星舰第三飞勇闯多道关 任务完成率超过80%

2024年03月15日 07:28 次阅读 稿源:三体引力波 条评论

SpaceX果然不负众望,如期兑现星舰第三飞的承诺时间,选在SpaceX公司创立22周年纪念日当天,发射史上最高最强巨箭,上演史诗级的星舰第三飞。勇闯多道关口,任务完成率超过80%,远比首飞第二飞——飞得更高更远更震撼更惊艳。

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没被天气预报说的雷暴吓退,更没被星舰唱衰者的嘴炮击倒,恰恰相反,SpaceX牢牢锁定Π日,星舰第三飞如期降临:美中时间3月14日早上8:25(北京时间3月14日晚上21:25),位于德州博卡奇卡星舰基地轨道发射台,编号B10+S28这对星舰组合体开始星舰第三次跨大气层轨道测试飞行,磅礴而起,震天动地。预示着承载人类成为跨星球物种的未来太空运输系统再一次挑战不可能,将不可能变成可行任务。

●星舰第三飞闯过哪些关?

发射前夕,SpaceX官网公布星舰第三飞的既定操作流程,从发射总监核准进入倒计时,一直到星舰飞船飞越半个地球、最终完成受控海上溅落,按计划全程耗时139分钟。而从星舰升空算起,一直到星舰海上溅落,按计划全程历时64分钟,且环环相扣,层层递进。根据实际执行状况与既定流程一一对照来看,我们不难得知:星舰第三飞到底闯过哪些关?一目了然▼

星舰第三飞可谓一战成名,主要任务完成度80%以上,顺利拿下主要测试目标:再度平顺完成热分离、顺滑演示部署卫星能力、顺溜实现液氧转移加注、飞船进入再入阶段……只有超重型在着陆阶段和飞船再入点火阶段表现不佳,失掉20%。


○点火起飞时长5秒,比首飞缩短3秒

星舰第三飞从点火到起飞升空设定为5秒,这与第二飞相同,但比首飞缩短3秒。去年4月20日首飞从点火到起飞升空设定时长8秒,对发射台及其周边造成巨大破坏,甚至导致3台猛禽在起飞前就关闭了点火程序;11月18月第二飞缩短至5秒,由此避免对发射台、发动机本身的破坏。这次第三飞沿用5秒时长,在确保33台猛禽全推进能够达到指定推力值的前提下,尽可能避免破坏。

起飞后直播画面显示,B10超重型火箭33台猛禽发动机全部持续发力,T+52秒通过最大空气阻力点(Max- Q)。直到T+2分42秒,一二级分离前两秒,第一级B10关闭30台猛禽发动机,只保留3台中心发动机点火,且以50%推力燃烧。这一操作与第二飞一样。

○热分离延后3秒

T+2分44秒,执行关键的热分离(星舰飞船S28先点火,随后与级间段分离)。这比星舰第二飞在T+2分41秒执行的热分离稍稍延后了3秒。这是为了产生更大的叠加推力,进一步加速推进第二级星舰飞船,让S28尽量减少重力损失,进而提升入轨效能。

○成功返航点火

T+2分55秒,超重型火箭B10顺利启动返航点火,启动3台中心发动机执行反推,这是超重型火箭首次闯过关键这一环,比星舰第二飞B9超越一大步。

当时,B9在  热分级后因加速度过大,为发动机提供液氧的过滤器堵塞造成氧化剂入口压力减小,导致多台发动机发生故障,其中一台发动机发生剧烈故障,最终导致B9触发AFTS自动终止系统而空中解体。

○更长时间减速

T+6分36秒,超重型B10从超音速减到跨音速,这比星舰第二飞B9原计划实现跨音速,足足延长了18秒。  之所以这样操作,为了让超重型火箭以更稳更慢而不是更快更暴烈的飞行姿态返航,从而有助于实现最终操作——垂直海上溅落。

