星艦第三飛勇闖多道關任務完成率超過80%
SpaceX果然不負眾望,如期兌現星艦第三飛的承諾時間,選在SpaceX公司創立22週年紀念日當天,發射史上最高最強巨箭,上演史詩級的星艦第三飛。勇闖多道關口,任務完成率超過80%,遠比首飛第二飛──飛得更高更遠更震撼更驚艷。
沒被天氣預報說的雷暴嚇退,更沒被星艦唱衰者的嘴砲擊倒,恰恰相反,SpaceX牢牢鎖定Π日,星艦第三飛如期降臨:美中時間3月14日早上8 :25(北京時間3月14日晚上21:25),位於德州博卡奇卡星艦基地軌道發射台,編號B10+S28這對星艦組合體開始星艦第三次跨大氣層軌道測試飛行,磅礴而起,震天動地。預示著承載人類成為跨星球物種的未來太空運輸系統再一次挑戰不可能,將不可能變成可行任務。
●星艦第三飛闖過哪些關?
發射前夕,SpaceX官網公佈星艦第三飛的既定操作流程,從發射總監核准進入倒數計時,一直到星艦飛船飛越半個地球、最終完成受控海上濺落,按計畫全程耗時139分鐘。而從星艦升空算起,一直到星艦海上濺落,按計畫全程曆時64分鐘,且環環相扣,層層遞進。根據實際執行狀況與既定流程一一對照來看,我們不難得知:星艦第三飛到底闖過哪些關?一目了然▼
星艦第三飛可謂一戰成名,主要任務完成度80%以上,順利拿下主要測試目標:再度平順完成熱分離、順滑展示部署衛星能力、順溜實現液態氧轉移加註、飛船進入再入階段…只有超重型在著陸階段和太空船再入點火階段表現不佳,失掉20%。
○點火起飛時長5秒,比首飛縮短3秒
星艦第三飛從點火到起飛升空設定為5秒,這與第二飛相同,但比首飛縮短3秒。去年4月20日首飛從點火到起飛升空設定時長8秒,對發射台及其周邊造成巨大破壞,甚至導致3台猛禽在起飛前就關閉了點火程序;11月18月第二飛縮短至5秒,由此避免對發射台、引擎本身的破壞。這次第三飛沿用5秒時長,在確保33台猛禽全推進能夠達到指定推力值的前提下,盡可能避免破壞。
起飛後直播畫面顯示,B10超重型火箭33具猛禽引擎全部持續發力,T+52秒通過最大空氣阻力點(Max- Q)。直到T+2分42秒,一二級分離前兩秒,第一級B10關閉30台猛禽發動機,只保留3台中心發動機點火,且以50%推力燃燒。這一操作與第二飛一樣。
○熱分離延後3秒
T+2分44秒,執行關鍵的熱分離(星艦飛船S28先點火,隨後與級間段分離)。這比星艦第二飛在T+2分41秒執行的熱分離稍微延後了3秒。這是為了產生更大的疊加推力,進一步加速推進第二級星艦飛船,讓S28盡量減少重力損失,進而提升入軌效能。
○成功返航點火
T+2分55秒,超重型火箭B10順利啟動返航點火,啟動3台中心發動機執行反推,這是超重型火箭首次闖過關鍵這一環,比星艦第二飛B9超越一大步。
當時,B9在熱分級後因加速度過大,為發動機提供液氧的過濾器堵塞造成氧化劑入口壓力減小,導致多台發動機發生故障,其中一台發動機發生劇烈故障,最終導致B9觸發AFTS自動終止系統而空中解體。
○更長時間減速
T+6分36秒,超重型B10從超音速減到跨音速,這比星艦第二飛B9原計畫實現跨音速,足足延長了18秒。之所以這樣操作,為了讓超重型火箭以更穩更慢而不是更快更暴烈的飛行姿態返航,從而有助於實現最終操作——垂直海上濺落。
○未能啟動著陸點火
T+6分46秒,超重型B10未能依計畫啟動著陸點火程序,沒有再次啟動3台中心發動機進行反推。此時B10距離海平面約5公里高度,飛行速度接近2000公里/小時。隨即幾秒後,從直播畫面顯示,B10試圖啟動3台引擎(其中兩台非中心引擎),但稍縱即逝。飛行速度驟降至近1000公里/小時,隨即針對B10直播畫面中斷。顯然,超重型B10未能按計畫執行著陸點火,更沒法 在受控狀態下實現垂直海降,溫柔擁抱歸宿——距離星艦發射場約數十公里劃定的墨西哥灣海域。結果卻是因無法啟動著陸點火, 導致高速下落及猛烈濺落,直至解體。
