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星舰第一前锋SN8锐气冲天,没成功已成仁 -

来源:蓝光高清影视-348电影网   发布时间:2020-12-14   浏览次数:735

今天,星舰第一先锋SN8终于磅礴冲天,震天动地,惊艳世界。只差最后一步,未能完美着陆,不成功已成仁。

北京时间12月10日6:45,星舰第一先锋SN8终于发射升空,首次挑战高空飞,这是迄今为止原型星舰最大尺度试飞,最大高度达12500米,不仅是星舰前所未有的飞行高度(星虫、SN5、SN6都只有150米低空跳),还首次挑战「腹部拍水式俯冲」等关键性姿态测试——前所未见的航空飞行。这是高达50米、直径9米、重达几百吨、680吨推力的飞行怪兽,演绎一次完整的空气动力学航空飞行奇观。

马斯克随后发出一连串评价:SN8的确非常棒!飞到最高点时也很棒。最终控制系统能够将其飞抵「弹坑」这个正确位置也是史诗级的。SN8在着陆阶段因燃料舱压力过低,导致推力不足着陆速度过快,不过我们得到所需的所有实战数据!祝贺SpaceX团队!

不管结果怎样,Mars, here we come!! 火星,我们来了!!

发射速览

发射时间:美中时间12月9日16:45(北京时间12月10日6:45)

发射地点:德州博卡奇卡SpaceX星舰基地测试场

着陆地点:德州博卡奇卡SpaceX星舰基地测试场着陆区

测试星舰:第一艘功能完备、全尺寸原型星舰(编号SN8)

测试推进器:三台猛禽发动机(编号SN30、36、42)

飞行时间:6分42秒

最大飞行高度:12500米(7.8英里)

这次试飞主要目的是尽可能多地掌握航空飞行实战数据,由于高空风况复杂多变,极大考验星舰「腹部拍水式俯冲」等关键性姿态控制能力,所以测试团队多次降低高度,从20公里、15公里降至12.5公里,这种适度调低飞行高度,其实是在测试效果与降低风险之间寻求平衡点。

测试目的:测试全尺寸星舰推进系统、姿态控制系统、导航系统、全不锈钢船体结构强度,推进剂加注由主推进剂舱切换到头锥推进剂舱的能力,以及返航着陆能力。重点测试「腹部拍水式俯冲」关键性姿态控制能力,为下一步挑战更高航空飞行高度积累实战数据与经验。所以,此次试飞不以成功起降为标准,而以获得多少实战经验为目标。根据马斯克评价,SpaceX得到了所需的所有实战数据。

主要意义:

这是星舰首次高空飞行,也是功能完备的全尺寸原型星舰首次高空测试飞。

全球唯一现役的全流量分级燃烧发动机、史上最强大的甲烷燃料航天发动机——猛禽发动机首次三台同时飞行试射,为下一代超重鹰+星舰组合提供更为强悍动力而积累更多实战经验。

SpaceX正在开发的下一代太空神器——星舰,飞跃历史性高度,为下一阶段挑战更高更大飞行难度甚至轨道级飞行打前阵。

从略显粗糙的SN8一眼望到未来,打造成熟版星舰并非什么科幻大梦。只要给予马斯克和SpaceX足够时间和资源,人类下一代太空神器早晚会飞入现实,征途星辰大海。Mars, here we come! 火星,星舰真的要来了!

SN8傲视飞跃

12500米,3642秒,680吨推力

这艘全尺寸原型星舰(Starship prototypes)采用颠覆传统航天材料的全不锈钢舰体(大部分采用304L,少量301),高达50米,直径跨度达9米,相当于波音747客机直径的1.5倍。

SN8属于SpaceX开发第三代原型星舰SN系列(第一代星虫StarHopper、第二代Mark系列)第八款全尺寸测试飞船,序列号为SN8,也是目前为止测试之路走得最远的。

