導語
導語:或許,有生之年真的能等到火星移民的這一天。
當造車新勢力還在研究冰箱彩電大沙發(fā),車里要不要煮火鍋的時候,特斯拉創(chuàng)始人馬斯克的火星移民計劃在最近邁出了重要一步。
10月13日,馬斯克旗下另外一家公司太空探索技術公司SpaceX開始了“星艦”(Starship)進行第五次軌道試飛,并首次成功驗證“筷子夾火箭”技術。
畫面十分震撼,宛如一棟30層高樓的火箭第一級助推器“超級重型”(Super Heavy)從天而降返回地面時,通過發(fā)射塔的兩個機械臂在半空中將其捕獲回收。
筷子成功夾住火箭既標志著SpaceX完成了外界認為不可能的任務。美國宇航局局長比爾 · 尼爾森,也在第一時間為 SpaceX 送去掌聲,并開始暢享未來的重返月球,以及更遠的征服火星。
國內(nèi)輿論同樣一片震驚,這次不僅僅是5毛黨彈冠相慶,重要的是有一批頂尖科學家也發(fā)出了感慨,70萬航天人更是認識到了差距。
前中國航天科工集團火箭技術有限公司市場部部長曹夢,對此感嘆到:“太厲害了......”
藍箭航天朱雀三號火箭型號副總工程師董鍇形容,星艦新一輪發(fā)射“有點像大航海時代,當麥哲倫完成環(huán)球航行,人們終于確信地球是圓的”。
相比于外界的激動,馬斯克只是在推特上云淡風輕地發(fā)了一條帖子:“Good morning”,這下還真讓給裝到了。
國際輿論能夠如此統(tǒng)一只能說馬斯克的操作真的噴不了。
世界上最大的火箭
星艦系統(tǒng)主要分為兩級:第一級,底部的超重型助推器(Super Heavy),它的目標是反復發(fā)射將星艦飛船送入軌道;第二級,頂部的星艦航天器(Starship),這個是人類前往火星要坐的。
這次“筷子”夾住的是超重型助推器,星艦則是受控濺落在印度洋。在這一次成功試飛前,馬斯克還飛了好幾次,基本都是在放煙花。
2023年4月首次試飛時,火箭在第一、二級分離前爆炸。
2023年11月第二次試飛時,火箭第一、二級成功分離,但隨后助推器和飛船先后爆炸。
2024年3月第三次試飛時,火箭第一、二級成功分離,但助推器在嘗試著陸點火后意外解體,飛船再入大氣層時失聯(lián)。
2024年6月第四次試飛時,火箭第一、二級成功分離,并分別按計劃落入墨西哥灣和印度洋。
直到這一次,馬斯克看到了勝利的曙光。盡管國內(nèi)很多吃瓜群眾經(jīng)常嘲笑馬斯克放煙花,但人家在爆炸中飛速成長,而且SpaceX最初的設想便是,計劃用一系列的原型測試來逐步改進星艦,最終到達設計目標。
這很像一種互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品迭代的思維,按照SpaceX設想,用于星艦測試的“測試機”可能將多達幾十多個,而它們中的大多數(shù)都將在各種各樣的測試中損毀。
特斯拉可以OTA,星艦就只能炸了。
從節(jié)奏上來看,一年半的時間里一共試飛了5次,放在國內(nèi)嚴苛的環(huán)境下幾乎不可想象。
10月13日當天,Space X更是報復性發(fā)射,24小時內(nèi)連發(fā)3次一共四枚火箭,包含一枚星艦、一枚重型獵鷹和兩枚獵鷹9號,重型獵鷹的三枚助推器均不回收,獵鷹9號的B1080-11和B1071-19回收成功。
自媒體視頻都還沒來得及剪,新火箭就又要上天了。
星艦的勝利主要體現(xiàn)在幾個方面,首先就是規(guī)模,這個火箭真的太大了,已經(jīng)超越土星5號成為目前世界上最大的運載火箭。
星艦系統(tǒng)全長120米,起飛質量為5000噸,起飛推力7400噸,且兩級均可重復使用。其運載能力為100噸,可將100人送往月球、火星或其他遙遠目的地,甚至能繞地球飛行。
對比一下國內(nèi),2024年9月11日12時,產(chǎn)自浙江的朱雀三號VTVL-1可重復使用垂直起降回收試驗箭,在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心·藍箭航天液氧甲烷火箭發(fā)射工位,圓滿完成十公里級垂直起降返回飛行試驗。
箭體直徑3.35米,長度18.3米,回收支腿展開直徑11.6米,VTVL-1試驗箭起飛質量約50.3噸,全箭最大起飛質量可達68噸,也是目前國內(nèi)起飛規(guī)模最大的垂直起降試驗箭。