不過,超重型B10之前一連串操作已經讓人前所未見,更為測試團隊收集到第一手資料。應該說,B10在這次試飛任務中可以打出80以上的高分,唯一遺憾:沒能闖過最後一關──未能啟動著陸點火,無法垂直海上濺落。
○S28進入滑行階段
闖過熱分離後,作為第二級的S28全功率開啟6台猛禽火力,此時飛行高度已達95公里,飛行速度6342公里/小時。一直到升空8分半鐘後,T+8分35秒,幾乎達到軌道速度時,S28按計畫關閉6台發動機,進入太空滑行階段。
比照星艦第二飛,這次第三飛創造又一個關鍵突破。要知道,第二飛當時,S25就是在這個關鍵時刻突然失聯,隨後爆炸的。事後調查分析得知,由於S25排放多餘的液態氧時洩漏引發著火,導致飛行電腦與通訊系統損壞,由此導致引擎提前收到關機訊號,最終觸發AFTS系統造成太空船空中解體。
○首次演示部署衛星能力
星艦飛船S28依計畫在T+11分56秒,打開酬載艙門,但看似有缺陷,開合不嚴。按計畫開啟時間16多分鐘,正是不久後即將在軌部署星鏈衛星的時間。這段期間不僅開合S28的載重艙口,還啟動了衛星分配器,以測試經過重新設計的艙內衛星分配器。但這次沒有部署任何載重。S28這次攜帶的衛星分配器,機架高度比之前星艦分配器高很多。這項變革意味著讓星艦有能力攜帶和部署更多星鏈衛星。根據馬斯克的樂觀預期,最早有望在下次星艦試飛亮相,最遲會在今年下半年或年底投入使用,以便更大批量地部署下一代星鏈衛星。
○星艦飛抵234公里遠地點
大約T+25分鐘,星艦S28抵達234公里的遠地點。已經非常接近235公里預期值。星艦第三飛屬於跨大氣層軌道飛行,既定飛行軌道50×235公里,實際飛行軌道55×234公里,與預期值基本重合。
○首次在軌演示推進劑轉移
T+24分,依計畫進行少量推進劑轉移測試。具體來說,星艦頭錐內部擁有兩個小型推進劑艙,一個10噸的儲量液氧艙,另一個4噸的儲量甲烷艙。根據SpaceX直播評論員描述,已將頭錐液態氧艙的液態氧成功轉移加註到主液氧艙。
這就是在軌演示少量低溫推進劑轉移技術,為不久未來進行雙艦在軌演示推進劑轉移邁出第一步。按計劃,最早在今年內進行雙星艦在軌演示推進劑轉移,一艘星艦與另一艘星艦在軌對接後,其中一艘為另一艘加註推進劑(液態氧、液態甲烷) ,這就是星艦在軌加油(加註推進劑) 。再下一步技術演示就是為加油版星艦加註,再之後為載人版星艦示範加註。
○未能執行再次點火演示
根據SpaceX直播評論員描述,原計劃在升空40分鐘後, S28 猛禽真空引擎應該執行太空再點火演示,但由於某種原因沒能重新點火。這也導致了隨後一連串的計劃外狀況:提前進入再入大氣層、無法減速讓隔熱片承受更大考驗、星艦快速迷失在印度洋上空。
○星艦首次經受再入考驗
星艦第三飛在發射升空46分鐘後開始再入大氣層,比原計畫提早幾分鐘。從直播畫面中可以清楚看到漂亮的等離子體,這是迎風面貼滿隔熱片的S28最大考驗。星艦S28已顯示出一定的再入能力。
不過,當太空船以 7.4公里/秒的飛行速度下降到115公里時,從直播畫面中可以觀察到一些碎片從船體上脫落,很可能是隔熱片。
○星艦迷失於南印度洋上空
直播畫面顯示,S28最後訊息定格在T+49:05,飛行高度65公里,飛行速度7.14 公里/秒,之後訊號遺失。
訊號遺失14分鐘後,SpaceX直播評論員表示,測試團隊高度確信太空船已經遺失,未能在重返大氣層中倖存。不過仍是在既定的南印度洋上空再入消失的。
依照原計畫發射1小時後,太空船從超音速降到跨音速再到亞音速。約T+1小時04分39秒,S28執行自毀式海上濺落 。在無點火反推狀態下,以赴死心態擁抱汪洋大海-人跡罕至的南印度洋海域,為星艦第三飛畫上最後一筆濃墨重彩。
但不管怎麼看,星艦第三飛遠比首飛、第二飛——飛得更高更遠。
●全程飛行多久?
