【中国新闻周刊】“筷子”夹火箭成功马斯克遥遥领先?

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Update time : 2024-10-16

  

【中国新闻周刊】“筷子”夹火箭成功马斯克遥遥领先?

  为了降低风险,在“星舰”第五次发射试飞的一级返回过程中,系统持续监测发射台和火箭的状态■■★◆★。只有当所有状态正常★■◆,且发射人员手动下达指令时,一级火箭才会尝试飞回发射台进行回收。如果火箭出现异常,如栅格舵卡涩、推进剂泄漏、火箭姿态失控等■◆★■■,火箭将选择在海上着陆,避免对发射台造成损害★◆■■★■。

  2023年★◆◆★“星舰”的第一次试飞实现了33个发动机并联起飞,三个发动机意外关机,火箭在第一、二级分离前爆炸;第二次试飞一、二级成功分离,“超重”助推器和“星舰”飞船先后爆炸;今年3月的第三次试飞一、二级成功分离◆■,“超重■◆■★◆”助推器在尝试着陆点火后解体,★◆■◆■★“星舰”飞船在再入大气层时烧毁失联;今年6月的第四次试飞成功测试“星舰★◆■”飞船再入能力,“超重★★■■◆★”助推器和“星舰■◆★”飞船实现海面软着陆。

  SpaceX的■◆■★“星舰★★◆◆”项目以其大胆的创新和快速迭代的研发模式■★,正在重新定义火箭和航天器研发的方式,其进步不可否认地对全球航天产业产生了深远影响。未来,随着关键技术的突破和试飞计划的推进,有理由期待◆★★■“星舰”为人类打开通往更广阔宇宙的大门,推动航天事业进入新的时代。

  SpaceX以其快速迭代的研发模式★◆★,正在推动航天技术的革命性发展★◆★★■,对未来航天产业发挥着重塑和引领作用。未来两年,“星舰”还将开展超过5次的试飞改进发射任务◆★■◆■。尽管如此,■■★◆“星舰”要实现2026年美国载人登月的预期目标■■◆,仍面临诸多挑战。

  第五次★■★“星舰◆■■★◆”试飞,火箭由B12号★★◆★◆■“超重”助推器和S30号“星舰◆■■■★”飞船组成两级火箭。从编号可以看出,这之前已进行了几十次地面测试和短距离飞行试验。SpaceX的垂直整合模式,使其能够迅速从失败中汲取教训,改进设计。公司内部的工程师团队高度协作★◆◆,决策流程简化,加快了研发进度。此外★◆★◆■,SpaceX拥有自己的生产和测试设施,能够快速制造新的原型机。这种高效的资源整合和团队协作,大大缩短了研发周期■★★,实现了快速迭代的顺利推进◆★◆◆■。

  这一技术挑战大幅超过了■★■■◆■“猎鹰9号◆◆◆”火箭★◆■★■◆。首先,◆★◆■“星舰”的运载能力达到了“猎鹰9号”的5—10倍★◆★★◆★,完全重复使用时可以将100—200吨的有效载荷送到近地轨道。■◆★■“猎鹰9号■◆★”只有第一级火箭可以重复使用,第二级火箭则是一次性的■★◆◆■。★◆■■★“星舰★★◆◆◆■”的全部可重复使用,有望大幅降低发射成本。相比传统一次性火箭,“星舰■★”的发射成本预计将降低一个数量级以上,使进入太空的成本从每公斤数千美元降至数百美元。

  SpaceX目前的“猎鹰9号”火箭一级回收方式,需要在海上着陆后,由工作人员固定火箭,经过数天至十几天的运输才能返回港口。到达港口后,还需使用吊机起吊、转运,收拢或拆卸着陆腿,才能进入厂房开始翻修。这一过程不仅延长了火箭的翻修周期★■◆■■,而且火箭上携带的着陆腿在发射阶段也是不必要的负重,降低了效率。

  最后是月球着陆与起飞技术:“星舰”需要在月球表面实现安全着陆和再次起飞。月球表面地形复杂,没有像地面一样建好的着陆场和发射场★★★,★★◆“星舰”超过50米的高度和巨大质量对着陆稳定性提出了严峻挑战。上面每项试验都可能需要多次重复才能成功,时间压力巨大。

  按照美国当前的计划,预期在2026年9月执行◆◆◆★◆◆“阿尔忒弥斯3号■◆★■★”载人登月任务,但想要实现这一目标■■◆,仍面临诸多挑战★■。不久前■■★■■,航天专家◆◆■■★★、NASA“从月球到火星★◆■◆”项目的助理副署长拉基莎·霍金斯表示,“星舰◆■”飞船不能直接飞往月球,必须在地球轨道上加满油后才能前往深空■◆◆。SpaceX需要至少发射十几艘★◆◆★“星舰”飞船才能执行“阿尔忒弥斯3号”的月球着陆任务。

