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标题: 筷子夹火箭!星舰第5次试飞大获成功星舰逼近完美形态 [打印本页]

作者: 环球科学 时间: 2024-10-14 01:30
标题: 筷子夹火箭!星舰第5次试飞大获成功星舰逼近完美形态

SpaceX在星舰的第五次试飞中成功回收了超重新推进器B12。图片来源：SpaceX

本次是星舰的第五次试飞，上面级为星舰（Starship）飞船，代号S30，下面级为超重型推进器（Super Heavy），代号B12。

撰文 | 王昱

审校 | 不周

北京时间10月13日晚8:25，SpaceX星舰组合体（B12+S30）在美国得克萨斯州的星港（Starbase）发射场点火升空。这是星舰的第五次飞行测试。

星舰组合体起飞姿态正常，33台猛禽发动机全部点燃。在起飞60秒后抵达最大动压点（Max-Q，此时火箭承受的结构压力最大）。起飞后2分40秒，星舰飞船和超重型推进器热分离成功，星舰和超重型推进器状态正常。起飞后约3分40秒，发射塔决定执行超重型推进B12的回收程序。

超重型推进器B12不断向地面下降，在返回发射塔时产生了巨大的音爆声。超重型推进器B12在下降过程中逐渐减速，逐步关闭发动机，最后只留下中心的3台发动机。最终在发射后6分59秒，超重型推进器B12几乎在SpaceX发射塔“机械哥斯拉”（Mechazilla）的两根“大筷子”中间减速到0，“机械哥斯拉”牢牢夹住了71米高的超重型推进器B12。SpaceX完成了第五次试飞最主要的目标。

同时，上面级星舰飞船S30继续飞行，在达到目标速度和高度（26000km/h，211km左右）后进入约50分钟的滑行状态。不过，在前几次试飞中，星舰飞船在飞越过半个地球的过程中，总会有视频直播信号丢失的情况，而这次星舰飞船可以全程视频直播滑行过程。这也是此次星舰飞船的升级之一。

当然，另一个重点升级是星舰飞船襟翼的隔热性能。在星舰的第四次试飞中，虽然星舰最终成功溅落在印度洋上，但在再入大气层的过程中，星舰飞船的襟翼从底部被烧穿了。在第五次试飞中，星舰飞船S30升级了隔热罩，并对襟翼部分做了额外的热防护，还修改了直播摄像头的安装位置。

SpaceX襟翼似乎又被烧穿了一点。图片来源：SpaceX

结果就是，S30再入大气层的过程十分平稳。襟翼底部似乎被烧穿了一些，不过并不影响功能。总之，S30成功在印度洋上模拟着陆了。

目标点摄像机拍摄的星舰模拟着陆（软溅落）过程。图片来源：SpaceX

令人惊喜的是，SpaceX似乎还在星舰坠海点（印度洋）附近布置了摄像机，因为着陆地点非常精准，所以提前布置的摄像机能用第三方视角录下星舰在海面上倾倒的过程。

审批挑战

在第四次试飞之前，马斯克就表示如果第四次试飞中超重型推进器在海面上模拟着陆的效果足够令人满意，就会在第五次试飞中尝试回收超重型推进器。很显然，他们对第四次试飞的成果相当满意。

回收的方式，就是用发射塔上的两根“大筷子”夹住超重型推进器，他们还给带有“大筷子”的发射塔起了个名字——“机械哥斯拉”。超重型推进器高度71米，直径9米，按照一层楼层高3米计算，大约相当于24层楼的高度。这种回收方式充满了“我寻思能行”的即视感。不过SpaceX表示，他们的工程师已经花了数万小时的工作时间来测试，虽然不保证能回收成功，但至少可以确保安全。

如果没有足够的安全设施，在回收时超重型推进器撞到了发射塔，那么超重型推进器里剩下的液氧和液态甲烷会让它瞬间化身从天而降的超重磅炸弹，直接炸毁发射塔。所以，如果在发射中发现超重型推进器的状态不满足安全回收的要求，SpaceX团队就会让超重型推进器调转方向，落向海面。

当然，也正是这种潜在的爆炸风险，让美国联邦航空管理局（FAA）犯了难——毕竟地球上从来没人审批过这样的计划。今年9月，FAA就表示，如果星舰第五次试飞的计划和第四次试飞一样，那么他们随时都能批准起飞，但如果星舰要在第五次试飞中尝试回收超重型推进器，这种尝试风险太大，他们还需要一段时间来审批整个计划，最终批准的时间可能不早于2024年11月底。