星艦第三飛計畫全程飛行64分鐘,比前兩次試飛計畫90分鐘大幅縮短了26分鐘。之所以縮短飛行時間,SpaceX意在透過調整軌道高度、縮短飛行時長,進而降低此次測試難度,提升任務完成度及成功率。
星艦第三飛實際飛行時間49分鐘,主要任務完成率超過80%,事實證明這次試飛成果斐然,超乎預期。
●星艦雙主角有哪些特別之處?
作為這次星艦第三飛的雙主角:超重型火箭B10、星艦飛船S28,與星艦前輩仔細對比下,我們會發現有很多很多硬體升級,下面就來看看都有哪些進化?哪些亮點?
與第一級超重型火箭B10相比,作為第二級星艦飛船S28,進化更多、改變更大。
盤點星艦第三飛的雙主角迭代亮點
●星艦第三飛有何價值?
星艦第三飛雙主角B10+S28以壯烈姿態實踐先驅者的使命,為後續測試提供最寶貴的第一手數據和資訊。為了儘早演化成成熟版星艦,這類犧牲都是必付的代價。就像之前那些葬於火海中的星艦先烈們,如SN8、SN9、SN10、SN11、B7+S24、B9+S25,全都在榮耀的星艦殿堂裡列隊迎接最終的勝者。
這就是SpaceX引領航太界的快速迭代開發模式,背後的精神核心正是馬斯克一貫秉持的「快速失敗、快速迭代」理念:甘願冒險,不怕失敗,炸就炸了,反思修正,投入下次測試,這樣才能快速成熟逼近成功。按照馬斯克的原話:“我們不想在設計中消除所有風險,否則我們就一事無成。”
反觀其他發射商,尤其是那些國家隊、老牌航太巨頭如波音、諾·格、ULA,無不都遵循更穩/也意味著更保守的線性開發原則,先是花費數年設計各環節,後花費數年打造硬體各部件,再花費數年測試修改……以耗時耗資換取漸進式的穩妥,本質上就是規避風險,害怕失敗。畢竟任何一個官僚主義盛行的主體,上上下下都害怕失敗、害怕出醜、患得患失。
而這種快速迭代開發方法,卻是SpaceX所有重大創新進步的基礎,包括獵鷹系列火箭、龍飛船、星鍊等,尤其是打造劃時代的完全可重複使用的超級太空運輸系統——星艦,遞歸改進至關重要。
星艦首飛、第二飛、第三飛主角都是先行探路者,後繼者已在躍躍欲試。最快預計在今年5月上演第四飛。接下來將挑戰更高目標-從跨大氣層軌道發射升級到真正的入軌發射,飛行軌道從50×235公里改為200×200公里。甚至可能會率先嘗試部署星鏈衛星。既然都有入軌能力,何不更進一步直接部署自家星鏈呢!
一旦進入快速測試期——雙月一發甚至每月一發的高頻節奏,SpaceX很有希望趕上原本的星艦開發進度:2024年發射入軌、部署首批星鏈、演示在軌加油技術;2025~2026年進行轉軌能力演示、無人繞月測試、無人登月演示、載人能力測試…直到有能力擔綱阿爾忒彌斯3號載人登月任務。
這一切都得依靠多次實戰,不斷試錯,累進經驗,才能快速打磨、迭代星艦系統,才會越來越接近成熟版星艦。以我樂觀預判,大概再持續一二十次試飛,SpaceX便可能成就這個目標。從此以後,一個嶄新的星艦時代將改寫人類文明,開創真正的太空漫遊新紀元。
●SpaceX研製星艦主要參數演變
●史上最強太空運輸系統-星艦演化簡