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SpaceX“星舰”成功进入太空并返回大气层

加新网CACnews.ca| 2024-3-14 09:48 |来自: 腾讯

北京时间2024年3月14日21时25分左右,SpaceX星舰进行第三次轨道级飞行试验,发射地点仍然位于美国德克萨斯州墨西哥湾畔的博卡奇卡星舰基地。发射不久,星舰和超重助推火箭成功分离,助推火箭落在了大海。几分钟后,星舰成功进入太空,并在轨道上完成了“在轨燃料输送试验”以及“舱门开合实验”。目前星舰已成功进入大气层。

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图注:星舰发射升空画面。

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图注:星舰重返大气层画面。

星舰是SpaceX研发的新一代飞船,直径9米,净高50米,加上高71米的助推火箭,总体高度达121米,超越了阿波罗登月计划中使用的土星五号火箭和执行阿尔忒弥斯一号任务的Block1火箭,成为人类研发过的最强火箭发射系统。

星舰前两次轨道试飞均告失败

2023年11月18日,星舰在进行第二次飞行试验时,超重助推火箭由于液氧管道发生堵塞,在返航时发生了爆炸,星舰已飞到了太空的高度,但由于在排放多余的液氧时发生了起火坠毁,也没能完成既定任务。

2023年4月20日,星舰曾首次尝试轨道级发射飞行试验,但刚起飞就发现三台发动机没点燃,在飞行过程中又有三台发动机陆续出现故障,导致箭体发生异常旋转而失控,最终不得不主动引爆销毁。

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图注:SpaceX星舰第二次发射时的情景。

SpaceX公司造火箭以快速迭代而闻名,在吸取了第一次发射失败的教训之后,在去年第二次发射的时候,进行了N多改进:加固发射台、增设喷水消音装置以及星舰和助推火箭改用了“热分离”的分离方式等等。实践表明,热分离的方式是非常有效的,本次发射仍然采用热分离。

本次发射与此前相比有哪些变化?

本次发射与第二次发射相比,又进行了硬件、软件和发射流程等诸多方面的调整。主要有这几个方面的变化:

1、星舰和助推火箭燃料的加注时间大大缩短,这得益于增设了更多的燃料泵和冷却器。

2、发射台又进行了优化和调整,增强了隔热防护,大大缩短了发射间隔。

3、星舰和助推火箭进行了17处重要升级,其中星舰部分升级较多,矢量喷口采用电驱动而不是液压驱动,使得引擎更加简洁,隔热瓦的位置和样式也做了改动,并增加了星链天线的数量。另外,载荷舱门可以进行打开演示,而不像上次的那样是焊死的。助推火箭的格栅舵进行了调整,内部燃料管道进行了优化,延长了返航时间等。

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4、在轨燃料输送试验。进入太空后,星舰头部小燃料箱里的燃料通过内部管道输送到主燃料箱里面,验证“太空加油”的可行性。

5、预设的飞行时间发生了变化。上次的预设时间是90分钟,本次的预设飞行时间是65分钟。上次从墨西哥湾畔起飞后,预设的轨道几乎绕地球一圈降落到夏威夷附近的海域。

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图注:看了一下地球仪,本次星舰设定降落在这片海域。

这次的预设轨道是从墨西哥湾畔起飞后,只绕地球大半圈就降落在南印度洋上。之所以这样做,推测的原因是,南印度洋相对于夏威夷海域更加广阔,周围人烟更加稀少,能够降低事故风险。

这次轨道的远地点为235公里,近地点仅为50公里,显然还在大气层以内,目的就是为了让星舰完成任务后能够“自主销毁”。

星舰测试的重要节点事件

星舰遵循小步快跑、迅速迭代的研发理念,不怕暴露问题,从一次次失败中快速找到技术漏洞,优化到下一代的版本中。此前,星舰的每次测试发射,腾讯太空都进行过完整的跟踪报道,下面是我们整理的从2019年以来到现在的重要节点。

2019 年 7 月 26 日,SpaceX对最早的星舰原型机“星虫”(starhopper)进行了高度20米的自由悬浮测试。

2019年8月27日,SpaceX再次对“星虫”进行测试,成功飞行到150米的高度并安全着陆。

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图注:SpaceX星舰原型“星虫”完成150米高度飞行。

2020年8月5日,星舰原型SN5完成了高度150米的自由悬浮测试。由于没安装头椎,SN5外观看起来就像是一个30多米高的圆柱形不锈钢大水塔。

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图注:SN5测试画面。

2020年8月25日,星舰原型SN6同样完成了高度150米的自由悬浮测试。

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图注:SN6测试画面。

2020年12月10日,星舰原型SN8进行了12.5公里高度的测试飞行,在最后落地的时候发生坠毁爆炸。

2021年2月3日,星舰原型SN9再次进行了10公里高度的测试飞行,仍然是在最后落地的时候发生坠毁爆炸。

2021年3月4日,星舰原型SN10第三次进行了10公里高度的测试飞行,稳稳落地,但在落地数分钟后,还是发生了爆炸。

2021年3月27日,星舰原型SN11第四次进行了10公里高度的测试飞行,失败的更惨,箭体炸成碎片。

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图注:SN15成功从10公里高度落下站住且没爆炸。

2021年5月6日,星舰原型SN15在得克萨斯州博卡奇卡(BocaChica)成功进行了高空飞行测试,这是SpaceX星舰原型第五次挑战10公里级高度,也是首次没有发生爆炸事故的完美着陆。

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图注:超重火箭静态点火测试。

从2021年SN15测试后,星舰进行的主要是地面测试,包括各种压力测试,湿彩排等。

2023年4月20日,星舰原型SN24与超重火箭BN7组合体首次尝试入轨测试,升空后4分钟爆炸解体。

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星舰在进行的第二次飞行试验时,超重助推火箭返航时发生了爆炸。

2023年11月18日,星舰在进行的第二次飞行试验时,超重助推火箭返航时发生了爆炸,飞船由于在排放多余的液氧时发生了起火,也没能完成任务。

总之,星舰作为一款全新理念的巨型飞船,未来可分为载人和载货两种版本。其中,载人版本的又可细分为近地轨道载人星舰、月球载人星舰和火星载人星舰等,货运版本的也可根据不同用途继续细分。人类的征途是星辰大海,星舰让我们看到了未来飞船的雏形。

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