟進入返航模式,就在T+3分20秒,超重型啟動返航點火之時,突然空中爆炸。此時此刻,B9高度約為90公裡、速度3818公裡/小時。而作為第二級的星艦飛船S25全功率開啟6台猛禽火力,飛行高度已達95公裡,飛行速度6342公裡/小時。

一直到升空8分鐘後,就在T+8分04秒,S25突然信号失聯,直播畫面顯示的遙測資料定格在:飛行高度148公裡、飛行速度24124公裡/小時、6台猛禽突然閃退。T+8分10秒,畫面突然出現空中爆炸迹象。

随後出現馬斯克與星艦團隊商議的畫面,顯然他們是在談論剛剛發生的一幕:星艦S25啟動自動飛行終止系統自毀引爆。最終壯烈犧牲在148公裡的低軌道。遠比星艦首飛空中折戟于39公裡高得多遠得多。

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直播後不久,SpaceX官宣稱:「超重型在熱分離後不久爆炸解體,星艦飛船發動機則在飛赴太空途中持續點火幾分鐘。」

為何新增熱分離級?

B9之是以采用新設計的熱分離級(Hot Staging)模式,也就是在超重型火箭頂部新增一段級間環,用于一二級分離前點燃第二級星艦飛船發動機,主要目的是提高星艦效能。

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當一二級分離前幾秒,第一級僅保留3台中心發動機以50%推力燃燒時,适時啟動第二級3台真空發動機,這樣形成的疊加推力會加速推進星艦飛船,進而減少重力損失,進而提高星艦入軌效能。根據馬斯克的說法,采用這種熱分離模式有望将星艦運力增加10%。盡管這種分離模式并非SpaceX首創,最早蘇俄火箭就曾設計使用過,但星艦系統作為最大最前衛的太空載具試驗品,SpaceX無疑會對其無所不用其極,敢于嘗試、不斷優化。

采用熱分離還有一個目的:加速星艦飛船快速推離超重型火箭,進而降低超重型火箭帶來的風險。是以這段熱分離環被設計成一次消耗型镂空結構,以便快速耗散飛船發動機排放的尾焰氣流,并且起到在超重型火箭頂部增加一層隔熱層的熱防護作用。

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星艦第二飛有何價值?

這枚史上最高最強悍的星艦系統B9+S25(比B7+S24還高1.8米、釋放推力也更大),最終以壯烈姿态完成先驅者使命,為後續測試提供最寶貴的第一手資料和資訊。為了盡早演化為成熟版星艦,這類犧牲都是必付的代價。就像之前那些葬于火海中的星艦先烈們,比如SN8、SN9、SN10、SN11、B7+S24,全都在榮耀的星艦殿堂裡列隊迎接最終的勝者。

這就是SpaceX引領航天界的快速疊代開發模式,背後的精神核心正是馬斯克一貫秉持的「快速失敗、快速疊代」理念:甘願冒險,不怕失敗,炸就炸了,反思修正,投入下次測試,這樣才能快速成熟逼近成功。按照馬斯克的原話:「我們不想在設計中消除所有風險,否則我們就一事無成。」

反觀其他發射商,尤其是那些國家隊、老牌航天巨頭如波音、諾·格、ULA,無不都遵循更穩妥/也意味着更保守的線性開發原則,先是花費數年設計各環節,後花費數年打造硬體各部件,再花費數年測試修改……以耗時耗資換取漸進式的穩妥,本質上就是規避風險,害怕失敗。畢竟任何一個官僚主義盛行的主體,上上下下都害怕失敗、害怕出醜、患得患失。

而這種快速疊代開發方法,卻是SpaceX所有重大創新進步的基礎,包括獵鷹系列火箭、龍飛船、星鍊等,尤其是打造劃時代的完全可重複使用的超級太空運輸系統——星艦,遞歸改進至關重要。

星艦首飛、第二飛都是先行探路者,後繼者已在躍躍欲試。預計明年2月最早上演第三飛。畢竟時間緊迫,還有一連串技術難關需要攻克:精确入軌、再入能力、垂直着陸、在軌加油、轉軌能力、載人能力、登月能力……這一切都得依靠多次實戰,不斷試錯,累進經驗,才能快速打磨、疊代星艦系統,才會越來越接近成熟版星艦。以我樂觀預判,大概再持續10~20次測試飛,SpaceX就可能成就這一目标。從此以後,一個嶄新的星艦時代勢必改寫人類文明,開創真正的太空漫遊新紀元。

SpaceX研制星艦主要參數演變

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