八年磨一剑,星舰第五飞:SpaceX成功实现“筷子夹火箭”

文摘   2024-10-14 01:16   北京  


在火星上建立自给自足的大型人类城市,让人类成为多星球文明物种,可以说是人类历史上最伟大的梦想,没有之一。


  • 星舰第五飞

  • Elon Musk的伟大梦想

  • IFT-5星舰组合与参数

  • “筷子夹火箭”工作原理

  • FAA许可证风波

  • Elon Musk吹的牛




IFT-5:星舰第五飞


北京时间10月13日夜间20时25分,SpaceX从位于德克萨斯州的星舰基地Starbase的星舰轨道发射台成功进行第五次星舰集成飞行测试。


本次测试最大的一个亮点,也是极其大胆冒进的一次尝试:在发射后约6分中50秒时,星舰一级,直径9米高达71米的庞然大物在与二级火箭分离后返回至发射台,成功由安装在发射台上Mecahzilla机械臂捕捉,实现了发射台回收火箭!这是一个不可思议的的壮举!


截图是B12返回即将到达发射塔


“筷子夹火箭”-NSF直播画面


“筷子夹火箭”-SpaceX直播画面



其他已经不重要了,只能说一句:

Elon Musk,不负钢铁侠之名。




Elon Musk的伟大梦想


2016年,在SpaceX远远没有到达今天这样如日中天的地位的时候,Elon Musk在当年的国际宇航大会上发表演讲并初步描述人类殖民火星的技术路径,提出了ITS(Inter-stella transportation system, 星际运输系统),该系统必须具备下述特征:


  • 火星运力超过100吨

  • 可快速重复使用

  • 使用可在火星上制造的燃料

  • 建造成本低到可以大规模建造成百上千的舰队


Elon Musk的远见卓识和敢于梦想伟大愿景在这个演讲里一览无遗,必须认识到的是,在当时甚至今天的航天界,火星探索仍然是极少数国家机构的行为,火星探测器重达一吨已经是今天技术的极限,而火星飞行器包括发射系统动辄几亿甚至几十亿美元计。


事实上,Elon Musk成立SpaceX的目的就是为了实现这一梦想,在早期的人员招聘中,Elon Musk几乎向每一个他招募的人谈到这个愿景。



在下面这个SpaceX早期制作的星舰前往火星的征途动画中,可以清楚的看到星舰一级返回发射台,由发射台捕捉之后,与新的星舰组合后迅速再次发射的过程。



时间快转到今天,SpaceX正在快速推进星舰项目的进展,IFT-3星舰第一次成功入轨,IFT-4星舰再次入轨,超重实现精准悬停回收,星舰回收接近成功,而IFT-5,SpaceX计划再次书写航天界不可能的纪录:将在发射台捕捉回收人类有史以来建造的最大的飞行器,以实现未来的快速回收复用。




IFT-5星舰组合与参数


执行IFT-5,星舰第五次全舰集成飞行测试的星舰组合为:星舰二级火箭(也称星舰)SN30,星舰一级火箭(也称超级重推)B12。



星舰全长121米(其中星舰50米,超级重推71米),直径9米,是人类有史以来建造的尺寸最大、推力最大、运力最大的火箭。在这些创纪录的数据上,星舰还被设计为可以快速、完全复用。



一级火箭安装有33台猛禽发动机,装载约3400吨的燃料(液态甲烷与液氧),可提供达到74     ,435千牛的推力。



二级火箭安装三台真空猛禽发动机与三台海平面猛禽发动机,装载约1200吨燃料,可提供6,700到14,710千牛的推力。



SpaceX官网数据显示星舰在完全复用的条件下具有100到150吨的轨道运力。


SpaceX仍然在不断改进星舰的设计,未来的星舰将具备更大尺寸、更多推力、以及轨道与火星运力,并且最重要的是,在大规模生产的情况下,简化工艺,提高可靠性,大幅降低生产成本,Elon Musk早年曾经提到希望ITS最终的成本可以在数百万之间,这样才有可能生产成百上千的星舰,往火星发射数百万吨的物资与设备建设自给自足的火星人类城市。




“筷子夹火箭”工作原理


星舰一级发射台回收很多人以为是Mechazilla机械臂卡住栅格舵,其实不是,实际上机械臂卡住的是星舰上的一个小挂钩。


首先,机械臂上安装有缓冲层,以避免夹伤火箭。


其次,机械臂有一定的开关角度,这也一定程度上提供了一级火箭降落的精度空间。


最后,回收机构卡住的不是巨大的栅格舵,实际上机械臂的捕获卡点只是两个非常不起眼的倒L形挂点,这个结构直接连接到一级贮箱的上底,所以才能承力。


截图来自RYAN HANSEN SPACE制作的下面CGI视频,解说了星舰一级发射台回收的工作原理,十分值得一看。





FAA许可证风波


SpaceX在八月份就已经基本完成了IFT-5的发射准备,原先预期在9月份FAA会授予发射许可。但在九月底的时候,FAA发布声明称由于星舰发射对环境和生物的影响,需要额外两个月的时间进行调查,预计发射许可审批过程将在11月结束——届时再决定是否授予许可。


SpaceX对FAA的长期怨气终于爆发了,SpaceX官方账号发表公开信,质疑FAA的官僚流程和对SpaceX的偏见,Elon Musk更多次对FAA发表不满,甚至直接提出FAA局长应该引咎辞职。


总之,一阵争吵过后,SpaceX上周忽然发布了星舰IFT-5发射时间为10月13日,取决于监管批准。而两天前更改口:预计监管部门将在预计发射日期前及时授予许可。


而FAA也在10月12日授予SpaceX发射许可进行IFT-5的发射,并且一次性许可了IFT-6的发射,前提是IFT-6的发射规划情况必须与IFT-5大体上相同。





Elon Musk吹的牛


Elon Musk吹的牛也许会迟到但最终会实现。紧锣密鼓的星舰开发测试过程中Elon Musk多次对未来划下大饼:


10月3日


星舰的发射次数将大幅超过猎鹰系列火箭,因为星舰是完全可以复用的,预计2028年将发射超过1000次星舰,但这与建造火星城市相比所需的发射次数相比仍然不够。


9月23日


两年内发射五艘不载人星舰前往火星。

不管结果如何,SpaceX都将在下一个时间窗口大幅增加发射往火星的星舰数量。

最终将在每个时间窗口发射数千星舰前往火星。


9月8日


两年后发射不载人星舰去火星。

四年后最迟六年后进行火星载人飞行发射。

之后发射数量将成几何级数增长。


星舰已经基本上开发成功了,只需要再进行足够数量的发射次数来验证,人类星辰大海的征程序幕已经拉开,Boca Chica,SpaceX位于德克萨斯州的星舰基地,将成为人类登陆火星的地球门户。


Boca Chica风光


是时候回顾一下Elon Musk在2017年国际宇航大会上的演讲了,演讲的主题是“让人类成为多星球文明物种”(Make life multiplanetary),这是人类历史上最伟大的演讲,因为这个演讲提出了人类历史上最伟大的梦想——而且这个梦想在一步步实现之中。





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