星舰第六飞IFT-6不可忽视的细节

文化   2024-11-23 19:10   吉林  

尽管没能上演「筷子夹火箭」,但星舰第六飞仍有很多看点不可错过,尤其那些不可忽视的精彩细节。现在就来浏览一番:

▲第六飞双主角之一S31,起飞质量是1319.5吨,有零有整。包括1200吨推进剂,119.5吨干质量,比之前星舰120吨减重~500公斤。为了测试S31再入极限,测试团队移除2100块隔热片,包括前后襟翼之间的8列隔热片。星舰通常贴有18000块隔热片,标准款每块重381克。这次移除2100块,粗略估算应减少800公斤。但多个信息源给出的是减少500公斤。推测应该是移除的2100块,并不是尺寸和质量都相同的隔热片。

B13作为星舰第六飞的第一级(又称助推器),箭高71米,直径9米,干质量275吨,推进剂最大加载量3400吨,全功率起飞推力可达7590吨力。SpaceX直播解说称7500吨推力,并且给出更形象的对比图:星舰起飞推力相当于66架波音747客机的推力总和。

横向对比更震撼:星舰起飞推力轻松超过苏联N1火箭4600吨力,是美国SLS的1.9倍、土星五号两倍、中国长征五号7倍。

▲起飞这一刻,一举超越航天史上所有巨箭,无愧于赢得「最重最强大运载火箭」的至尊荣耀。被马斯克昵称为「地球上最酷的东西。不管第二酷的是什么,跟星舰没法比」。

要想驾驭如此巨大的推力绝非易事。去年首飞造成的巨大破坏力,导致火箭本身3台猛禽直接损坏,发射台基座被掘地三尺,碎片摧毁了停在200码外的汽车,大量碎石坠落海面激起重重浪花,就连10公里外的伊莎贝尔港街头都被沙尘暴侵袭……经历4次平安起飞后,这次第六飞再次引发故障,导致未能上演「筷子夹火箭」。

▲B13飞越发射塔时,火箭尾流疑似直接或间接破坏到发射塔顶部的通信塔,导致倾斜受损,这个集成塔也用作避雷针和气象塔。由于通讯塔受损(至少是主因),导致自检系统报警,随后发射总监放弃火箭原位回收操作,改为海面溅落。 

▲SpaceX官网在总结第六飞时承认了这点:「由于发射与捕获塔的关键硬件触发了自动健康检查系统中止进行捕获尝试。」

▲发射两天后,即美中时间11月21日下午时段,有人在发射塔顶搭建脚手架,对受损的通信塔进行维修。

▲威力巨大的起飞推力,导致的破坏不止于此。发射后重新开放博卡奇卡海滩,有民众和星舰迷捡到多块隔热片,拍照上传至社交媒体,分享发现的喜悦,同时为星舰技术的持续改进加油鼓劲。隔热片成了一种另类的航天纪念品,让更多人意识到史上最大航天器的复杂性和技术难度。

这些被捡到的隔热片保存较为完好,呈六边形,表面黑色,背面带有安装使用的凹槽和结构支撑。隔热片脱落现象并非只此一次。事实上,每次星舰试飞后都会留下一些特别纪念物,毕竟星舰还处在开发测试阶段。造成隔热片脱落的原因,包括起飞阶段的剧烈振动和压力,发射时的气动载荷可能导致部分安装不牢固的隔热片脱落,以及可能存在个别隔热片未完全通过质量检测。这正是SpaceX持续改进隔热系统的重点之一。通过分析每次试飞后回收的残骸和数据,可以优化隔热片的设计、制造和安装工艺。比如使用更加坚固的粘合材料或固定结构,测试不同形状或布局的隔热片,进一步提高热防护系统的整体性能。

外界已知的故障点:一二级热分离后,B13冷却管疑似被扯断。视频画面显示,最左侧就是箭体外侧正常的冷却管;中间画面箭头指向被扯断的冷却管;右侧画面圆圈里就是断掉的一段冷却管。

