星舰第九次试飞:任务失败 但实现了二手助推器复用

2025-05-28 08:26:27 · chineseheadlinenews.com · 来源: 36kr

北京时间5月28日,星舰第九次综合飞行测试(IFT-9星舰组合体发射测试)在美国得州博卡奇卡星舰基地发射,本次星舰由Ship 35(S35)飞船+七飞回收的Booster 14超重型助推器(B14.2)构成。

本次发射使用的B14.2助推器实现成功复用,但在着陆过程中发生爆炸,具体原因尚在调查中。S35飞船由于舱门异常,也未能完成8颗“星链卫星模拟器”的部署任务,并在再入大气层过程中爆炸。

关于助推器回收爆炸的风险,SpaceX也在发射任务介绍的新闻稿中进行了暗示,“为了最大限度地保障星际基地发射设施的安全性,超重型助推器将在飞往墨西哥湾近海着陆点的轨道上进行试验,并且不会返回发射场进行回收。”

换一种角度看,由于已经有“回收爆炸”的预期,所以未出现安排“筷子夹火箭”的经典画面,本次综合测试,更偏向于执行此前的既定任务,同时收集飞行数据,大体可以概括为在确保星舰整体稳定性、可靠性的前提之下,验证助推器的复用(未来飞船部分也会复用),以缩短发射间隔周期,本质上是通过降本增效,未来可实现“天级别”的多次发射。

同时,尝试对飞船等部分“减配”和设计改进,优化提升载荷能力,在降本的同时,扩大投送能力和潜在商业价值,并通过飞行测试数据和结果,验证这种“减配”思路对稳定性、可靠性的影响。

此外,“天级别”的高频发射,依赖发射的基础设施,以及制造能力,此前SpaceX也已经官宣了相关动作,包括:在佛罗里达州启用肯尼迪航天中心LC-39A 和卡纳维拉尔角空军基地SLC-37两个发射台;在得州、佛州新建超大型总装车间Gigabay;未来佛州也要新建星舰工厂“Starship Starfactory”。

01 “九飞”看点:飞船部署载荷,验证助推器复用

根据SpaceX公布的信息,星舰“九飞”核心任务主要有两点:

其一,基于“七飞” “八飞”中飞船连续两次失败的调查结果,验证改进优化后在亚轨道飞行的可靠性,以及继续此前两次飞行未能进行的任务。

1)飞船首次有效载荷部署,包括8颗星链卫星的模拟器(和飞船一样亚轨道飞行,再入时烧毁)

2)猛禽发动机太空点火,进行轨道机动性测试

3)飞船在高应力条件下的大气层再入测试

减少热防护罩:移除飞船上的大量热防护瓦片,检验无完整热防护时飞船结构的稳定性

捕获配件测试:飞船侧面安装的功能性捕获配件在高温、高应力条件下的热性能和结构性能测试

平滑瓦片线:对隔热瓦片线进行平滑、锥形处理,减少应力集中的现象,解决“六飞”再入时出现的烧蚀问题,提高热防护系统的可靠性

飞船襟翼测试:再入剖面在最大动态压力点条件下,对后襟翼的结构极限进行应力测试,确保襟翼在再入过程中能正常对飞船姿态进行控制

软着陆测试,目标在印度洋区域进行软着陆

其二,成功完成超重型助推器的重复利用,“七飞”的B14二次上岗,即B14.2,以此来降低飞行成本,为未来的地球轨道、星际航行做准备。

B14.2 总共33台猛禽发动机引擎,29台均为重复利用,主要更换隔热罩等一次性部件

在墨西哥湾近海着陆点轨道上,针对未来飞行剖面、非正常情况下的飞行收集试验数据

为了避免爆炸,B14.2助推器的回收不会在发射基地进行,没有“筷子夹火箭”

02 创新设计助推每日发射目标

SpaceX此次B14.2助推器的复用测试不仅是技术验证,更是未来助推器迭代的关键数据来源。通过高频次飞行测试,SpaceX旨在加速B15、B16等后续型号的性能优化,最终实现每日多次发射的目标。

