SpaceX第三次试飞:消失的星舰,是值得期待的未来

2024-03-15
Starship will make life multiplanetary

编者按:本文来自微信公众号 经纬创投(ID:matrixpartnerschina),作者:经纬创投主页君,创业邦经授权转载。

北京时间21点25分 ,美国太空探索技术公司(SpaceX公司)进行第三次“星舰”(Starship)重型运载火箭的无人飞行测试。

发射升空,33台发动机均正常发动。发射2分40秒后,随着星舰按照预定计划成功进行热分离,成果已超越第二次。不过,大约3分钟后,星舰成功完成了一二级分离,超重型火箭返回准备在墨西哥湾溅落。但SpaceX发言人丹·霍特(Dan Huot)在直播中表示,超重型火箭在返回途中丢失了。

约11分钟后,超重助推器完成其使命,星舰开始进行舱门打开; 发射约28分钟后,舱门完成关闭,星舰完成舱门开关测试;发射47分钟后,星舰执行二次点火演示,猛禽发动机点火顺利成功;不过,在SpaceX在星舰重返大气层过程中失去了星舰,任务提前结束。虽然,最后结果没有看到星舰着陆的画面,但这一次 星舰试飞取得又一里程碑式的突破。

马斯克表示:“Starship will make life multiplanetary”。此前,SpaceX在社交媒体上表示,虽然这次发射不是在实验室或测试台上发生的,但这绝对是一个测试,“我们今天所做的将为星舰的快速开发提供宝贵数据。”

从Falcon、Dragon、Starlink到Starship,马斯克的“快速螺旋开发”哲学得到了一次又一次验证。

那么,此次星舰三战太空,接受了哪些不为人知的挑战?深藏不露的SpaceX,完成了哪些数据和行动?星舰本次试飞后,下一步的试验飞行将会有哪些新目标?移民火星还有多远?以下,Enjoy:

1 星舰三战太空,挑战极限

回顾SpaceX的三次试飞,从失败走向成功,总是在挑战极限。‍‍‍‍‍‍‍‍

2023年4月20日,星舰首次试飞,由于未能与第一级助推器分离,开始翻滚并在升空后四分钟内引爆了火箭。‍‍

图片来源:PATRICK T. FALLON/AFP via Getty Images

之后,SpaceX公司公布了失败的原因,称“星舰”发射后,其中一级有多台发动机工作不正常,出现故障,损失高度并开始旋转,向飞船下达了终止飞行的指令。SpaceX称,“星舰”设置了出现意外情况时自毁的机制,以防止火箭自由坠落并威胁地面人类的安全。

首飞失败后,SpaceX对“星舰”进行了1000多次修改,最主要的变化是级间热分离方式,即“星舰”的二级飞船在还未与一级超重助推器分离时点燃发动机。马斯克称,“热分离具有载荷入轨优势,保守地说,运载能力大约增加了10%。

2023年11月18日,星舰二次试飞,飞行约2分40秒时,成功与Super Heavy分离,但Super Heavy随后在大规模的空中爆炸中随之爆炸。

图片来源:Space X‍‍‍‍‍

在第二次试飞之后,美国联邦航空管理局(FAA)确定了SpaceX在下一次飞行前要采取的17项纠正措施:星际飞船10项,超重型助推器7项。

3月14日,第三次试飞的飞行程序,则与之前两次有一定区别。

前两次计划的试飞过程为:星舰从位于南加州的星舰基地起飞后,完成接近1圈的轨道飞行,随后进入大气层,并且坠入夏威夷附近的大海中,整个过程计划持续90分钟。

第三次试飞,则计划飞行器坠入印度洋。

IFT-飞行落区

SpaceX公司认为:“这条新的飞行路径可以帮助我们尝试一些新技术,例如在太空中进行发动机点火。同时,这也能够最大程度确保公共安全。”

IFT-3 飞行图解 来源:全球航天事件

此外,为对未来星链卫星发射进行技术和安全验证,此次试飞的目标是测试星舰的性能极限,增设了许多复杂任务:

  • 两级火箭的上升段燃烧

  • 打开并关闭星舰有效载荷舱门

  • 上级助推器滑行阶段进行推进剂转移演示

  • 太空中重新点燃猛禽发动机

  • 控制星舰再入大气层‍‍

……

一系列复杂操作的终极目标是让星舰实现完全、快速地可重复使用,以更好完成各类太空任务。

此次试飞,并不会对两枚星舰之间转移推进剂进行试验,而是在星舰第二级的主贮箱和贮存着陆推进剂的小型头部贮箱之间转移推进剂,以此掌握在微重力环境下液氧和甲烷的流体特性,推进实验进程。

试飞之前,SpaceX在其社交媒体上表示,已经完成了第二次试飞后,FAA指定的17项改进措施,以提高可靠性和安全性。SpaceX也是在FAA正式签发第三次星舰超重飞行器许可证授权后才官宣发射时间。