这类故障也会触发自检系统报警,显示无法达到符合B13飞回发射场并执行捕获回收的条件。因此在升空不到4分钟,发射总监宣布:Booster Offshore Divert(助推器离岸转向),表示取消B13原位回收操作,系统默认执行海面溅落。遗憾的是,我们无法目睹「筷子夹火箭」,这次未能再次验证超重型火箭原位捕获回收技术;欣慰的是,这恰好成功检验了发射系统的安全运行机制,也是开发团队优化发射与返回的软件控制及准许标准的具体表现。

▲发射升空6分54秒,B13受控垂直溅落在墨西哥湾海面。B13海面软着陆时间点标记为:2024年11月19日22:06:54(UTC);2024年11月20日6:06:54(北京时间)。

具体坐标点:北纬 25°54'50.22",西经 96°52’45.01”。距离星舰基地发射场只有10多公里。

▲对比几次试飞的火箭溅落点,B13、B11、B10。

▲受控溅落8秒后,触发FTS引爆箭体。附近有观察人员及任务船只记录全过程。这次不会打捞B13。SpaceX只打捞过B11箭体残骸(主要是推进系统部件)。SpaceX成功打捞超重型B11

▲第一级谢幕,第二级继续飞行。升空25分,SpaceX直播画面开始显示S31载荷舱内影像,一只香蕉成为主角。这是已知星舰搭载的第一个有效载荷,尽管它并不会真的被部署到太空中。据称这是来自SpaceX内部工作人员的提议,意在为首次有效载荷测试增加趣味性。这种载荷并非传统意义上的卫星或科学仪器,很符合SpaceX一贯的文化特色。与SpaceX历史上的其他著名载荷(比如猎鹰1号的奶酪、重鹰首飞时特斯拉轿跑)进行比较,这是一次有趣且低调的技术验证。香蕉虽小,但它标志着星舰首次搭载有效载荷,这对测试货舱的密封性、热保护系统以及振动影响具有重要价值,此次飞行数据还会为未来大规模载荷(如卫星、探测器、机器人、宇航员)的搭载提供参考。

S31高精度软着陆于印度洋,具体的香蕉状况尚未被官方披露,但在社交媒体上引发了大量关注与调侃。通过这种非正式的有效载荷,SpaceX再次传递出一种信号:航天探索不仅仅是严肃的科学任务,也可以充满趣味和灵感,充满好奇心的灵魂更有趣。另外,搭载香蕉跟这次任务徽章、S31头锥贴花「香蕉人」遥相呼应,风格一致。

▲S31任务徽章

▲S31贴花   S31贴有香蕉,啥内涵?

▲升空37分47秒,S31在轨启动单台猛禽真空点火,尽管只有短短几秒,但这是星舰第一次尝试并成功太空点火(星舰第三飞原计划尝试,因S28飞行姿态不稳而取消)。

通常,在轨点火是为了脱轨,发动机喷口朝向飞行方向点火,以便反推减速。但S31只是沿着跨大气层轨道飞行(-8x190km),用不着翻转姿态反推减速,就可以脱轨再入。所以,这次演示在轨点火,并没有调转方向,而是背向点火,以加速飞行。在轨点火后,S31速度从启动前的26563公里/小时,加速到26641公里/小时,飞行轨道也从-8x190km调整为-50x228km。但远地点仍是190公里。相比,第五飞和第四飞远地点都是213公里,第三飞远地点234公里。

▲在轨点火约十分钟后,S31开始再入大气层。

▲星舰两侧拆除隔热片位置,出现轻微弯曲现象,但基本完整未破损。该位置未来用来安装回收装置,比如挂载点、稳定点纵梁,这次用于测试该位置的耐高温性。在无任何额外冷却下,星舰不锈钢舰体可承受最高温度1176°C。而大多数火箭箭体采用碳复合材料,熔点性差,内含高强度树脂溶点低,只能承受200°C极限。