前一天,SN8似乎并没有完全准备好,在最后倒计时1.3秒发动机自动启动发射中止。不过短短24小时后,星舰先锋不畏火线,再度冲锋。

美中时间12月9日16:45(北京时间12月10日6:45)位于德州最南端博卡奇卡SpaceX星舰基地测试场,今天的主角——万众瞩目的原型星舰SN8,开动迄今为止最大火力——三台猛禽发动机同时点火,凭借全功率680吨推力,气势磅礴而起,徐徐升腾,喷射出长长的纯美火焰,掀起滚滚红尘,天高任你飞……

紧接着越飞越快,一飞冲天。三台同时点火全功率推进,这是迄今为止猛禽实现的最长点火时间。

起飞大约100秒,其中一台猛禽因故关闭,导致另外两台疯狂转向,试图保持平衡控制。又过了两分钟,其中一台猛禽也关闭了,只有一台在点火推进。随后飞抵最高点到大约12.5公里,这比民航客机的巡航高度还要高。

作为SpaceX最大金主与星舰开发资助者(提供1.3亿美元开发资金),NASA还派出了WB-57高空飞机进行高空监测、提供实时影像。

越过最高点之后,当起飞不到5分钟,SN8关闭猛禽发动机。星舰舰体逐渐倾斜,直到与地面保持水平,然后以95%自由落体姿态返航降落,就像翼装跳伞者张开手脚那样,凭借前后翼进行姿态控制(俯仰、翻转、偏航等控制)减速飞行,实现了史无前例的航空飞行,破天荒演绎一连串高难度动作。这一过程大约持续了两分钟。

这次试飞重点测试就是「腹部拍水式俯冲」关键性姿态控制能力,为下一步挑战更高航空飞行高度积累实战数据与经验。

所以,此次试飞不以成功起降为标准,而以获得多少实战经验为目标。可喜的是,SpaceX得到了所需的所有实战数据。

距地面大约几百米,星舰重新点燃猛禽发动机,同时自动调整自带液氮气体推进器的前翼和后翼,顺利旋转90度,让船身姿态从水平姿态调整为垂直地面。接下来就像猎鹰回收火箭全自动自主操控那样,展开新式着陆器……

但不知是何具体原因,SN8以30米/秒速度提前10-20秒撞向地面,只差最后一步,未能完美着陆,触地爆炸

按照马斯克推文表述:『SN8表现得非常棒,最终控制系统能够正确将其飞抵「弹坑」(马式幽默,指的是着陆区)也是史诗级的。』

SN8在着陆阶段由于燃料舱压力过低,导致推力不足、着陆速度过快,因此触地爆炸,没能实现安全着陆。

不过测试团队已经得到预期所需的所有实战数据。更重要的是,完整测试了全尺寸星舰推进系统、姿态控制系统、导航系统、全不锈钢船体结构强度,推进剂加注由主推进剂舱切换到头锥推进剂舱的能力,以及返航着陆能力。尤其测试了「腹部拍水式俯冲」关键性姿态控制能力,为下一步挑战更高航空飞行高度积累到宝贵的实战数据与经验。所以说,此次试飞不以成功起降为标准,而以获得多少实战经验为目标。

这一飞距离火星之路,真的更近了。朗朗乾坤下,天地见证,百万网络观众见证!要知道,这可是高达50米、直径9米、重达几百吨、推力高达680吨的飞行怪兽,成功挑战超越万米高空飞行,绝非易事!

事实上,这一过程潜藏诸多致命风险,比如三台猛禽最大推力引起的共振风险,发动机过早关闭风险,巨大推力可能引发结构不稳,电气故障导致前后翼失灵风险,发动机和燃料舱阀门故障风险……样样都可能致命,所以SpaceX测试团队早就做好心理准备,就像任何一种航空航天器首次试飞一样,都有巨大的风险。之前马斯克就给出这次首飞成功几率只有1/3。对比一下,2018年2月重鹰首飞之际,他给出了50%成功率,可见星舰首飞风险度更高。

鉴于前所未有的复杂性,不难看出来SpaceX需要不间断解决各种问题,毕竟这是第一艘组装完整、功能齐全的原型星舰,没有先例参照可言,因此这次挑战高空飞行路径中充满挑战性、不确定性。从顺利起飞到最终只差一步安全着陆,这绝对是航空飞行一大奇观了。

