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功败垂成!SpaceX星舰SN10成功着陆,却意外爆炸

公众号【DeepTech深科技】发布于:2021-03-04 整理:无聊逛网
上一篇:又跌了,但别怂!

导读:全文字数:2300 阅读时间:5分钟 今天又是全线大跌的一天,上证大跌2%,险守3500点。深证跌3.46%,创业板跌4.87%,一个比一个惨…… 隔壁恒指和上证难兄难弟,也跌了2.15%。 这行情,打开软件都看不到红的,真的是“跌妈不认”。 去年底,小钱就觉得这个市场


北京时间 3 月 4 日凌晨,马斯克的 SpaceX 又完成了一次星舰 Starship 原型机试飞。


这次代号为 SN10 的原型机终于不负众望,圆满完成了起飞、空中转体、空中引擎熄火并重新点火以及最困难的降落回收。胖胖的飞船稳稳地落到了指定地点。


图 | SN10 成功着陆瞬间(来源:SpaceX 官网

 

可就当人们认为任务圆满成功,SN10 创造历史、功成身退之际,原本安安静静矗立在降落点的飞船突然爆炸,巨大的推力将其炸飞到半空中。


最后,在耀眼火光和直播观众的惊呼声中,飞船摔得粉身碎骨。


图 | SN10 爆炸瞬间(来源:SpaceX 官网


飞船的爆炸是所有人都没预料的意外状况。当时是飞船落地后的 8 分钟左右,SpaceX 官方直播已经停止,是一些航空航天爱好者的直播频道捕捉到了这一瞬间。


飞船爆炸后,SpaceX 和马斯克并未在第一时间给出回应或具体原因。许多人猜测,爆炸或许是甲烷泄露所致。


此前,SN8 和 SN9 两次试飞均留下小遗憾,一次是降落速度太快,另一次是飞船船身倾斜角度过大,最终结局都是被炸得粉身碎骨。


SN10 似曾相似的谢幕方式,彷佛是 SN 系列飞船的命运在冥冥之中早已注定。


图 | SN8 和 SN9 都未能成功着陆(来源:SpaceX 官网


无论怎样,这次 SN10 的成功着陆依旧值得庆祝。这标志着 SpaceX 又完成了一项具有里程碑意义的飞行测试,Starship 原型机的操控技术得到了系统性验证。作为肩负 SpaceX 载人登陆月球和火星梦想的原型机,SN10 的成功降落无疑给了 SpaceX 莫大的鼓舞。


“一次漂亮的着陆,我们实现了此次试飞想要实现的全部既定目标,”SpaceX 在直播中表示,“祝贺我们的 Starship 团队!SN11 测试也将在不久之后展开。”


除了如此戏剧性的结局,此次发射还有一个小插曲。发射日当地下午 2 点左右,SN10 第一次试飞努力在倒计时最后 0.1 秒突然中止,当时引擎已经点火,但电脑控制系统发出了中止指令。


SpaceX 对此进行了紧急调查,马斯克随后发推表示,问题出在火箭推力标准设定上,数值设置的有些 “保守”,因此需要提高火箭的推力限制。好在试飞窗口还有不少时间,最终完成了第二次测试。


图 | SN10 首次试飞在最后 0.1 秒中止(来源:SpaceX 官网)


从 SN1 到 SN10


从 2020 年开始,SpaceX 的星际飞船原型 SN 系列便开始了试飞之旅,从 SN1 到如今的 SN10 经历了种种测试,也屡遭失败。即便如此,SpaceX 也没打算停止对星舰 Starship 的探索。


去年 2 月到 4 月,未装载前锥和引擎的 SN1、SN2、SN3 相继进行了液氮推进剂装载和低温压力测试,但出现了爆炸、泄露和机身扭曲变形等问题,测试以失败告终,原型飞船无法重复使用。


(来源:SpaceX 官网


SN4 是首个通过低温载荷测试的原型机,SpaceX 当时表示要用它进行飞行测试,但遗憾的是,SN4 未能完成后续的静态点火测试,出师未捷身先死,一片火光将飞船撕成了满地碎片。


时间来到 8 月份,继承 SN4 衣钵的 SN5 和 SN6 进行了改良和升级,两台原型机均成功升空 150 米,试飞时间持续约 1 分钟并成功落地。功成身退的两台原型机在 2021 年初被拆解。


(来源:SpaceX 官网


到了 SN7 这一代,SpaceX 采用了与前几代不同的材质用料,把此前原型飞船所使用的 301 不锈钢,替换成了 304L 不锈钢,也就是我们日常生活中常见的不锈钢锅的材质。测试成功后,将来的新星舰都将改用 304L 不锈钢。马斯克曾发文表示,“虽然它不是最轻的材料,但更便宜。”


按照马斯克的说法,这与其他由碳纤维材料制成的火箭相比,让星舰的生产更具成本效益,也更快。碳纤维的价格是每公斤 135 美元,在制造过程中 35% 的碳纤维都会变成废料,综合成本达到每公斤 200 美元以上;而不锈钢每公斤才 3 美元,合理使用也能提供高强度和隔热性能,每艘星舰的制造成本可降低至 500 万美元,而且制造效率很高,堪称是一次大胆的尝试。


(来源:SpaceX 官网


为了测试性价比最高的材质,找到星舰原型的性能极限数据,SpaceX 成功进行了数次 “故意爆炸试验”,由代号为 SN7.1 和 SN7.2 两台罐状测试机执行,钢材厚度分别是 4 毫米和 3 毫米。


最终,经过长达 7 小时左右的低温加压测试,SN7.1 在巨大压力测试下崩溃,而 SN7.2 通过了一次低温加压测试,但在第二次测试中出现泄漏问题,目前在等待下次测试,也可能是直接拆解。


