开头马斯克准备了7年的星舰炸了,但员工们却非常激动,甚至有人开起了香槟。
作为实现马斯克火星梦的重要工具,星舰从一开始就赋予厚望,据悉光造价就高达30亿美元,约合200亿人民币,这自然而然吸引了全世界的关注。
发射前,马斯克说,大家不要抱太大的希望,成功率最多50%,只要不把发射台炸了就行。
结果发射台倒是没事,但在上天几分钟后,到了星舰分离阶段,还是解体爆炸了。这一炸,堪称全球最贵的烟花表演秀。
然而坐在现场一线观战的马斯克,情绪似乎还比较稳定,随后他在推特上发文说,虽然此次失败了,但是学到了很多东西,未来几个月后还会继续进行发射。
有人就说了,不就是一次火箭发射嘛,至于吸引全球的目光?
本着外行人看热闹,内行人看门道的原则,这一期给大家剖析下,星舰独有的创新黑科技。
星舰黑科技回顾SpaceX星舰项目的发展历程,可以追溯到多年前。
在2000年,成立SpaceX之初,埃隆·马斯克(Elon Musk)的目标就是开发一种可重复使用且成本较低的火箭系统。
随着研究和计划的推进,星舰作为一种较大型火箭系统逐渐在马斯克的构想中成型。
到了2010年,SpaceX成功开发并推出了猎鹰1号(Falcon 1)、猎鹰9号(Falcon 9)和猎鹰重型(Falcon Heavy)火箭。
这些火箭的成功使得SpaceX掌握了火箭发动机、航天器结构和可重复使用技术等多方面的关键技能。这为未来的大型火箭项目-星舰奠定了基础。
接着在2012年到2016年期间,星舰计划最初的名称为马斯火箭(Mars Colonial Transporter),后来叫作星际运输系统(Interplanetary Transport System),并在2016年正式定名为星舰项目。
此时相关设计和技术测试开始展开,包括研究液氧-甲烷发动机技术的猛禽发动机的开发。
在2016年到2019年,SpaceX开始积极推进星舰和发动机的相关测试,以及一系列地面测试,如静态点火测试和发动机燃烧并进行了多次迭代和优化。
等这一步骤完成后,从2019年到现在,SpaceX开始设计和制造星舰原型,并进行了一系列飞行测试。
从最初的双背驼“星舰Mk1”到“SN系列”的原型,SpaceX已经进行了数次飞行以及着陆测试。
因此,这次发射的最新星舰,可以说是经过不断研发迭代而诞生的产物。
参数方面,星舰总高度约为120米,相当于一栋40层大楼的高度,这是一个庞大且壮观的火箭,比大多数现有火箭高很多。
直径9米,起飞总推力超过7000吨,近地轨道运载能力约为150吨,远高于目前主流火箭的运载能力,甚至比美国当年登月使用的土星五号还厉害。
当然了,星舰除了体积大、运力强以外,最厉害的还是可以回收并重复使用。
并且星舰设计的上,上下两级均可回收,落地后只需经过基本的维护、装填燃料,即可再次发射升空。
回收过程非常有意思,像主流火箭回收的“ 降落伞 ”方案,星舰统统不要,甚至直接扔掉了大部分引擎、降落伞,甚至连起落架都没有。
因为这些,对于星舰来说,都是会占据运输空间,占用总体成本。
当星舰从太空中重新进入大气层以后,是腹部以倾角60-70 度的角度不断地下降,是的,只有一面受到挤压,不像之前的航天飞机是两面都会。
为啥如此设计?无他,就是省钱!通过给一面安装隔热板,再搭配里面的隔热膜和飞船本身的不锈钢材料,可以承受极端温度,为乘客和机载设备提供有力保障。
隔热板采用的是黑色六边形隔热瓦,这些陶瓷瓦片对热量具有较好的耐受性和反射性,有助于保护飞船表面在极端环境中不受损坏。
据悉,这些瓦片能够承受高达1650摄氏度的温度,远高于飞船进入大气层时所需承受的温度。这也是美国航天飞机曾使用的类似技术。
同时在飞船内部,SpaceX设计了专用的隔热膜,可有效地隔绝外部高温,以确保飞船内部的仪器和乘客在恶劣环境下仍能保持安全。
不锈钢部分,星舰用的不是普通的不锈钢,而是301不锈钢。
相比传统的铝合金材料,这种不锈钢具有更高的强度和更好的耐腐蚀性,同时也更加耐高温,可以承受发射过程中的高温和高压环境,同时具有更长的使用寿命。
最关键的是价格便宜,钢材价格为每吨2500美元,焊接也非常容易,这样重复使用的维护费用也较低,还便于快速生产和安装。
这么划算的材料,SpaceX没有道理不用对吧?
