北京时间今晨6点整，美国太空探索技术公司（SpaceX）研发的、代号为“星舰”的重型运载火箭，在得克萨斯的“星际基地”（StarBase）发射场进行了第6次试验性发射。
星舰是SpaceX正在研制的一款可完全重复使用的重型火箭，起飞重量超越当年的阿波罗登月火箭——土星五号。
这是今年星舰的第4次试射，也是初代星舰的谢幕演出。距离上次成功进行“筷子夹火箭”的第5次星舰发射，时隔仅1个月。
即使放在人类航天最疯狂的冷战时期，如此重型的火箭一月一发，这样的频率都是难以想象的。
而SpaceX高管更是放出豪言——明年将发射数量提升至25发，即半个月一发。甚至，“未来4年内发射400发星舰也不足为奇”。
星舰S31和超重B13在进行推进剂加注测试 | SpaceX
让我们一起深入了解一下，人类有史以来最大的火箭——星舰
01
星舰结构
“星舰”系统包括第一级“超重”运载火箭和第二级太空飞船星舰，总高121米，直径9米。全箭最大起飞推力7130吨。其远期规划的运载能力为：完全重复使用时，近地轨道运载能力大于150吨；一次性使用时，近地轨道运载能力大于250吨。
第一级“超重”运载火箭为Super Heavy助推器，采用了33台猛禽火箭发动机，单个最高运载能力为250吨，完全可重复使用时运载能力最高为150吨。猛禽发动机使用低温液氧和液甲烷作为推进剂，并采用全流量级燃烧循环。
Super Heavy助推器上的33个猛禽发动机分为两层排列，外层有20个，内层有13个。外层的20个发动机是“Raptor Boost”配置，它们去掉了节流阀执行器以减轻重量，并且使用了修改过的喷嘴，降低了节流性能，以换取更高的推力。内层的13个发动机是普通的“Raptor”配置，它们可以在20%到100%之间调节推力，并且可以在两个轴向上偏转15度以控制姿态。
第二级“星舰”飞船，高50米，搭配有3台海平面版猛禽2发动机和3台真空版猛禽2发动机，以在不同的高度和速度下提供最佳的性能。其中真空猛禽发动机作为猛禽发动机的一个变体，直径2.3米，高4.6米，有一个更大的喷嘴，以增加比冲和减少气流分离。其单发推力约为14.7兆牛顿（约合150万千克力），比冲约为380秒。
研制历史
2005年SpaceX首席执行官马斯克首次提出一种使用梅林2发动机的、能将100吨重的载荷发射到低地球轨道的大容量火箭概念“BFR”。
2016年公开了星舰的前身——火星殖民运输器（MCT）。
2016年猛禽发动机原型首次在试验台上点火，使建造大型液氧甲烷火箭成为可能，并将该火箭更名为“星际运输系统”。
2017年，重新更名为BRF，并进一步修改了飞船的设计，使其更加实用和经济。
2018年9月，BFR航天器经过重新设计，出现了两个前襟翼和三个可用做着陆腿的后襟翼。同年11月宣布了整个系统和第二级的名称“Starship”，以及助推器的名称“Super Heavy”。
2019年9月至2020年12月，Space X制造了多个星舰飞船的原型机，并进行了多次高空试飞。其中SN8、SN9、SN10、SN11都在高度约10公里处爆炸或坠毁；SN15则成功完成了10公里高空试飞并着陆；SN16则被取消发射；SN20则被用于首次轨道试飞。
03
发射情况
星舰系统自2023年4月至今，已完成六次飞行实验，分别于2023年4月和11月进行了前两次的轨道飞行测试，但均于半空中发生解体爆炸。2024年3月和6月，成功完成第三次和第四次轨道飞行实验，但未能完成助推器与星舰的回收。
2024年10月13日，Space X发射星舰S30与超重B12组合体，执行星舰第五次集成飞行测试（IFT-5），并成功实现发射塔架“筷子”机械臂原位回收超重助推器B12。该“筷子”名为Mechazilla，为了实现塔架的抓取，解决了三大“拦路虎”：
本次飞行标志着人类首型全复用火箭的诞生，将彻底改变人类进入太空的方式，向人类移民火星又前进了一大步。
04
第六次集成飞行测试
近日，Space X公司宣布进行星舰第六次继承飞行测试，以实现如下目标：
这次飞行实验将主要分为三个阶段。一是系统的上升阶段：超重助推器点火，以实现飞行器的起飞上升。二是一级返回阶段：达到预定高度后进行系统的热分离，一级超重助推器进行翻转机动后再次点火以返回发射场，并被“筷子”捕捉，实现可重复使用。三是二级飞行和再入返回阶段：二级星舰飞船点火启动与助推器分离后持续上升到预定高度，滑行，在完成预定任务后星舰再入大气层返回。
这次飞行的硬件升级为助推器推进系统增加了额外的冗余，增加了关键区域的结构强度，并缩短在成功捕获后从助推器中卸载推进剂的时间。任务设计者还更新了助推器发射和返回的软件控制和承诺标准。
与第五次飞行试验类似，在返回和捕获超重型助推器之前，必须满足不同的载具和发射台标准，这将要求助推器和塔架上的健康系统以及任务飞行指挥官的最终手动命令。如果在助推器推进完成之前没有发送此命令，或者如果自动健康检查显示超重助推器或塔架的情况不可接受，助推器将默认为将其带到墨西哥湾着陆燃烧并软溅落的弹道。
这次飞行的另一个目标是尝试使用单个猛禽发动机进行太空点火，进一步展示在轨道任务之前进行上面级离轨点火所需的能力。
几项热保护实验和操作变化将测试星舰飞船的能力极限，并生成飞行数据，以告知上面级捕获和再利用计划。
飞行测试将评估新的上面级热保护材料，将研究的未来飞行器上捕获飞船两侧拆除整个隔热瓦片。该船还将在下降的最后阶段故意以更高的攻角飞行，有目的地强调襟翼控制的限制，以获得未来着陆剖面的数据。
05
星舰相关研究进展
目前为止，Space X公司所有的飞行试验都是由一代星舰飞船搭配超重推进器构成“星舰”系统，同时第二代星舰S33也已亮相，其相比于一代星舰，有了如下改进：
SpaceX规划中的第二代超重-星舰（超重-星舰V2）具备完全重复使用能力，箭体长度较V1增加约3米，在重复使用状态下将能够携带超过100吨的物体进入轨道。通过升级改进后，最终的第三代超重-星舰（超重-星舰V3）在完全重复使用状态下运载能力可达到200吨，在一次性使用时可达到400吨。箭体长度将增加20～30米，推力增加至10000吨。
除此之外第三代猛禽发动机试车也于今年8月进行了首次试车，其设计海平面推力280吨，真空比冲为350秒，质量为1525千克。SpaceX称，第三代猛禽本身设计有复杂的集成冷却回路，火箭将不再需要为发动机安装额外的热防护。
SpaceX宣称，2025年计划进行高达25次星舰发射，作为一款起飞推力超过7000吨，运力超过100吨的重型火箭，这样的发射数量将超过人类此前发射过的所有重型火箭之总和。
或许重型火箭的新时代，就将从下一次星舰发射开始。
本文转载自：航空制造网
内容来源：科技圈、果壳、航天一院研究生会
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