如FAA所言:“SpaceX 符合所有安全、环境、政策和财务责任等要求。” ‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

图片来源:Space X

对于这次发射,马斯克曾表示,第三次星舰试飞能够达到地球轨道的概率能有70%-80%。现在的火箭要比第一、第二次试飞时好多了。

需要说明的是,星舰在试飞过程中并非真的要上地球轨道,而是需要达到能进入地球轨道的飞行速度——至少1.75万英里/小时。在去年11月的第二次试飞中,星舰在自毁前最终达到过1.5万英里/小时的峰值速度。马斯克曾预测那次试验成功概率只有50%。

根据官方公布的时间表,假设一切顺利,第三次试飞的一套流程需要64分钟左右。

此次试飞的火箭,是人类建造的最庞大、同时最强大的火箭。星舰由两级可重复使用的部分组成。其一,是配备33台猛禽发动机、被称为超重型(Super Heavy)的第一级火箭助推器;其二,是被称为星舰(Starship)的50米高飞船。

Starship 和 Super Heavy 被设计为完全可重复使用。目前来看,二者可以将近 165 吨的火箭发射到轨道上。

SpaceX的星际飞船是人类历史上最大规模的载人飞船,可以乘坐一百人,它将是马斯克实现人类定居火星这一宏大目标的关键运输工具。就马斯克的个人设想,最终版的星舰,单次可承载100人至太空,成本可控制在单次200万美元,即2万美元/人。

2 深藏不露的Space X,用数据和行动说话

2016年-2023年,SpaceX在失败中稳步崛起

马斯克的星舰计划,始于2016年,他用8年时间,经历两次爆炸,把星舰送上太空。

然而,SpaceX见证过的“烟花”,却远不止这两次。

2016年,Spacex首次公开了星舰前身——火星殖民运输器(Mars Colonial Transporter,MCT)。

2017年,Spacex再次修改了项目名称,命名为BFR(Big Falcon Rocket),并修改了飞船的设计,增强实用性和经济性。

2018年,“星舰”早期技术验证试验在博卡奇卡试验场启动, 采用“星跳者”(Starhopper)样机和 Mk1样机进行测试。

“星跳者”是配备单台“猛禽”发动机的首个样机,用以测试着陆技术和低空/低速的相关控制算法。 “星跳者”完成了贮箱测试、湿彩排、燃烧前测试以及热试车等,在试验中,达到1m高度。

2019年8月,“星跳者”实现飞行高度150m的突破,在距发射台100m的位置完成着陆。

同期,Mark系列高空飞行样机进行亚轨道飞行、测试飞行及再入能力测试。

2019 年,Mk1 在试验中以爆炸告终。随后, SpaceX 又相继弃用 Mk2 和 Mk4 ,于 12 月把 Mk3 正式更名为 SN1。

2020 年,SpaceX 在进行了多次贮箱增压测试后,完成了对SN1的组装。但由于贮箱的推力结构设计影响, SN1在2 月的低温增压试验中,以损毁告终。

随后,SN5、SN6样机先后进行过150m高度的试飞。

经过了对“星舰”的导航系统、全不锈钢箭体的结构强度、新型着陆支腿等基本功能的验证后, Space X又对SN8至SN11样机进行了10km的高空测试。

SN8、SN9两次测试中,样机均着陆失败;SN10在安全着陆的片刻后就发生爆炸;SN11甚至还未落地就发生爆炸。

直至2021年5月,SN15样机能够完成从发射、返回、减速到安全着陆的全过程“重复使用”实验。SN15也成为了首次实现100%软着陆的全尺寸“星舰”。

同期,多个超重型火箭助推器的原型机,也相继被安排了多次地面测试。BN1进行压力测试;BN2进行发动机测试;BN2.1进行低压测试;BN3进行首次轨道试飞……

试飞与实验重复着失败与突破。

直至2023年4月20日,SpaceX的首次轨道试飞,使用SN24配合BN7。然而,在助推器与飞船分离失败后不久,便发生了爆炸解体。

至此,公众视野中的SpaceX星舰“首炸”出现。虽然,首次和二次发射以失败告终,但并未也影响SpaceX的工作。

光从2023年的年度数据来看,SpaceX堪称“断层式”领先,永远在不惧失败、勇于尝试的路上。

2023年,全球共发射运载火箭223次,SpaceX占98次,是全球总量的45%;

2023年,全球共发射卫星2945颗,SpaceX占2514颗,是全球总量的87%;

