星舰首次进入太空轨道,里程碑式突破:人类离火星旅行又近一步

2024-03-16 发布 · 浏览50次 · 点赞0次 · 收藏0次

它会带我们飞向外星吗?

成功入轨,星舰 Starship 这次向前迈进了一大步。

美国东部时间 3 月 14 日早上 9 点 25 分,随着人们整齐一致的倒数声,星舰在得克萨斯州南部博卡奇卡海滩附近的 Starbase 基地顺利升空。

今天的发射准备工作较为顺利。在短暂推迟后,33 台猛禽发动机均成功点火并顺利升空。

图片

图片

火箭在 52 秒达到最大动压点(Max Q),这是一个航空术语,指飞行器在飞行过程中经历最大动态压力的位置。

图片

2 分 42 秒后,一二级火箭成功完成了热分离。星舰飞船 SN28 启动 6 台猛禽发动机把自己推离了 Super Heavy 助推器。

图片

6 分钟左右,一级助推器开始返回,但没有保持住稳定的姿态,最终坠入海中。此时没有多少引擎处于点火状态,有关回收的尝试没有成功。

图片

图片

而星舰飞船成功实现了预期点火的时间,在启动后 8 分 35 秒关闭了发动机。这足以让它进入轨道,这标志着一个巨大的里程碑,对于 SpaceX 来说无疑是一次胜利。

图片

SpaceX 通讯经理丹・霍特(Dan Huot) 表示:「我们比以往任何时候都走得更远。」

19 分钟后,星舰飞船开始在距离地球表面超过 200 公里高度的太空滑行。

图片

马斯克表示,星舰飞船已经达到轨道速度(上次没有达到),并向 SpaceX 团队发来祝贺。

图片

在 28 分钟左右时,SpaceX 表示在 170 公里的高度上,Starship 完成了有效载荷门测试,该测试旨在验证其将卫星等货物送入太空的能力。但官方表示,仍需要进行一些「数据检查」。这意味着试飞期间实现了另一个重要里程碑。

SpaceX 展示了星舰内部的实时特写:

图片

在发射升空 40 分钟后,SpaceX 宣布本次测试的推进剂转移演示已经完成。该测试的目标是将星舰飞船上的 10 吨液氧加注到另一个液氧舱中。

SpaceX 工程师设计该演示的目的,是为了讨论星际飞船未来在轨道上运行时如何补充燃料。星舰可能需要十几次加油飞行才能到达月球。

「以前,我们从未尝试过在轨道上储存和转移如此大量的低温推进剂,」NASA 马歇尔低温流体管理项目经理 Jeremy Kenny 表示。「这是一项改变游戏规则的技术,是为月球、火星以及更深太阳系内科学探索任务而开发的必要能力。」

这是个高难度的技术活。NASA 还告诉 CNN,SpaceX 可能因完成演示而获得 5340 万美元的「爆点奖」。

但是随后的测试项目不太顺利。在再入大气层之前,SpaceX 选择不重新启动 Starship 的引擎,这项测试被取消了,我们尚不知道工程师做出决策的原因。

46 分钟左右,星舰飞船重新进入地球大气层,返回大气层时的极端高温和压力形成了等离子「火焰」,现场再次响起欢呼声。

随着星舰高度越来越低,等离子体墙不断增强,表面温度高达 1430 摄氏度。宇宙飞船表面铺设的约 1.8 万块轻质六角形陶瓷砖承受住了再入大气的温度。

图片

这应该是我们第一次看到飞行器大气层再入的实时图像。

图片

随着高度逐渐下降,Starship 进入了黑障区,在海拔 65 公里高度时视频信号中断。Dan Huot 表示,地面控制中心失去了星链和其他数据流,这意味着我们可能失去了与星舰的联系。

「我们不知道它是否按照计划溅落在印度洋中,」SpaceX 工程师 Kate Tice 表示。

图片

随后,人们推定星舰在这一阶段烧毁。

这次任务宣告提前结束,但显然已取得了重大进步,是人类航天的又一里程碑式突破。

工程师指出,未来的数小时和数天里,人们还要评估大量数据。

SpaceX 这次的发射,让星舰整体入轨,宣告了多发动机捆绑式超大火箭的路线具有可行性。与此同时,在火箭的热分离、姿态控制、回收等方面也有了进步。难怪马斯克在任务结束后心情不错:

图片

已经迫不及待想要移民火星了?