▲升空1小时后,S31右前襟翼出现烧穿现象,这是以更大的攻角再入、挑战襟翼控制极限的结果。前辈星舰S29、S30再入时,前襟翼均有不同程度的烧蚀损坏。测试团队期望S33新襟翼能够彻底解决前翼再入受损问题。

相比于第一代星舰,第二代首舰S33的前襟翼变得更薄更尖。具有更倾斜的形状,相比第一代设计不再保持底部与地面平行。厚度减小一半,质量更轻。并且铺设了更小块隔热片。前襟翼的气动外壳更薄,并具一体化的前沿盖板。襟翼基座变得更窄小。前襟翼整体向上向后移,更靠近头锥顶部和背风侧,这些改动目的是避免铰链处于高温等离子流中,有助于提高耐热性,从而提升飞船再入能力。

升空1小时05分,经过翻转机动和着陆点火,S31以垂直姿态触及海面,先是船尾落入水中,随后船身翻转,成功软着陆于南印度洋目标溅落点。具体坐标点:南纬18°7'4.44",东经 106°20’56.44”。

S31软着陆时间点标记为2024年11月19日23:05:24(UTC);2024年11月20日7:05:24(北京时间)。

软着陆后不久,触发FTS引爆星舰。

星舰软着陆阶段,正值当地日出时分,为提前设置在海面上的摄像机提供了绝佳拍摄条件,高清记录S31海上软着陆全过程。

这次测试重点之一:验证S31厘米级的高精度着陆能力。这一目标远高于星舰第五飞S30达到10米级的着陆精度。测试团队希望通过实测S31精准软着陆,进一步验证星舰高精度着陆能力,为第二代星舰尽早尝试原位捕获回收做准备。

除了地球千万观众外,还有来自太空的观察者。这是从国际空间站(ISS)外部摄像头拍摄的静态图像。标注的红色方框内显示了星舰产生的羽流,这是由发射时产生的排气形成的。羽流在地球上空极为显眼,说明星舰发射释放的能量和气体扩散范围极广,显示出星舰的推力和能量输出达到了极高水平。

▲这是美国宇航员唐·佩特在ISS上拍到的星舰飞行轨迹,彰显了影响已远超地表,在太空中也能清晰可见。

尽管星舰暂时没有对接国际空间站的能力和计划,但随着技术成熟和任务拓展,未来几年并不能排除这种可能性。甚至有可能作为2030年国际空间站退役后的替代者,成为美国商业空间站的最佳选项。毕竟,目前开发中的各商业空间站(如公理号、轨道礁),与星舰版空间站相比,既不靠谱,更无优势。一旦星舰成熟运营,未来一切皆有可能。星舰大航天时代,不会独揽一切太空运输,但会掌控跨星际交通。

▲星舰第六飞现场观众,除了数万围观者,还有一位地表最有权势者,这位懂王头戴红色帽子,鲜艳而醒目,上面绣着MAKE AMERICA GREAT AGAIN的口号以及45-47的数字,是一种符号,更是一种宣言。作为曾经的第45任总统,他如今俯瞰着这片航天热土,仿佛在用沉思的目光丈量未来。数字47,更是对即将到来的大破大立的隐喻。

未来四年,川马二人都有强烈意愿希望在川普2.0时代实现一些里程碑式创举。地球人将有机会目睹星舰大航天时代的提前到来:2025年星舰捕获回收、两地高频发射、舰对舰在轨加油;2026年无载人登月演示、首次载人登月、首批星舰搭载机器人飞向火星;2027年开启航班化天地往返运输、重新定义阿尔忒弥斯任务、全面取代SLS+猎户座飞船;2028年首批先遣宇航员飞往红色星球,火星航班正式开启……

自在飞花
知音如不赏,归卧故山秋。
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