在助推器优化和调整上,SpaceX采用创新设计提升效率:

热分级推力引导 :发射后2分35秒,B14.2关闭大部分发动机,随后S35飞船的6台发动机点火,通过调整热分级适配器通风口,利用飞船推力精确控制助推器翻转方向,减少随机性。

推进剂优化 :通过重新分配推进剂,减少着陆阶段备用燃料需求,将更多燃料用于发射阶段,提升有效载荷能力。

大攻角气动减速测试 :助推器下降时采用大攻角飞行,通过气动减速减少发动机燃料消耗,同时收集数据优化未来设计。

特殊实验 :着陆阶段主动关闭三台发动机中的一台,验证备用引擎的可靠性,最终在墨西哥湾完成软着陆。

03 “七飞”、 “八飞”爆炸原因披露

“七飞”虽然完成了筷子夹火箭,但飞船爆炸解体;“八飞”虽然助推器也完成回收,但飞船与“七飞”在接近的时间点爆炸,但SpaceX强调,两次故障本质截然不同。

“八飞”测试中,飞船在热分离后按预期轨道飞行,大概在5分半之后,其中一台中央猛禽海平面发动机的火箭尾部观察到一道闪光,随后发生高能事件,导致发动机失效。紧接着,剩余的两台中央猛禽发动机和一台猛禽真空发动机关闭,火箭控制权丧失,遥测信号中断。

调查结果显示,“八飞”测试飞船爆炸解体的根本原因被认定为其中一台中央猛禽发动机硬件故障,导致推进剂意外混合并点火。

为了解决即将进行的飞行中出现的问题,星际飞船上面级发动机的关键接头将获得额外的预紧力,配备新的氮气吹扫系统,并改进推进剂排放系统。星际飞船未来的升级将引入猛禽3发动机,该发动机将包含额外的可靠性改进,以解决故障机制。

作为对比,星舰“七飞”的主要原因来自尾部“阁楼部分”发生谐波响应,产生比测试时超预期的振动,引发推进系统的硬件,诸如发动机、燃料管线等承受更大的应力,致使推进剂泄露引发火灾、爆炸。

SpaceX在5月22日的《飞行、学习、重复》一文中明确提到,“七飞”试验中因谐波响应带来超预期的振动所产生的额外应力致使推进剂泄露诱发的火灾,在“八飞”中已经优化、改进完成。

另外,SpaceX也还披露,称“八飞”中的B15助推器在助推返回阶段未完全启动,原计划点燃13台,实际启动成功11台,着陆燃烧环节同样未完全启动,原计划点燃13台,实际启动成功12台,其中一台为助推返回时未启动的发动机,相关问题在后续测试中复现。“九飞”及之后的飞行测试,将增加额外的隔热措施,缓解上述问题,增加发动机完全启动的成功率。

04 从得州走向佛州:增强制造和发射能力

“九飞”之前,SpaceX就表露出要在得州博卡奇卡新建相关基础设施,将星舰的业务拓展至佛罗里达太空海岸的计划,包括:

星舰基地扩展至佛罗里达

对 肯尼迪航天中心LC-39A 和卡纳维拉尔角空军基地的 37 号太空发射复合体(SLC-37)进行环评

今年计划在LC- 39A 发射复合体完成星舰发射台建设并投入使用

早期通过驳船运输星舰的部件到佛州总装发射,目前也在规划“Starship Starfactory”工厂,最终实现在当地就近制造、总装和发射

建造大型总装车间 Gigabay

在佛州和得州的星际基地建造 Gigabay总装车间

佛州的 Gigabay 高 380 英尺,提供约 4650 万立方英尺的内部处理空间和 81.5 万平方英尺的工作空间,有 24 个工作单元,起重机起重能力达 400 吨,工作空间比得州星舰基地的Megabay大11倍,起重能力也翻了一倍,计划 2026 年底建成并投入使用

得州的Starship Starfactory附近的 Gigabay总装车间也已开工,同样计划在 2026 年底完工

05 近6年的“失败-重新验证”循环

星舰第九次试飞:任务失败 但实现了二手助推器复用

星舰基本信息概述

以下是从2019年以来到现在的重要节点:

2019年7月26日,SpaceX对最早的星舰原型机 “星虫”(starhopper)进行了高度20米的自由悬浮测试。

2019年8月27日,SpaceX再次对“星虫”进行测试,成功飞行到150米的高度并安全着陆。

2020年8月5日,星舰原型SN5完成了高度150米的自由悬浮测试。由于没安装头椎,SN5外观看起来就像是一个30多米高的圆柱形不锈钢大水塔。

2020年8月25日,星舰原型SN6同样完成了高度150米的自由悬浮测试。

2020年12月10日,星舰原型SN8进行了12.5公里高度的测试飞行,在最后落地的时候发生坠毁爆炸。

2021年2月3日,星舰原型SN9再次进行了10公里高度的测试飞行,仍然是在最后落地的时候发生坠毁爆炸。

2021年3月4日,星舰原型SN10第三次进行了10公里高度的测试飞行,稳稳落地,但在落地数分钟后,还是发生了爆炸。

2021年3月27日,星舰原型SN11第四次进行了10公里高度的测试飞行,失败得更惨,箭体炸成碎片。

2021年5月6日,星舰原型SN15在得克萨斯州博卡奇卡(Boca Chica)成功进行了高空飞行测试,这是SpaceX星舰原型第五次挑战10公里级高度,也是首次没有发生爆炸事故的完美着陆。

下面进行的历次测试飞行进入了全新的阶段,就是所谓的“综合测试飞行”(IFT),也就是星舰和超重助推火箭的合体飞行:

2023年4月20日,星舰曾首次尝试轨道级发射飞行试验,但刚起飞就发现三台发动机没点燃,在飞行过程中又有三台发动机陆续出现故障,导致箭体发生异常旋转而失控,最终不得不主动引爆销毁。

2023年11月18日,星舰在进行第二次飞行试验时,超重助推火箭由于液氧管道发生堵塞,在返航时发生了爆炸,星舰已飞到了太空的高度,但由于在排放多余的液氧时发生了起火坠毁,没能完成既定任务。

2024年3月14日,星舰进行第三次轨道级飞行试验,星舰和超重助推火箭成功分离,助推火箭溅落在大海。几分钟后,星舰成功进入太空,并在轨道上完成了“在轨燃料输送试验”以及“载荷舱门开合试验”,但遗憾的是,星舰离轨点火没成功,烧毁在大气中。

2024年6月6日,星舰进行了第四次轨道飞行试验,助推火箭按计划成功降落在海面。星舰飞行约一个小时,在进入大气层的时候隔热瓦发生掉落,翼面被烧穿,但最终还是坚持到降落海面,几乎完成了所有的既定任务和目标。

2024年10月13日,星舰进行第五次测试飞行。在星舰发射约6分50秒后,发射塔架上的捕获装置首次成功抓住了从天而降的几百吨重的助推火箭,这是人类首次用这种方式回收火箭,网友形象地称之为“筷子夹火箭”。

2025年1月17日,星舰进行第七次综合测试飞行,成功完成了“筷子夹火箭”试验,但星舰飞船由于氧气泄漏和推进剂系统故障发生解体,没能完成既定任务。

2025年3月7日,星舰第八次综合飞行测试,本次发射一级助推火箭顺利返回发射塔架,复现了“筷子夹火箭”的操作,但星舰飞船部分还是出了问题,发生了解体爆炸,没能完成入轨。

最近几次发射,SpaceX和马斯克都在强调,未来星舰的发射频率会越来越高。

马斯克曾表示,2025年将发射25次星舰。未来的标志性的看点还有:星舰的返场捕获试验以及真正开始部署星链卫星等。

值得注意的是,SpaceX频繁地在新闻稿中提及“失败-重新验证”这种反复的循环,以及加快推进这种在实际环境中的测试循环来改善性能,在最大限度地控制公共安全的同时,朝着实现发射可靠、完全且快速可重复使用的火箭的目标迈进。

但同时,SpaceX也强调星舰能力的提升并非一朝一夕就能实现,实现这一目标的进程也并非总是突飞猛进。


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