而且，在安全风险之外，SpaceX还受到了一些环保组织的质疑。SpaceX在发射星舰时为了降温、减震，会在发射塔底部喷大量的水，环保人士怀疑SpaceX这是在无证排放工业废水；还有人说超重型推进器坠入海洋的时候，可能会砸到一些海洋生物；此外超重型推进器发射、返回时的巨大噪音可能会让野生动物很不安。面对这些问题，SpaceX感到颇为无奈，又不能不回答，于是他们一一作出回应，表示他们排放的水已经达到了饮用标准，并雇佣生物学家、环境专家调查，发现星舰对这些野生动物并没有显著的影响。

直到计划发射前的2天，SpaceX仍然没有拿到FAA的批准。SpaceX制作了一个回收星舰的小游戏来吐槽FAA的审批流程。这个小游戏整体是像素画风，用方向键控制星舰的下落，目标是让星舰在落到发射塔时，尽可能减速到静止，从而被发射塔捕获。值得注意的是，小游戏开场时加载的进度条上，赫然写着“PENDING REGULATORY APPROVAL”，意思是“等待监管部门批准”。

很显然，SpaceX对FAA迟迟不批准自己的测试飞行非常不满。终于，在计划发射窗口的前20小时，FAA终于松口，批准了星舰的第五次发射。

不断升级

根据第四次试飞的结果，SpaceX的工程师对星舰做出了大量改进。最显著的改进可能就是对星舰飞船隔热罩的升级。在第四次试飞中，星舰飞船S29在返回大气层时，襟翼的隔热罩没能达到预期的效果，襟翼从根部开始燃烧，整个襟翼几乎都被再入大气层时的高温烧穿了，这也间接导致摄像头被烧蚀产物遮挡。虽然最终S29仍按计划在印度洋上模拟着陆成功，但襟翼被烧穿可不是什么好事，因此S30对襟翼的结构进行了额外的防护。不过现在看来，防护似乎还是不太够。

而在第四次试飞和第五次试飞之间，SpaceX另一项重要进展是公布了第三代猛禽发动机（Raptor 3）。猛禽发动机是星舰使用的发动机，使用液氧和液态甲烷产生推力，目前星舰上使用的是第二代猛禽发动机。猛禽发动机的推力参数非常夸张，从某种程度上，星舰之所以敢用不锈钢制作星舰，就是因为他们的猛禽发动机推力极强，就算用不锈钢制作火箭，也不用担心火箭本身重量超标。而第三代猛禽发动机重量更轻，推力更大，并且不需要隔热罩。

三代猛禽发动机的对比。图片来源：SpaceX

就算不看第三代猛禽发动机的参数，只看它的外观，你就能意识到第三代猛禽发动机的进步有多大。前两代猛禽发动机需要在发动机外侧安装大量复杂的管线，而第三代猛禽发动机直接将这些管路都集成在了发动机内部。SpaceX对他们制造第三代猛禽发动机的技术保密，但目前世界上只有3D打印才能制造出这样复杂的内部结构。

第三代猛禽发动机整体是黑色的，它上面白色的部分是一层冰壳，因为其中流动着液氧和液态甲烷。图片来源：SpaceX

第三代猛禽发动机现在仍处在开发测试阶段。根据第五次试飞的直播视频推测，本次试飞使用的似乎还是第二代猛禽发动机。就算是第二代猛禽发动机，也已经具有了相当的可靠性，并且制造成本较低。据推测，2019年时猛禽发动机每台成本大约为100万美元。随着SpaceX进一步改善产线和制造工艺，猛禽发动机的制造成本也在快速降低。

根据直播画面推测，使用的应该还是第二代猛禽发动机。图片来源：SpaceX

SpaceX曾表示，他们将会在第五次试飞后很快进行第六次试飞，让我们拭目以待。

参考链接：

https://www.space.com/spacex-starship-flight-five-late-november

https://www.spacex.com/launches/mission/?missionId=starship-flight-5

https://www.space.com/spacex-starship-flight-5-launch-what-time-livestream

https://en.wikipedia.org/wiki/SpaceX_Raptor

https://en.wikipedia.org/wiki/Starship_flight_test_5

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