Starship 的第三次全堆叠配置发射测试是迄今为止最雄心勃勃的一次。

图片

                           SpaceX 的第三艘 Starship 飞船竖立在该公司位于得克萨斯州南部的 Starbase 基地发射架上。

上次的 Starship 试飞是在去年的 11 月,火箭在飞行后约 10 分钟发生爆炸。当时马斯克预测发射成功的概率是:像掷硬币一样,50% 左右。

这次飞行成功的几率要高得多。「我不想立 flag,但我认为到达轨道的可能性很大——有 80%,」马斯克说。「当然,第三次飞行是比前两次飞行更好的火箭。」

看起来,马斯克的预测很靠谱。

不断尝试,走向成功

这是星舰的第三次试飞,前面两次试飞都以大部分失败告终。

星舰(Starship)是由 SpaceX 开发的重型运载火箭,于 2017 年 9 月由埃隆・马斯克首次公布,它的终极目标是打造一个完全可重复使用的运输系统,能够将乘员和货物送入地球轨道,帮助人类重返月球,并最终前往火星及更远的地方。

2023 年 4 月 20 日,星舰的完整版本首次尝试发射,火箭飞行几分钟后在空中爆炸,严重破坏了地面基础设施并引发了环境问题。美国联邦航空局与美国鱼类和野生动物管理局甚至为此进行了协调,在为第二次尝试颁发新的飞行许可证之前启动了安全审查。

图片

去年 11 月第二次试飞,星舰实现了成功的一二级分离,但一级火箭在分离之后一直无法启动足够多的发动机控制姿态,在空中爆炸了,二级因速度不够导致切入轨道失败。

图片

不过,这就是 SpaceX 快速迭代技术的方式,前两次的「暂时失败」提供了很多宝贵的经验。在第三次发射之前,工程师们早已为今天的发射设定了大量新的目标。

SpaceX 太空运营工程师 Siva Bharadvaj 在周四的发射直播中表示:「我们开发的许多创新都源自于之前的失败,过去的经验教会我们如何避免太空飞行的危险。」

11 月的第二次爆炸后,美国联邦航空管理局要求 SpaceX 采取 17 项纠正措施。其中包括硬件重新设计、发动机分析以及第一级 Super Heavy 助推器和上级 Starship 的稳定性更新。

有报道称,11 月试射后大约七分钟,星舰开始按计划倾倒液氧时引发了火灾,最终导致飞船自爆。

避免类似火灾是周四发射准备工作的首要任务。为实现这一目标,SpaceX 进行了多项调整。现在,Super Heavy 在发动机关闭前不再需要液氧倾倒装置,也降低了燃料泄漏风险,星舰的原形机也加入了额外的防火装置。

SpaceX 还进行了多项升级以改进发动机和飞行控制。

据 SpaceNews 报道,SpaceX 更新了 Super Heavy 的发动机控制算法,并在其液氧罐中添加了新的大型晃动挡板,以减少推进剂在火箭具有挑战性的翻转过程中晃动过多。

至于星舰本身,SpaceX 在发动机裙板的底部增加了三个新的成角度的液氧通风口,这可能有助于姿态控制。

新设计的转向器(下图红圈)可以引导排出的蒸汽向下流动,也有助于姿态控制。

图片

还有一个肉眼可见的升级就是信息传输能力。星舰升空后,能将令人惊叹的太空景象传回地球,在很长一段时间的太空飞行中能与任务控制中心保持数据连接。

Starship 甚至拍摄了航天器重返地球大气层的实时镜像,这要归功于星链终端升级和卫星天线。

人类飞往火星的希望

马斯克认为,人类应该成为一个跨星际物种,以防止地球上可能发生的灾难性事件,如小行星撞击地球等,导致人类灭绝。他的终极梦想是让人类有朝一日能够移居火星,而他自己可以在「火星上退休」,甚至是「死在火星上」。

不过,在查阅了 NASA 官网之后,他失望地发现:NASA 根本没有登陆火星的计划。

所以在 2002 年,马斯克创建了自己的第三个公司:太空探索技术公司「Space X」。

在经营 SpaceX 的过程中,马斯克做了很多打破常规的事情,比如采取一种迭代式的设计方法:迅速制成火箭和发动机原型,进行测试,炸毁,修改,再次尝试,直到最后做出能用的东西。他们希望通过这种方式尽快找出问题,然后解决问题。