○未能启动着陆点火

T+6分46秒,超重型B10未能按计划启动着陆点火程序,没有再次启动3台中心发动机进行反推。此时B10距离海平面大约5公里高度,飞行速度接近2000公里/小时。随即几秒后,从直播画面显示,B10试图启动3台发动机(其中两台非中心发动机),但稍纵即逝。飞行速度骤降至近1000公里/小时,随即针对B10直播画面中断。显然,超重型B10未能按计划执行着陆点火,更没法  在受控状态下实现垂直海降,温柔拥抱归宿——距离星舰发射场约数十公里划定的墨西哥湾海域。结果却是因无法启动着陆点火,  导致高速下落及猛烈溅落,直至解体。

不过,超重型B10之前一连串操作已经让人前所未见,更为测试团队收集到第一手数据。应该说,B10在这次试飞任务中可以打出80以上的高分,唯一遗憾:没能闯过最后一关——未能启动着陆点火,无法垂直海上溅落。

○S28进入滑行阶段

闯过热分离后,作为第二级的S28全功率开启6台猛禽火力,此时飞行高度已达95公里,飞行速度6342公里/小时。一直到升空8分半钟后,T+8分35秒,几乎达到轨道速度时,S28按计划关闭6台发动机,进入太空滑行阶段。

比照星舰第二飞,这次第三飞创造又一个关键突破。要知道,第二飞当时,S25就是在这个关键时刻突然失联,随后爆炸的。事后调查分析得知,由于S25排放多余的液氧时泄漏引发着火,导致飞行电脑与通信系统损坏,由此导致发动机提前收到关机信号,最终触发AFTS系统造成飞船空中解体。

○首次演示部署卫星能力

星舰飞船S28按计划在T+11分56秒,打开有效载荷舱门,但貌似有缺陷,开合不严。按计划开启时间16多分钟,这正是不久后即将在轨部署星链卫星的时长。这期间不仅开合S28的载荷舱口,还启动了卫星分配器,以测试经过重新设计的舱内卫星分配器。但这次没有部署任何载荷。  S28这次携带的卫星分配器,机架高度比之前星舰分配器高得多。这一变化意味着让星舰有能力携带和部署更多星链卫星。根据马斯克的乐观预期,最早有望在下次星舰试飞亮相,最迟会在今年下半年或者年底投入使用,以便更大批量地部署下一代星链卫星。

○星舰飞抵234公里远地点

大约T+25分钟,星舰S28抵达234公里的远地点。已经非常接近235公里预期值。星舰第三飞属于跨大气层轨道飞行,既定飞行轨道50×235公里,实际飞行轨道55×234公里,与预期值基本重合。

○首次在轨演示推进剂转移

T+24分,按计划进行少量推进剂转移测试。具体来说,星舰头锥内部拥有两个小型推进剂舱,一个10吨储量的液氧舱,另一个4吨储量的甲烷舱。根据SpaceX直播评论员描述,已将头锥液氧舱里的液氧成功转移加注到主液氧舱。

这就是在轨演示少量低温推进剂转移技术,为不久未来进行双舰在轨演示推进剂转移迈出第一步。  按计划,最早在今年内进行双星舰在轨演示推进剂转移,一艘星舰与另一艘星舰在轨对接后,其中一艘为另一艘加注推进剂  (液氧、液态甲烷)  ,这就是星舰在轨加油  (加注推进剂)  。再下一步技术演示就是为加油版星舰加注,再之后为载人版星舰演示加注。

○未能执行再次点火演示

根据SpaceX直播评论员描述,原计划在升空40分钟后,  S28  猛禽真空发动机应该执行太空再点火演示,但由于某种原因没能重新点火。这也导致了随后一连串的计划外状况:提前进入再入大气层、无法减速让隔热片承受更大考验、星舰快速迷失在印度洋上空。

○星舰首次经受再入考验

星舰第三飞在发射升空46分钟后开始再入大气层,比原计划提前几分钟。从直播画面中可以清晰看到漂亮的等离子体,这是对迎风面贴满隔热片的S28最大考验。星舰S28已显示出一定的再入能力。

