馬斯克的終極星際大殺器 " 星艦 ",即将迎來首飛!
這個 " 瘋子 " 在 2017 年提出星艦計劃,這是一項推動人類前往火星和月球,以及在地球軌道上實現太空旅行的瘋狂計劃。既是上天,就涉及到 " 交通工具 ",SpaceX 星艦由此誕生。在曆經整整 4 年的各種測試、點火、試飛後,星艦終于到了第一次完全組合體發射。
然而,原定的 4 月 10 日發射時間最後被 " 鴿 ",在網友不斷催促下,馬斯克終于模糊表态,說會在 4 月份的第三個周末 ( 15-16 日 ) 首飛。由于有前車之鑒,很多人這次也沒有把馬斯克的話當真。
但繼馬斯克後,SpaceX 官方也發推聲明:星艦已在星艦基地完全堆疊,測試團隊正緻力于下周濕彩排,約一周後将進行星艦首次綜合性試飛,正等待監管部門的批準。
此前專業航天媒體 NSF 的 Alex 也爆料稱,SpaceX 将在本周六完成發射準備審查後,直接進入發射環節。這些消息綜合起來,都透露出一個訊息:星艦已經做好準備,就差 FAA 發射許可證。而據消息人士透露,這兩天應該就會下發該許可。
按照時間來推斷,最早和最有可能的就是下周一(4 月 17 日)。
而實施星艦首飛任務的博卡奇卡封路通知也已發布,封路首選日期爲 4 月 17 日,備選日期爲 18 日和 19 日。這次星艦将進行軌道級飛行測試 ( OFT ) ,目标是低地軌道 ( LEO ) ,嘗試繞地球飛行一圈,最後在夏威夷附近的太平洋上海上着陸。
如果成功的話,那意味着人類離月球生活就又進了一小步。這也讓人愈發好奇,這個 " 交通工具 " 究竟可不可靠。
簡單來講,星艦是由上級 " 星際飛船 " 和下級 " 超級重型助推器 " 組成的兩級火箭,其結構類似于普通的火箭,但尺寸要大得多。 完全堆疊時,高度達 120 米 ( 大約 40 層樓 ) ,堪稱史上最高火箭。
其中星際飛船是執行各種太空任務的載具,它配備 3 台海平面版猛禽發動機和 3 台真空版猛禽發動機。而助推器是用來将星際飛船送入軌道,它底部多達 33 台第二代海平面版猛禽發動機,能提供超 7200 噸的推力。
在助推器助力下,星際飛船能夠搭載 100 多噸的貨物或者 100 多名乘客送往地球軌道、月球、火星甚至更遠的深空。
這段長旅途也對燃料提出了要求,最後一種新型的液态甲烷成爲最佳推進劑。與傳統的液氧煤油或液氧氫相比,液态甲烷更加的環保、高效和便捷。
除了燃料,星艦的降落方式也很新穎,它未采用傳統傘降回收方式,而是直接垂直降落,這樣就不用額外增加其它重量,同時定點着陸也能減少對地形的要求。想法是好的,但實施起來困難不少,比如精準控制軌迹和減速等。
先說軌迹控制,它是裝備了四個可移動的翼面結構,這些翼面結構能根據飛行狀态自動調節角度,以保持飛船的穩定性和可操縱性。
至于減速,最終星艦下落時采用一種 " 肚皮朝下 " 的姿态,在高速下降時将自身的底部朝向飛行方向,充分利用空氣阻力 " 反推 " 減速。
而得益于材料的可靠性和降落方式等各種因素,理想狀态下,星艦将是一種完全可重複使用的運輸系統。在馬斯克的設想中,星艦一天可以發射 3 次,向火星運送百萬噸物資。
要想實現這一願想,擺在眼前的第一步就是星艦要能發射上去。而過去幾年,星艦測試計劃可謂命途多舛,先是 Mk1、SN1 和 SN3 三台原型機均未通過低溫驗證測試。
SN2 倒是通過了低溫測試,但該原型機不符合飛行條件。經過不斷改進後,SN4 走到了點火這一步,并順利完成了 4 次靜态點火測試,可惜第 5 次靜态點火後它炸了 ... 還沒上天呢,就壯烈犧牲。沒辦法,隻有靠 SN5 來挽尊。
好在 SN5 多次靜态點火無誤後,終于能執行首次單引擎低空飛,最後它不負衆望,點火後緩緩升空飛到 150 米高度。在空中飛行大約一分鍾後,SN5 緩緩降落在附近地面上。
SN5 升空▲
雖然這隻能算一次 " 短途 " 嘗試之旅,但也代表着星艦原型機第一次成功升空。試驗成功後,馬斯克在 Twitter 上表達了自己的喜悅之情,看來我們離殖民火星又近了一步。
同年年底,星艦 SN8 在得克薩斯州進行了首次高空試飛。試飛中,SN8 成功達到約 12.5 公裏高度 ( 12500 米),這次飛的更高了,但意外來了:落地瞬間發生了爆炸。
SN8 落地瞬間爆炸▲
之後的星艦 SN9、星艦 SN10、星艦 SN11 在試飛着陸時都是曆經坎坷," 炸了又炸 ",到星艦 SN15 試飛時終于平穩落地。至此,星艦原型機在不斷坎坷中艱難完成了亞軌道試飛。之後也多次完成了亞軌飛行測試,并成功摸索出可控飛行方法。
SN15 完美着陸▲
星艦團隊還多次測試了越來越複雜的靜态點火,實現 31 台猛禽發動機的全程點火測試——這是航天史上同時點火最多的火箭發動機。根據早期計劃,星艦今年完成首次軌道試飛,來驗證整體性能和可靠性,爲後續太空任務打下基礎。
前面說了,星艦并非是 " 一次性用品 ",它能重複利用,将源源不斷的人和貨物帶網火星并建立基地。而這也将付出巨大的發射成本。對此馬斯克曾表示過,單次發射成本僅約 200 萬美元,這幾乎是目前獵鷹 9 号發射成本的 1/10 不到。
對應其 100 噸的低軌道運載能力,可以将每公斤有效載荷發射入軌成本降低到驚人的 10 美元。
按現有計劃,星艦還能在太空完成中途添加燃料的工作。這使得星艦可以少裝燃料多裝人 / 貨。燃料不夠時在太空與能源星艦對接補充燃料。可以說全方位節約成本了。
這也讓很多人在期待星艦首飛,但馬斯克曾說過,首次發射基本上屬于是抛硬币的玩法,成功概率約爲 50%。怎麽說呢,沒有人會想故意失敗,一旦決定發射星艦,最終成不成功不知道,但一定已經盡力了。
但前期沒法保證百分百成功,怕大衆期望值太高,所以隻預估一半的機率。就像重型獵鷹發射前,馬斯克也說了同樣的話,什麽 50% 啦,不炸在發射台上就是成功啦。基本上這就是屬于一種流程式的預防性挽尊,降低期望用的。
馬斯克曾表示,他希望在本世紀内建造至少 1000 艘星艦,祝他早日實現吧。當然,這眼前的就是星艦首飛順利。
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