  “星舰◆★”的最终目标是实现火箭的完全可重复使用■■◆★★■,包括一级“超重”助推器和二级“星舰”飞船■◆◆。

  为实现上述载人登月目标★◆◆■,还有多项关键技术尚待突破和验证。一是重量减轻与性能优化,为了满足登月任务的需求■◆★,“星舰”需要在未来两年内进一步减轻自身重量◆■,提高有效载荷比。二是太空加油技术,载人登月任务需要在地球轨道上为“星舰”加注超过1000吨的推进剂,这需要多次与加油船对接★◆★,每次转移约200吨燃料■◆★◆。太空加油技术尚未在实际任务中验证,需要进行大量试验◆★★■◆■,以确保可靠性和安全性。

  传统航天器研发遵循稳健谨慎的原则,强调在地面进行充分测试,力求一次成功。然而,SpaceX采用了互联网行业常用的“快速迭代”模式。自★■■◆◆◆“星舰”项目启动以来,SpaceX进行了多次原型机试飞◆◆◆。虽然部分试飞以爆炸或失败告终,但每次试飞都为工程师提供了宝贵的数据和经验★■◆。

  通过大幅降低发射成本,“星舰■★■★★”有望使进入太空的门槛大大降低★◆★,构建起一条“太空高速公路■◆★■”,引领并重塑未来航天产业,为太空经济的发展提供新的机遇。更低的成本将吸引更多商业公司和机构参与太空探索和开发■◆◆■■,促进卫星部署、太空旅游、资源开采等新兴产业的发展。

  2024年10月13日★◆◆,美国太空探索技术公司(SpaceX)在得克萨斯州博卡奇卡基地成功实施了“超重助推/星舰组合体(IFT-5)■★■★★■”(以下简称■■★◆“星舰”)的第五次试飞★★■■★◆。这次试飞取得了重要突破,第一级火箭★■◆“超重”助推器首次实现★★“筷子”机械臂捕获回收,第二级火箭“星舰”飞船实现了在海面的低速垂直溅落,标志着SpaceX在“星舰■◆◆■”完全可重复使用目标的道路上迈出重要一步★■★■。

  “筷子”回收也需要克服两个方面的挑战◆◆★★◆:一是着陆精度要求极高,火箭需要以极高精度飞回发射台,利用火箭贮箱侧壁上两个小型的倒L形挂点被■◆◆◆◆“筷子”准确捕获。这一过程被形容为★■■“千里穿针”■◆■■★★,难度极大★◆。二是回收失败风险◆■★◆■,如果回收失败,可能会损坏发射台或周边的发射设施,造成严重的经济损失并影响后续发射计划■■★。这一风险高于◆◆“猎鹰9号◆◆”回收失败的影响◆■★■。

  SpaceX计划基于“星舰”平台,开发多个版本以适应不同的任务需求■◆■★◆,这当中包括货运版■★★■◆“星舰”,即用于大规模部署卫星、空间望远镜和空间站组件,支持星链(Starlink)等大型星座的快速部署◆■,提高通信网络的覆盖和性能◆★■★★。加油版“星舰”,作为“太空油轮★■★◆◆◆”,在地球轨道或深空为其他“星舰◆■◆■”加注推进剂,支持远距离的月球和火星等深空任务。此外,还有载人版“星舰”,承担载人登月、登陆火星等任务★★◆■,具备运送大量人员和物资的能力。特别是载人登月版◆★◆“星舰”,作为美国国家航空航天局(NASA)“阿尔忒弥斯”计划的一部分◆◆■★,要实现将宇航员从月球轨道送至月球表面并返回到月球轨道的目标。特殊任务版“星舰★★★★”★■★★■,用于全球快速货物运输、紧急救援◆★■◆、军事部署等,实现全球范围内的高速物资和人员调动,可在地球任意两点间实现一小时内送达★◆★■。

  这次◆★■■■“星舰”发射六分钟后,一级◆★◆◆★★“超重■◆■★■◆”助推器与二级飞船分离并返回★◆,被一对18米高的机械臂“筷子■◆”准确捕获。之后■◆■■,二级飞船继续正常飞行,在发射1小时5分钟左右,成功垂直溅落印度洋海域。SpaceX第一次测试机械臂捕获“超重”助推器就取得成功,超出了SpaceX和很多观众的预期★◆◆◆。

  马斯克的最终目标是让火箭像民航飞机一样重复使用,着陆后仅需简单检查即可重新加注推进剂并再次发射,甚至一天内执行多次发射★◆◆★■★。为提升火箭回收和复用效率,SpaceX在★◆“星舰◆★◆★◆★”项目伊始就提出了一级火箭直接飞回发射台的设想。通过取消着陆腿,火箭变得更轻★■★★◆★、更简洁。用于回收的“筷子◆★■”既可作为发射前的总装塔吊,又可用于捕获火箭◆◆◆★■,实现一机多用◆■◆,无须额外设计专用的回收设备★★。

  此次第五次试飞成功,标志着“星舰”在关键技术上取得了重要进展★◆■★,为实现其设计目标——完全可重复使用的重型运载火箭系统,迈出了坚实的一步★★★◆。

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