星舰完成第三飞,猛禽发动机首次在太空中重新点火!

以下文章来源于空天动力瞭望 ,作者Wency,熊靖宇

北京时间2024年3月14日21:25,美国SpaceX公司再德州博卡奇卡进行星舰第三飞。火箭发射升空后,33台发动机均正常发动。星舰按照预定计划成功进行热分离,但一级返回时发动机点火不正常,信号丢失(未能顺利回收)。

white paper rocket 6© 3D科学谷白皮书

21时40分,马斯克发文,向星舰团队表达祝贺,星舰“已达到环绕速度”。

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二级飞行正常,顺利进入预定轨道。随后,SpaceX官方宣布完成了S28开/关舱门和推进剂转移测试。发射后约40分钟,S28飞船顺利完成再次点火;约50分钟时,开始离轨再入。不过这一过程中,S28信号丢失,未能看到飞船降落印度洋的画面。

nsf_2▲ 星舰内部画面

NSF表示:S28飞船重返大气层后,因姿态问题,飞船烧毁,降落失败。

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截至发射全流程结束,SpaceX官方确认S28丢失。

block 星舰第三次试飞的目标

spacek▲飞行图解

第三次试飞目标

两级的成功上升燃烧
星舰有效载荷门打开和关闭
上面级在滑行阶段时的推进剂转移
猛禽发动机首次在太空中点火
星舰的受控再入

此外,第三次试飞采用新的轨迹,星舰上面级溅落在印度洋。相比之下,前两次试飞溅落区是夏威夷附近的太平洋。这条新的飞行路线便于尝试新的技术,如发动机在空间环境中点火,同时最大限度地保证公共安全。

nsf_4▲飞行落区

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block 第三次试飞的改进

超重助推器B10的变化:采用更简单的椭圆形圆顶。在液氧贮箱底部增加了新的大型晃动挡板,帮助抵消在翻转过程中发生的推进剂晃动,并促进后燃。

星舰飞船S28变化有:顶部贮箱有多个牛铃通风口(cowbells),用于引导气体下降,远离隔热板。SpaceX已经删除了三个液氧贮箱通风口,两个牛铃通风口和一个侧通风口。除了通风口的变化,S28的液氧贮箱增加了垂直纵梁,加强结构。在后穹顶焊接线上也有更大的双层板。

在发射台方面,SpaceX增加了四个液氧冷却器和两个泵,以及两个液体甲烷冷却器和一个推进剂泵。通过这些措施,推进剂加注时间从前两次试飞的97分钟减少到本次试飞的50分钟。

星舰飞船和超重助推器的冷却器和泵分开。助推器现在有六个液氧和三个液态甲烷过冷却器,星舰飞船上有两个液氧和一个液态甲烷过冷却器。

另一个大的变化是贮箱液氧和液态甲烷侧增加了贮箱歧管,使SpaceX在测试或中止情况下更快地清理。这也减少了发射尝试之间的周转时间,可以回收更多的推进剂。

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block 展望未来

在第三次试飞之后,还有第四次试飞,目前计划是星舰S29+B11。现在,S29飞船已经完成了一次自旋启动,然后返回生产现场,B11助推器准备OLM。
SpaceX的创始人、首席执行官兼总工程师埃隆·马斯克(Elon Musk)认为,星舰最终将取代该公司的主力猎鹰9号火箭,成为发射业务的核心。目前该公司发射服务已经将世界上大多数卫星及其他有效载荷送入太空。

NASA是SpaceX的主要客户,在星舰发射合同中占有相当大的份额,NASA指望星舰实现阿尔忒弥斯计划,载人登月。

马斯克在2023年国际宇航大会上表示,未来星舰将实现大规模高频率快速可重复使用发射和运输,目标是向火星表面输送100万吨有效载荷,但首先需要向地球轨道运输大约500万吨有效载荷,从而在火星上创建一个自给自足的城市,以及推进剂工厂。

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随着未来发动机的升级,星舰运力将是猎鹰1号火箭的900倍,预计推力将达到9071吨。

SpaceX正在Starbase建造一座巨型火箭工厂,并计划在未来四年内进行不载人登陆火星测试。

SpaceX 在德克萨斯州和佛罗里达州设有发射场,计划在 P 39a 建造一个星舰发射台,并可能在海角设立一个格林菲尔德发射场,目标是未来每天发射几次。

SpaceX 计划在太平洋测试海上发射回收星舰飞船和超重助推器。但对于飞船而言,采用海上溅落回收的方式太慢了。发射塔架可以用机械臂实现无损捕获回收、补加推进剂并重复使用,这才是最高效的方式;助推器的回收已经有很多经验了,发射塔架捕获回收的方式值得尝试。超重助推器可能会在1年内实现捕获,5分钟内快速重复使用;星舰飞船可能会在明年年底前实现捕获。目标是每年发射数千次,达到每年将 100 万吨发射到地球轨道,并最终在 5 年内将 100 万吨发射到火星的目标。

星舰要实现太阳系的任何地方着陆,需要有多功能物资运输能力。其中推进剂运输对于太空任务是必要的,除了火星上的推进剂工厂,未来还会有在轨补加版本的星舰,成为太空中的加油站。

星舰可以作为与国际空间站体积相似的空间站。由于液氧甲烷推进剂成本较低且火箭速度较快,星舰的点对点运输能力比较经济实惠,可以长期开展太空旅游。在地球范围内,星舰可以实现更快的旅行,大约一个半小时绕地球一圈,无需飞行员、食物或洗手间,让人们未来可以在伦敦吃早餐、新加坡吃晚餐,然后再回到洛杉矶。

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