而國內(nèi)近地軌道運載能力最大的新一代運載火箭長征5號B,全箭總長53.7米,起飛重量837.5噸,近地軌道運載能力大于22噸。還未首飛的長征九號近地運載能力雖然高達140噸,但在今年年底才會正式立項,首飛至少要等到2032年。
火箭回收
把這么大的火箭射上天本來就很困難,完好回收又成為了另外一大難點。
在此之前,SpaceX已經(jīng)通過獵鷹9號火箭(Falcon 9)的助推器回收技術大幅降低了發(fā)射成本。傳統(tǒng)的獵鷹9號回收主要依賴著陸腿緩沖,在火箭減速后,利用反向推力發(fā)動機,使火箭垂直降落在海上平臺或陸地上。
但星艦涉及的超級重型助推器比獵鷹9號大得多,傳統(tǒng)的海上平臺回收方式已無法適用。由此,SpaceX著手尋找新的解決方案,這才有了“筷子夾火箭”。
這個“筷子”其實是發(fā)射塔的兩個巨大的機械臂,叫mechazilla,機械哥斯拉。機械臂單個長36米、高18米,通過塔底的超大型絞車系統(tǒng)驅動,可以在塔架的軌道上下移動,通過液壓油缸的伸縮帶動機械臂的打開與合攏。
此外,機械臂還搭載了液壓緩沖機構以保持穩(wěn)定,用以承擔并分散回收飛船時的沖擊力。前端距勤務塔固定處約34.8米,接駁臺面長約20米,以適應降落位置的偏差。
值得注意的是這次的超重型助推器回收精度已經(jīng)不超過0.5cm,從直播畫面上看,說是“千里穿針”也毫不夸張。
整個“筷子夾火箭”的流程就是,“星艦”助推器在著陸的最后階段、距離地面約2000米時,同時啟動13臺發(fā)動機制動減速,這些發(fā)動機具備“萬向推力”能力,即噴嘴可以旋轉調節(jié)方向,以控制助推器姿態(tài)和飛行軌跡。
離地面800米時,助推器關閉6臺發(fā)動機,憑借剩余3臺發(fā)動機使其保持垂直狀態(tài)。離地面65米時,只保留1臺發(fā)動機。
馬斯克對星艦火箭的最終理想是——讓火箭像民航飛機一樣重復使用,著陸后僅需簡單檢查,即可重新加注推進劑并再次發(fā)射,一天內(nèi)可執(zhí)行兩次甚至更多次發(fā)射。實現(xiàn)這一愿景的前提,是要盡可能地降低發(fā)射成本。
以前人類進入空間的能力,以近地軌道為例,常態(tài)化運載能力大概就是20噸級,而星艦直接提高到了200噸級。對于進入空間載荷單位質量的發(fā)射成本,在沒有獵鷹9號之前大概是3萬到5萬美元/公斤,獵鷹9號將其降到了2000到5000美元/公斤,然后星艦進一步降低到200至400美元/公斤。
以很高的成本去確保每一次的發(fā)射成功并不是可持續(xù)的,對于失敗的寬容更有助于打磨更具有經(jīng)濟效益和市場價值的產(chǎn)品。
從這個角度看,馬斯克之前放的煙花都值了。
另外,馬斯克的星艦艦體材料居然是304L不銹鋼,這讓國內(nèi)一大堆研究航天材料的項目瑟瑟發(fā)抖。具體為奧托昆普的3.6mm 304L不銹鋼,屬于普通市售的冷軋不銹鋼,每公斤售價約3美元,基本上和家用食品級的304不銹鋼類似。
當然,星艦也應用了301系列不銹鋼,以及SpaceX自研的30X不銹鋼。特別是自己的30X不銹鋼,每公斤價格只比304L貴一點,差不多是4美元。
不得不承認,把這么一堆不銹鋼發(fā)上天再收回來也算得上一種別樣的暴力美學,加州版的手工耿PLUS。
官方一點的話術評價星艦試射,就是該試驗任務取得了全面的成功,驗證了超重助推級筷子回收的可行性,以及星艦飛船級精準軟著陸能力。超重-星艦向完全、快速可重復使用推進,同時為其工程化應用奠定了基礎。
隸屬于中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院的雜志《中國航天》在評價文章中,還加上了這么一句,隨著超重-星艦可重復使用技術的成熟,在“火箭貨運”項目下,或將為軍方提供全球點對點運輸投送能力。
從星鏈到星艦,馬斯克越來越有硅谷鋼鐵俠的味道了。接下來,按照馬斯克和 SpaceX 的計劃,將在占地超過 100 萬平方英尺的星艦工廠里,把原先分散建造的火箭各部分整合建造,像特斯拉生產(chǎn)線一樣批量生產(chǎn)星艦。
或許,有生之年真的能等到火星移民的這一天。
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