2023年,全球的入轨质量共1492吨,SpaceX占1286吨,占全球总量的86%。

甚至在马斯克的下一步规划中,2024年,SpaceX计划发射144次,入轨质量占全球总量的90%……

SpaceX以前,每一枚火箭的发射成本在以“亿”为单位的美元;当SpaceX出现,火箭的成本被狠狠打下来了。以猎鹰9号火箭为例,其成本大约为5000万美元,较竞品而言降低了30-50%。

也不怪有网友说:「马斯克带领的SpaceX,活生生给航天行业祛魅了。」

「私人」宇航员服务持续进行中

2024年1月19日,SpaceX再次成功进行私人飞行任务。此次任务由美国一家商业航天公司发起。4位私人宇航员搭载龙飞船,借由猎鹰9号火箭推送升空。

四位宇航员中包含前NASA宇航员、意大利空军上校、土耳其战斗机飞行员和欧洲航天局宇航员。

在实时直播中,超170万网友在线观看这次发射任务。SpaceX面对此次第301次发射及第12次载人飞行任务,已然轻车熟路。仅不到2天的时间,即可到达国际空间站。对于本次成功发射,马斯克表现的淡定不少,只是连续转了好几条相关推特。

支撑此次航天任务的公司Axiom Space也并不简单。简单而言,其商业模式是通过与SpaceX进行合作,将非官方宇航员或是普通公民送上太空、提供太空环游旅行。报名不设门槛,前提是每个席位售价5500美元。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

这是Axiom的第三次太空服务,也是龙飞船的第四次「私人航天员」太空服务。Axiom的雄心壮志是:打造私人空间站。值得注意的是,NASA对此进行了支持。

3‍ 星舰之后:马斯克瞄准了什么?

马斯克的美好愿景中,星舰是把人类送上火星的理想载具。SpaceX的创立核心目标,也不过如此。NASA正是看中了星舰的突破性,砸下数十亿美元购买星舰飞船末级的变体,把载人航天重返月球的任务寄希望于此。‍

为什么是“星舰”?

从星链到星舰,SpaceX从不缺明星产品。星舰能够引发广泛关注,还要从其成本谈起。

理想状态下,“星舰”将成为可以完全重复使用的运输系统。即,如果成功达成周期性运行,发射成本会大幅度降低。

据悉,自2009年SpaceX开始发射可重复使用的“猎鹰9号”以来,成本已从10000美元/千克降至约1520美元/千克,实现了跨越性降本。倘若星舰能够实现大批量发射,其成本还将迎来巨大“折扣”。‍

若依据SpaceX所设想的“每天都进行发射”,让“太空旅行”转变成日常性的“空中旅行”,甚至衍生出新兴太空市场和其他商业业务。SpaceX的赛道将覆盖军事、商业、民用等多重领域。

目前,国际航天的报价约为:

货运1 万美元/千克、客运8000 万美元/人

如果成功,马斯克的价格则是:

货运10 美元/千克,客运 1 万美元/人

“地-月-火”的第一联络机

就跨地域层面而言,首先,星舰是决定“移民火星梦”成败的核心运载工具。其次,星舰也是“加速月球探索”的秘密武器。同时,星舰可以作为“地球洲际运输”的快捷工具。

一位名为马斯克(Parody)的网友都忍不住替他发表获奖感言:“我已经在火星驾驶我的Cybertruck!”‍‍‍

来源:Twitter

能够满足载人载物、低成本、高运力、强适用的星舰,足以在航天领域开拓一片新天地。

“星舰”的成功,也将带动“星链”的发射,带动SpaceX乃至航天领域的联动性发展。因此,即便面临着Twitter、特斯拉、OpenAI的繁杂事务,马斯克的野心,也不曾离开过SpaceX。

结语

“火箭之父”齐奥尔科夫斯基曾说:「地球是人类的摇篮,但人类不可能永远被束缚在摇篮里。」太空旅行可能相当复杂,但对于人类而言,每次尝试,都是里程碑。

似乎马斯克的强者心态让太空之梦变得更加了不起。如同他在《埃隆·马斯克传》中自述:“问题迎面而来,告诉自己,这是我主动选择的,我知道自己缺乏什么历练,所以给自己做了这个安排,我不会逃避,我可以解决。”

一步步走向强大的,是人类文明;一次次经受历炼的,是科学历程。在人类的冒险游戏中,比拼的从来不止速度,更是马拉松式的勇气和毅力。对于航天的期盼,我们相信,终将创造出属于成功与欢呼的时刻。‍‍

历史,会记住这些微小的文明进程。‍‍‍‍‍‍‍

References

1.SpaceX官网、Twitter、BBC

2.马斯克再送4名「私人」宇航员上太空 by FUTURE 远见

3.今晚 8 点 SpaceX 星舰第 3 次集成飞行试验(IFT-3)by 全球航天事件

4.SpaceX:在座的各位,都是垃圾 by 创业邦

5.SpaceX星际飞船即将第三次飞行『航天视窗』by 我们的太空

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