(来源:SpaceX 官网


SpaceX 星舰在经历超过七次(SN 原型机之前还有更早的 Mk 系列原型机)的迭代升级后,于去年 12 月挑战了 12.5 千米高空试飞,飞船代号 SN8。


试飞过程令人印象深刻,它的起飞、上升、空中转体都十分顺利,在达到既定高度后开始以 95% 的自由落体返回地面,正如体操运动员那样,回落的过程中还在空中进行了一个优雅的翻转。


然而在落地过程中,SN8 虽然调整为垂直姿态,但未能顺利减速,导致落地速度过快,飞船径直撞向地面并炸毁,功亏一篑。


(来源:SpaceX 官网


SpaceX 事后表示,事故原因是装有着陆推进剂(甲烷)的燃料箱出现失压问题,因此用于着陆的引擎没有获得足够燃料,未能产生有意义的推力。此外,一些人观察到引擎产生了绿色火焰,SpaceX 解释称,这也是由于甲烷供给不足,导致一台引擎内部的铜开始燃烧。


尽管 SN8 最终坠毁,可马斯克和 SpaceX 一致认为试飞算得上成功,毕竟是试飞项目,除了着陆,其他部分都圆满完成,成功展示了大多数主要的测试目标,拿到了许多宝贵的测试数据。


(来源:SpaceX 官网


等到今年 2 月的 SN9,它和前辈 SN8 执行的任务几乎一致,包括依次关闭发动机,将推进剂从主油箱转移到降落用副油箱,通过 “Belly Flop” 腹部朝下的翻转动作以实现空中转身,以及通过火箭上的四个襟翼实现空中控制降落。唯一的不同点是 SN9 的飞行高度只有 10 千米。


(来源:SpaceX 官网


人们期待 SpaceX 能从 SN8 的爆炸中吸取经验,但并未得偿所愿。在最后着陆阶段,SN9 本应启动两个引擎控制姿态并减速,但其中一个未能正常启动,导致飞船姿态出现了大角度倾斜,随后在尚未垂直的状态下高速撞击地面,引发爆炸。


承载火星殖民梦想的星舰


尽管 SN10 最终以爆炸收尾,但它的成功着陆至少说明 SpaceX 解决了前两次着陆失败的问题,也标志着它离登陆月球和殖民火星的梦想更近了一步。


与 SpaceX 旗下的常规火箭垂直回收相比,SN 系列星舰的体型偏胖,因此需要一种特殊的空气动力学来帮助其平稳降落。这就是安插四个 “小翅膀” 的作用所在,它们能够在空中辅助滑翔,快速调整飞行器的姿势和方向。


(来源:SpaceX 官网


在人类航天史上,真正投入实用且带着 “翅膀” 具备滑翔能力的太空飞船并不多,让人印象最深刻的就是航天飞机,不过,航天飞机彼时还是参照了飞机的外形设计,而 SpaceX 星舰的设计就另辟蹊径,它打破了固有的太空飞船样式,然后与自家比较成熟的火箭回收技术相结合,形成了一套独具特色的返航方案,且成本大大降低。


星舰作为 SpaceX 面向未来的下一代发射载具,在 2017 年 9 月由马斯克正式公布了比较确切的计划,它未来可代替猎鹰 9 号、猎鹰重型运载火箭以及载人龙飞船等,不仅可执行地球轨道任务,也可完成登陆月球以及火星的任务,该火箭系统曾被命名为 “BFR”,即 “Big Falcon Rocket” 的缩写,到目前,SpaceX 官网已将这套发射系统统称为星舰。


(来源:SpaceX 官网


整个火箭的高度约为 120 米,该发射系统的第一级助推器称为超级重型(Super Heavy),长 70 米,或将搭载 28 个猛禽火箭发动机,总共提供约 72 MN 起飞推力;第二级飞船则称为星舰(Starship),长 50 米,能够将装有 100 吨的有效载荷送上地球轨道,不仅能够往返地球大气层重复使用,而且还能在轨加注燃料,该飞船将最终装有 6 台猛禽发动机,其中包括 3 台针对海平面推力进行优化的发动机,以及另外 3 台针对太空真空环境进行优化的发动机。


如果说登陆火星的目标仍然比较远,那么重返月球可能是即将到来的壮举,按照美国国家航空航天局(NASA)制定的阿尔特弥斯 (Artemis) 登月计划,人类将有望在 2024 年再次登月。


2020 年 5 月,NASA 已将三份合同交给商业供应商,进行开发月球着陆系统。该系统将在五年内将宇航员带到月球表面,SpaceX 的星舰飞船便是其中之一,在总额近 10 亿美元资助中,蓝色起源获得 5.79 亿美元,Dynetics 团队获得 2.53 亿美元;而对 SpaceX 的资助最少 ,仅有 1.35 亿美元。


NASA 授予 SpaceX 合同曾让不少人感到惊讶,他们对 SpaceX 雄心勃勃的项目一直持怀疑态度,因为马斯克曾表示要建造数百艘星舰来定居火星,这听起来像是痴人说梦。不过 NASA 局长吉姆布里登斯坦(Jim Bridenstine)对此曾回应称,美国宇航局不能忽视这一系统的潜力。“为什么要给他们签合同?答案是因为 SpaceX 确实擅长迭代测试和改进,他们的设计方案具有变革性,有望极大降低登月成本,增加开发月球的机会”。


星舰一体成型的设计集成了充沛的动力系统,较大空间的载人舱和货仓,还能通过在太空中进行燃料补给往返月球,如果成功无疑是一种理想的星际旅行选择。


SN10 的成功着陆,也正式揭开了星舰的新篇章,马斯克距离实现自己的星际移民梦更近了一步。


本文原载于公众号【DeepTech深科技】

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