创新者之路,都是由先烈们不断趟路、垫背、铺就而成的。

在此之前,已有6艘原型星舰在测试中壮烈倒下:2019年11月20日壮烈第一艘Mark1,2020年2月28日壮烈第二艘SN1,2020年4月2日壮烈第三艘SN3,2020年5月29日壮烈第四艘SN4,2020年6月23日壮烈第五艘SN7,2020年9月23日壮烈第六艘SN7.1。

不在壮丽中屹立不倒,就在壮烈中轰然倒下,这是太空先驱的命运。不留遗憾。研制下一代飞船的路径图就像九曲回肠一样,充满曲折,荡气回肠。

SN8以及之前的先烈们已成历史,尽管没成功却已成仁!未来火星航班上希望能有你们的名字,铭刻其中……

从SN9到SN15

SN8后继者已经层出不穷。SN9已经整装待发,随时可以转场发射,SN9既是SN8的双胞胎,更是升级版。不仅全部采用新型不锈钢304L,而且设计就是为了飞得更高。突出一点就是在其腹部大面积增加耐高温瓷片,作为穿越大气层的隔热层(TPS)。这意味着有可能SN9在大气层里飞得更高,飞行难度更大。

不止于SN9,正在打造中的星舰系列包括SN10、SN11、SN12、SN13、SN14、SN15、SN16,甚至原型超重鹰火箭各部件已经建造过半。

与之配套的猛禽发动机已有几十台等候派遣,随时可以冲锋陷阵。在此之前已在地面进行330次点火测试、累计点火时间多达16000秒,包括4次150米低空跳。猛禽作为全球唯一现役的全流量分级燃烧发动机,已为未来提供更加强悍的动力积累了更多实战经验。

SpaceX全力以赴开发的下一代星际运输系统——星舰+超重鹰,其实没有先例可循的开发路径,唯有老老实实地遵循科学方法。SN8之后SN9顶上,继续冲锋,前仆后继……一路测试,一路探路,一路试错,一路迭代,按照马斯克预期,至少测试到SN20,才有望迭代至1.0版星舰,即成熟版星舰。而这一目标瞄准2021年~2022年,SpaceX计划1.0版星舰首次入轨试飞。

这就是SpaceX豪赌星舰的现实路径。正如马斯克的口头禅:「如果失败得不够多,说明你还不够创新。」这似乎更能解释一个关键问题:为啥SpaceX一家私营企业干出来的创新创举,各个国家队只能望其项背……

未来星舰有多神?

今年一季度最后一天,SpaceX官方发布的《星舰用户指南1.0版》,让世人一窥星舰的霸气未来——

1

前所未有的超级运力

作为下一代超级重载太空运输系统,超重鹰火箭(助推器)+星舰(飞船)这对黄金组,凭借两级运载模式就将实现前所未见、令人咋舌的超级性能。要知道,当年美苏打造的登月火箭都得三或四级模式。

星舰单次发射近地轨道LEO运力高达100吨以上,地球同步转移轨道GTO运力达21吨。最晃眼的是,利用停车轨道加油,星舰运载能力就会大幅增加,让其他发射系统望尘莫及。

无论是地球同步转移轨道,还是月球轨道、火星轨道,甚至是月球表面、火星表面,统统超过100吨。在此之前,这是航天界想都不敢想的超级运力。要知道,全球每年太空运量不过500吨左右。

2

盛满未来的科幻飞船

载人版星舰一次可搭载100人,这相当于中型客机载客量的下限。而航天飞机最多载客量只有8人,即将开启的载人龙飞船最多7人,联盟号飞船区区3人。而豪华款载人版星舰搭载量<100人,更多空间用来打造「太空版豪华邮轮」,不仅内装私人舱室、大型公共区域、中央仓库和太空观景台,而且设有太阳风暴庇护所,避免太空高辐射。舒适安全两不误。

星舰绝不仅仅是一款登月飞船、火星飞船、深空飞船,而是充满未来主义的超级飞船,将来有望承载地球人变成月球人、火星人、太阳系人类的「科幻飞船」。

载人版星舰还会涉足轨道内交通,打造全球一小时点对点航班,大多数城际间飞行只需半小时,全球任意两地飞行理论上只要一小时。这是要颠覆现有运输规则的节奏,横跨航空航天两界的巨大创新。尽管这一疯狂想法早在三年前就已提出,但随着日新月异的星舰快进开发,变得越来越靠谱。

3

一次部署整个卫星星座

如果说载人版星舰用来承载深空遨游梦想,那么货运版星舰更多用来盛满现实需求。每次高达100吨的太空运量,意味着什么?