等星舰飞船降到了足够低的高度,想要回到发射台,这个步骤也是非常讲究的。
需要内部的发动机跟舰体上的向导羽翼共同配合,并实现翻转,而这要非常精准才行。
从概率上说,在较低的海拔进行翻转,确实有可能节省燃料,但如果越晚翻身的话,对姿态的调控空间就越小。
稍有不慎,就会落地成盒,哦,不,是落地爆炸。所以什么时候翻转,才能以最佳的角度返回?对于工程师来说,是非常考验技术的操作。
翻转问题解决后,星舰可以用直直的角度返回,此时另外一个黑科技也要发挥作用了,那就是发射台上的大夹子,官方形象的比喻是“筷子”。
当星舰以正确角度返回到发射台时,此时“筷子”就会用最后一夹来保证回收稳当。
再经过简单的燃料补充、检查之后,全新的星舰马上又可以再次起飞,省去来回厂房组装的时间,发射频率比传统火箭高出了好几个数量级。
毕竟在马斯克设想中,一天是要发射 3 次星舰飞船,感觉随着未来星舰的技术发展和创新,实现这一目标,估计还是有极大的可能。
总的来说,将火箭从大气层送回,然后实现垂直着陆,需要精确的计算和复杂的控制,这对火箭的性能和可靠性要求极高。
这个难度有多大?之前 SpaceX 的猎鹰 9 号的回收,相当于是让一支铅笔飞过帝国大厦头顶之后,再精准垂直落到只有鞋盒大小的着陆点,这已经非常具有挑战性。
相较于猎鹰 9 号火箭,如今的星舰回收难度更高,比如星舰的总高度约为120米,远高于猎鹰9号的70米。
这意味着火箭在重返地球大气层时所承受的应力和热量将更大,需要更为精密的控制和制导。
再者,星舰在返回大气层时,采用了不同于猎鹰9号的回收策略。
它需要采用一种被称作“腹部跳水”的姿态,以降低返回速度,这就要求它在进入大气层时精确地控制角度和速度。
而在接近地面时,星舰需要实现高度复杂的翻转操作以完成垂直着陆,而这样的控制精度对火箭及其控制系统提出了很高的要求。
最后就是猎鹰9号主要执行近地轨道任务,而星舰计划执行从地球到月球乃至火星的任务。这些任务对飞船的能力要求更高,其速度、航程和载荷要求也更为繁重。
因此,这种飞船需要在远离地球的环境中成功执行任务,并在返回过程中满足回收的挑战。
除了设计以外,星舰的燃料也跟其他国家的火箭不一样,采用的是液氧甲烷。
首先甲烷的比推重比,比传统的液氢/液氧组合高,也就是推进剂产生的推力与燃料的质量比。这意味着可以在更少的燃料质量下获得更多的推力。
其次甲烷是一种天然气,在地球上的开采和运输成本比液氢和煤化油烃低。此外,甲烷可以在地球上使用可再生能源生产。
最后就是相比液氢,在环境压力和温度下,甲烷更易于制造和存储。这意味着需要更少的设备来处理甲烷,从而减少了航天器的重量和成本。
总之,马斯克为了实现星舰的最终体,就一个目标,那就是省钱、省钱、还是TM的省钱。
结尾虽然这次星舰发射失败了,但一句话怎么说来着,失败是成功之母,只要不断的总结经验教训,迟早会成功的。
正如俄国科学家齐奥尔科夫斯基说的那样:“地球是人类的摇篮,但是人类不能一直生活在摇篮里”。
或许在几个月后,我们真的能见证奇迹的诞生也说不定。