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星艦先烈與數百項技術改進 馬斯克SpaceX SN15飛船著陸成功

2021-05-07 10:34:38來源:極客公園  

對于 SpaceX 而言,這次成功恰合時宜。

推進、爬升、越過最高點 10 公里后,SN15 開始俯沖、著陸翻轉、減速并最終安全著陸。

北京時間 5 月 6 日早晨 6 時 24 分,SN15 從該公司德州博卡奇卡的試驗場起飛,整個測試過程約 6 分鐘,6 分鐘后 SN15 成功落回試驗場指定位置。在歷經多次失敗后,SN15 成為了第一艘實現百分百軟著陸的星艦。雖然著陸后,火箭底部出現了類似于 SN10 的著火,但在這次測試中,遙控滅火系統僅用了幾分鐘就將火撲滅了,避免了失敗的再現。

SN15 著陸成功后不久,馬斯克發推稱「星艦順利著陸!」此次星艦測試的成功標志著 SpaceX 已經掌握了十分關鍵的安全著陸技術,這將推動星艦下一階段的研發工作。

與此同時,當下正處于美國政府責問局(GAO)為期 100 天的裁決期,SN15 的成功試飛對于 SpaceX 來說或許是一個恰合時宜的驚喜。

「星艦先烈」與數百項技術改進

「失敗乃成功之母」,SN15 的成功建立于各位「星艦先烈」回收的數據之上。

在此次著陸成功之前,SpaceX 的星艦原型機 SN8、SN9、SN10、SN11 在高空試飛中都相繼爆炸,再加上在星艦最初的壓力測試、超低溫加壓測試等前期測試中報廢的星艦,SN15 之前共有 10 艘星艦以失敗告終。

SN10 是之前的試驗中最接近成功的一次,它原本已經成功地完成了飛行測試并且軟著陸成功了,但在著陸 6 分鐘后,SN10 突然著火并發生爆炸。

最近的一次失敗是今年 3 月 30 日進行高空試飛的 SN11。原本一切順利的 SN11 在重新點燃發動機準備執行著陸翻轉動作時,實時畫面突然中止,隨后傳來的是爆炸的巨響,SN11 在空中解體成碎片。

盡管眼前是一連串的失敗,但馬斯克非但沒有減緩測試進程,反而加快了 SN15 的發射計劃。從 SN11 直接跨到 SN15,據馬斯克公開表示,SN15 身上有著數百項的設計改進。

根據 SpaceX 的原計劃,SN11 測試時 SN12-SN14 就已經初有進展,再加上前幾次測試失敗過程中回收了大量數據,SN15 在設計上的參考數據更為充足,改進之處也就更多。

目前已知的改進包括全新三臺猛禽發動機、優化推進系統,細化到將甲烷分配歧管從液氧艙內部重新定位到艙壁底部,同時將 TVC 調速控制器、管道箍從頭錐小艙壁移至推力圓盤等等。

所有的改進均圍繞先前星艦的不足 —— 發動機和推進系統穩定性問題展開,而這恰恰是導致之前四艘星艦失敗的關鍵問題。

除此之外,SN15 相比前幾代星艦,一個更為明顯可見的區別是它具有更多的隔熱片,足足有 800 多片,而 SN8 最初僅有 8 片隔熱片、到了 SN11 也才 384 片。這樣做的原因是新一代的 SN15 采用的是較薄的不銹鋼材料,需要更加關注其隔熱問題。

快速迭代、測試回收數據,這種研發方式顯然更具效率,從 SN8 到 SN15 測試成功的概率從只有三分之一逐漸提升為 60%、90% 直至今天 SN15 成功。

這次的 SN15 上還安裝了星鏈,按照馬斯克的設想星鏈未來可以在飛機、車輛甚至太空飛船中為人們提供隨時隨地的通信服務。SN15 是否會在未來的測試中借助星鏈進行通信呢?目前馬斯克尚未透露其具體作用是什么,這個問題還需在今后揭曉。

軌道試飛或將步入正軌

目前正在試驗的其實只是星艦的飛船部分,還不包括第一級助推火箭「Super Heavey」。

按照星艦項目的最初設想,星艦一共包括兩個部分,一個是像 SN11、SN15 這樣的星際飛船,一個是用來助推的助推器,最終成型的星艦將有一百多米高,包括 28 臺猛禽發動機,產生 70 兆牛頓的推力,大約是阿波羅登月計劃中土星五號火箭的兩倍。

BN1 是首個公開亮相的「Super Heavey」,但目前已經被拆除。

在 SN11 發射的同一天,馬斯克發推宣布「BN1 是個制造探路者,完成使命后就會報廢。我們從中學到很多(經驗和教訓),但會把這些優化設計應用到 BN2 上?!?/p>

當時馬斯克一如既往的給出了十分樂觀的目標「預計 4 月底前 BN2 及發動機有望登上軌道級發射架,如果我們走運的話,甚至有能力入軌?!?/p>

然而隨著 SN15 發射計劃一再推遲,BN2 的測試計劃還尚未開啟。如今 SN15 測試成功,一向注重效率的馬斯克勢必會盡快將助推火箭的測試提上日程。

在正式進行軌道試飛之前,「Super Heavey」還需事前完成一系列的地面測試(環境壓力測試、低溫加壓測試、推力結構壓力測試、靜態點火測試)。SpaceX 將像改進 SN15 一樣,通過收集測試數據,注意反饋、及時調整,將 BN2 出現的問題在 BN3 身上進行改進,并不斷迭代。

3 月中旬馬斯克曾爆出目標是用 BN3 作為一級 SN20 作為二級組合,最早在 7 月 1 日之前進行軌道發射測試。

這個計劃也許會失敗,但失敗也并非壞事兒,畢竟失敗著失敗著也許就成功了。

恰合時宜的驚喜

星艦作為一整套可以重復使用的運載系統,不僅可以執行地球軌道任務,也能夠完成登陸月球以及火星的任務。

4 月 16 日,NASA 高調宣布 SpaceX 成為阿耳忒彌斯任務載人登月器唯一承包商,登月版星艦作為 2024 年重返月球計劃唯一載人登月器。

這項計劃將為 SpaceX 提供 29 億美元的研發經費,這將成為星艦項目最大的一筆資金來源,馬斯克甚至為此激動地將 Twitter 頭像換成了登月版星艦。

然而,十天后,SpaceX 與 NASA 的載人登月器合同被迫叫停。

4 月 26 日,Blue Origin 和 Dynetics 向美國政府問責局(GAO)提出抗議,聲稱 NASA 發包載人登月器項目遴選過程存在「嚴重缺陷」。隨后 NASA 叫停與 SpaceX 簽訂的價值 29 億美元登月大單,包括凍結項目進度、技術磋商、資金配給等。

如今正處于美國政府問責局(GAO)為期 100 天的裁決期,在此時 SN15 試飛成功,對于 SpaceX 而言,這次成功尤為恰合時宜。

100 天內 GAO 不得不做出裁決,結果也無非兩種,一是維持 NASA 原定合同,駁回 Blue Origin、Dynetics 的起訴;二是認為合同確實存在缺陷,然后重新裁定。

但無論是哪種裁決,對于手握技術優勢且試飛、著陸雙雙成功的 SpaceX 來說,結果都不會太差。(魚三隹)

責任編輯:hnmd003

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