这也是为什么我们在浏览 SpaceX 相关的新闻时,经常能够听到爆炸的消息。

「最有可能的结果无非就是,我会因此倾家荡产。但我有别的选择吗?眼睁睁看着太空探索没有丝毫进展?我们必须试一试,否则人类将永远被困在地球上。」

SpaceX 的星舰飞行器及其超重型助推器是世界上最高、最强大的火箭。当它们堆叠在一起时,高度为 400 英尺(122 米), 重约 7500 吨,由两部分组成: 

  • 底部 70 米高、配备 33 台「猛禽」发动机的「超重型推进器(Super Heavy)」,即一级。这一级主要负责将整个星舰系统推出地球大气层。按照计划,在完成这个任务后,一级火箭会分离,然后返回地球进行着陆,以便再次使用。

  • 顶部 50 米高、搭载 6 台「猛禽」发动机的星舰(Starship)飞船,即二级。这一级在一级火箭分离后,会继续前往太空执行任务。在长远规划中,这些任务可能包括将货物或乘客送到地球轨道、月球、火星,甚至是太阳系的其他地方。

图片

                                      本次发射后,马斯克和 SpaceX 已经把最强运载火箭的名号从波音手里夺了回来。

按照设计,两级都可以重复利用,发射一次消耗 5000 吨推进剂,是液氧和甲烷,采用全流程燃烧循环技术,燃料成本不到 50 万美元,设计运载能力 150 吨。

除此之外,星舰主要使用不锈钢制成。这些特性带来了一系列技术挑战和限制,也降低了火箭发射的成本。

星舰最终的成功,会承载起人类探索月球和火星的希望。

纵观人类火箭发射的发展历程,SpaceX 从猎鹰到星舰的发展,开启了重复使用火箭的新时代,也在姿态感知、姿态控制、制导等方面验证了大量新技术。

NASA 已承诺在星际飞船上投资 40 亿美元。根据美国宇航局目前的路线图,堆叠在超重型助推器顶部的星舰飞船计划在 2026 年进行的 NASA 阿尔忒弥斯 III 月球任务中发挥关键作用,完成该机构载人登月任务的最后一段,将宇航员从月球轨道上的航天器上载到月球表面。它最终还必须证明可以将多个「星际飞船加油机」送入轨道,为主星际飞船补充燃料,以继续其前往月球的旅程。

因此,这次发射尝试的进展可能会对美国航天局的月球探索目标产生深远影响。现在看来,我们已获得了很多乐观的结果:

  • Super Heavy 完成上升段飞行、热分离并在墨西哥湾动力溅落(部分成功)

  • Starship 达到轨道速度(成功)

  • 开启、关闭 Starship 有效载荷舱门(部分成功)

  • 在 Starship 滑行阶段进行推进剂转移演示(成功)

  • 首次在太空中重新点燃猛禽发动机(未尝试)

  • 控制星舰再入大气层(失败)

图片

                                星舰第三次发射的计划。

技术的迭代还在继续,预计本年度 SpaceX 还会尝试发射 4-5 次星舰。

最后,3 月 14 日也是 SpaceX 成立的日子。

图片

今天这家公司在过 22 岁生日。

参考内容:

https://www.nasa.gov/directorates/esdmd/artemis-campaign-development-division/human-landing-system-program/nasa-artemis-mission-progresses-with-spacex-starship-test-flight/

星舰首次进入太空轨道,里程碑式突破:人类离火星旅行又近一步 - AI 资讯 - 资讯 - AI 中文社区

声明:本文转载自机器之心,转载目的在于传递更多信息,并不代表本社区赞同其观点和对其真实性负责,本文只提供参考并不构成任何建议,若有版权等问题,点击这里。本站拥有对此声明的最终解释权。如涉及作品内容、版权和其它问题,请联系我们删除,我方收到通知后第一时间删除内容。

点赞(0) 收藏(0)
0条评论
珍惜第一个评论,它能得到比较好的回应。
评论

游客
登录后再评论
  • 鸟过留鸣,人过留评。
  • 和谐社区,和谐点评。