不过,当飞船以   7.4公里/秒的飞行速度下降到115公里时,从直播画面中可以观察到一些碎片从船体上脱落,很可能是隔热片。


○星舰迷失于南印度洋上空

直播画面显示,S28最后信息定格在T+49:05,飞行高度65公里,飞行速度7.14 公里/秒,之后信号丢失。

信号丢失14分钟后,SpaceX直播评论员表示,测试团队高度确信飞船已经丢失,未能在重返大气层中幸存。不过仍是在既定的南印度洋上空再入消失的。

按照原计划发射1小时后,飞船从超音速降到跨音速再到亚音速。  大约T+1小时04分39秒,S28执行自毁式海上溅落  。在无点火反推状态下,以赴死心态拥抱汪洋大海——人迹罕至的南印度洋海域,为星舰第三飞画上最后一笔浓墨重彩。

但不管怎样看,星舰第三飞远比首飞、第二飞——飞得更高更远。

●全程飞行多长时间?

星舰第三飞计划全程飞行64分钟,这比前两次试飞计划90分钟大幅缩短了26分钟。之所以缩短飞行时间,SpaceX意在通过调整轨道高度、缩短飞行时长,从而降低此次测试难度,提升任务完成度及成功率。

星舰第三飞实际飞行时间49分钟,主要任务完成率超过80%,事实证明这次试飞成果斐然,超乎预期。


●星舰双主角都有哪些特别之处?

作为这次星舰第三飞的双主角:超重型火箭B10、星舰飞船S28,与星舰前辈仔细对比下,我们会发现有很多很多硬件升级,下面就来看看都有哪些进化?哪些亮点?


与第一级超重型火箭B10相比,作为第二级星舰飞船S28,进化更多、改变更大。


盘点星舰第三飞的双主角迭代亮点


●星舰第三飞有何价值?

星舰第三飞双主角B10+S28以壮烈姿态践行先驱者的使命,为后续测试提供最宝贵的第一手数据和信息。为了尽早演化为成熟版星舰,这类牺牲都是必付的代价。就像之前那些葬于火海中的星舰先烈们,比如SN8、SN9、SN10、SN11、B7+S24、B9+S25,全都在荣耀的星舰殿堂里列队迎接最终的胜者。

这就是SpaceX引领航天界的快速迭代开发模式,背后的精神内核正是马斯克一贯秉持的“快速失败、快速迭代”理念:甘愿冒险,不怕失败,炸就炸了,反思修正,投入下次测试,这样才能快速成熟逼近成功。按照马斯克的原话:“我们不想在设计中消除所有风险,否则我们就一事无成。”

反观其他发射商,尤其是那些国家队、老牌航天巨头如波音、诺·格、ULA,无不都遵循更稳妥/也意味着更保守的线性开发原则,先是花费数年设计各环节,后花费数年打造硬件各部件,再花费数年测试修改……以耗时耗资换取渐进式的稳妥,本质上就是规避风险,害怕失败。毕竟任何一个官僚主义盛行的主体,上上下下都害怕失败、害怕出丑、患得患失。

而这种快速迭代开发方法,却是SpaceX所有重大创新进步的基础,包括猎鹰系列火箭、龙飞船、星链等,尤其是打造划时代的完全可重复使用的超级太空运输系统——星舰,递归改进至关重要。

星舰首飞、第二飞、第三飞主角都是先行探路者,后继者已在跃跃欲试。最快有望在今年5月上演第四飞。接下来将挑战更高目标——从跨大气层轨道发射升级到真正的入轨发射,飞行轨道从50×235公里改成200×200公里。甚至可能会率先尝试部署星链卫星。既然都有入轨能力,何不更进一步直接部署自家星链!

一旦进入快速测试期——双月一发甚至每月一发的高频节奏,SpaceX很有希望赶上原本的星舰开发进度:2024年发射入轨、部署首批星链、演示在轨加油技术;2025~2026年进行转轨能力演示、无人绕月测试、无人登月演示、载人能力测试……直到有能力担纲阿尔忒弥斯3号载人登月任务。

这一切都得依靠多次实战,不断试错,累进经验,才能快速打磨、迭代星舰系统,才会越来越接近成熟版星舰。以我乐观预判,大概再持续一二十次试飞,SpaceX便可能成就这一目标。从此以后,一个崭新的星舰时代将改写人类文明,开创真正的太空漫游新纪元。

●SpaceX研制星舰主要参数演变



●史上最强太空运输系统——星舰演化简


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