这意味着:单次发射入轨的星舰能够同时携带三颗地球同步轨道卫星(GTO运力21吨),或者部署一个完整的低轨道卫星星座(一次即可部署多达440颗星链卫星),还可以大小拼车放卫星(携带一两颗大型地球同步卫星,同时搭载小卫星共乘模式完成部署)。

另一项用途:太空快运特殊任务「太空演示飞船」,星舰提供长期跟踪式飞行或者一体化飞行。这种模式非常适合太空实验室平台、短期机动性太空天文台、绝密太空飞行任务等。某种意义上说,我们不妨把货运版星舰当成一个机动灵活的空间站。无论科研商业,还是军用国安,都会用得着。

4

太空维修回收超级平台

星舰指南最后一部分「附加功能」提到:拥有完全复用的星舰可以在轨道上捕获并维修人造卫星,也可以返回地球,或者转移至一个新的运行轨道。

这意味着:星舰可以变身充当一艘穿梭于天地间、各个轨道间的太空维修、回收卫星的超级平台。相比之下,前段时间诺斯罗普·格鲁曼创造的首颗太空救援卫星成功对接目标卫星,就不算什么了。甚至当年航天飞机维修哈勃太空望远镜也不算什么。毕竟,运力有限只能采取多趟运输多次维修的路子。

要知道,加满油的星舰有能力穿梭于各个轨道间,连人带设备地进行太空捕获、维修、带回各种航天器。这恐怕是美国宇航局、美国太空军、美国国侦局等最想要的太空神器了。

5

打造全球化太空港

星舰指南透露,SpaceX初期为星舰建造两个发射场:佛罗里达州肯尼迪航天中心、德克萨斯州博卡奇卡星舰基地。这对于超级太空重载运输系统来说,两个或者两个以上发射场是必要的。

作为美国黄金发射位的肯尼迪航天中心39A,SpaceX正在加紧改造,为未来发射星舰打造基础设施(包括新型发射台、推进剂存储罐、着陆平台、运输通道等等)。

按计划肯尼迪航天中心39A将成为星舰承担政府部门任务的主发射场,主要客户包括NASA、五角大楼等。德州博卡奇卡星舰基地目前作为建造测试基地,未来还会扩建成为星舰纯商业太空任务的主发射场,包括近地轨道太空游、深空游、登月之旅、火星之旅的起始点。

甚至未来SpaceX发射基地不再局限于美国本土四个发射场,而是触及各大洲、部署各大洋,遍布全球化的太空港,可能每天都有数班环球航班起降,每天都有往返穿梭于地球空间站、月球空间站、火星空间站、月球基地、火星基地之间的星舰舰队……

星舰演化超简史

最近几年,SpaceX一直飞奔在新火箭新飞船研发的路上,又是ITS星际运输系统,又是FH重鹰,又是BFR大猎鹰,又是迷你版BFR,又是Starship星舰,又是SH超重鹰……它们之间到底啥关系?如何一步步演化的?一笔SpaceX箭船开发变形记,就是一部星舰演化超简史,一目了然——

2011年,马斯克公布重鹰开发计划。

2016年之前,火箭+飞船系统被称为火星殖民运输系统MCT。

2016年9月,更名为星际运输系统ITS。

2017年7月,改成大猎鹰箭船系统BFR。

2018年11月5日,提出迷你版BFR。

2018年11月20日,弃用BFR,推出超重鹰火箭+星舰飞船组合。

2019年1月,建成第一代原型星舰:跳虫/星虫(StarHopper)。后遭遇强风损坏。

2019年4月,没有头锥的星虫多次点火,两次系绳小跳跃。

2019年5月,德州佛州双线竞合模式开造第二代原型星舰(全尺寸测试飞船)。

2019年7月26日,星虫(昵称水塔water tower)首次不系绳跳跃,飞行高度约20米。同时意味着全球首款全流程分级燃烧循环发动机猛禽,首次试飞。

▲2019年8月28日,星虫最后一跳、也是最大尺度跳跃,飞行高度150米,飞行时间57秒。之后测试由第二代原型星舰Mark取代。

2019年9月~12月,SpaceX开外挂模式快速打造四艘原型星舰Mark1~Mark4。

2019年11月20日,首次进行燃料罐压力测试,加注液氮导致Mark1爆裂。弃用Mark1,改用Mark3测试。

2019年11月20日,SpaceX首次进行燃料舱加压测试,加注低温液氮导致Mark1爆裂,成为测试壮烈的第一艘原型星舰。改用Mark3测试。

2019年12月28日,Mark3更名为SN1。从Mark系列切换至SN系列,即第三代原型星舰SN阶段,开启高密集测试模式。

2020年2月28日,原型星舰SN1加注液氮时整体爆裂。由于不锈钢焊接问题所致。这是测试壮烈的第二艘星舰(SN1)。

2020年3月9日,原型星舰SN2燃料舱成功闯关,顺利通过超低温加压测试。

2020年4月2日,原型星舰SN3加注液氮测试时舱体扭曲崩溃,由于气阀在超低温加压时泄漏。这是壮烈的第三艘星舰(SN3)。

2020年4月26日,原型星舰SN4成功闯过超低温压力测试,成为首个通过低温加压测试的全尺寸原型星舰。

2020年5月5日、SN4完成首次静态点火测试。

2020年5月19日,SN4第三次静态点火,由于推进剂加压过大,导致甲烷排放管着火,持续燃烧大约15分钟。幸好星舰完好无损。

2020年5月28日,美国联邦航空管理局商业太空运输办公室颁发为期两年的发射许可证,允许从博卡奇卡基地执行亚轨道飞行发射。

2020年5月29日,SN4第5次静态点火后突发爆炸,成为壮烈的第四艘星舰(SN4)。

2020年6月23日,壮烈第五艘星舰SN7。

▲2020年8月4日,SN5首次150米试飞。

▲2020年9月4日,SN6成功复制SN5低空飞(150米)。

2020年9月23日,壮烈第六艘星舰SN7.1。

2020年10月20日、11月10日、11月12日三次静态点火测试。

▲2020年12月8日,SN8首次高空试飞(最高点12500米)最终触地壮烈。

2020年底至2021年初,计划进行20公里高空试飞

2020年底,计划全尺寸原型星舰首次轨道级试飞

2021年,计划原型星舰与超重鹰合演轨道级发射

2021年~2022年,1.0版星舰首次试飞

2022年,计划货运版星舰首飞火星

2023年,计划载人版星舰首次环月之旅

2024年,乐观预期载人版星舰首次火星试飞

2024年起,计划登月版星舰承运NASA载人登月任务

2026年,计划载人版星舰首次火星之旅

……

不难看出,SpaceX从一开始就胸怀大志,志在打造完全可复用的太空运输系统,从重鹰到ITS再到BFR,一直到星舰、超重鹰,变的是名称,不变的是初心。

一笔SpaceX箭船开发变形记,其实就是一部星舰演化史,一步步一代代加速递进,从未像现在这样追逐目标,接近目标。

如果我们相信SpaceX是有成功惯性的,就会更容易相信星舰项目最终能够赌赢。只要马斯克拥有足够的时间去实现。

就像他的第一任妻子贾斯汀所言:「马斯克随心所欲地做他想做的事,并且为之不懈拼命努力。这就是Elon的世界,而我们其他所有人都与之息息相关。」

毫无疑问,马斯克是这个星球上实现深空旅行最强悍的人,也是深空之旅红色星球最为接近的人。作为太空产业创新者、改写者,马斯克就是一部永动机,依靠「永不满足」和「永恒希望」两种推进剂驱动SpaceX,快速扩张版图,递进太空梦想,为人类打造跨星球文明打前阵。

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