SpaceX官方公布星舰首飞诸多细节

2023-04-14 星期五

渴望,渴盼的结果还是等待。但绝对值得等待。

4月10日,马斯克发推:「星舰发射趋向于4月份第三个周末进行。」这跟他在3月17日发布过的一条推文类似。星舰真的要首飞?

因此被一部分粉丝解读为4月20日(4月第三周包括特定日期4/20)。老马时常拿42、4/20这类数字谜语开玩笑,所以资深航天媒体人则认为,这不过是老马又一次放出来的俚语笑话而已,不必当真。

4月12日今天,SpaceX官方发推声明:「星舰团队正专注于下周星舰首次综合试飞之前的发射准备工作,等待监管部门的批准——本周没有发射彩排。」

这段话包含至少三层意思:①原定本周进行发射前的湿彩排取消。②星舰团队本周主要任务是发射准备工作(包括发射准备审查)。③一切还在等FAA批准。

这段话恰好证实了来自专业航天媒体NSF的亚历克斯(Alex)此前消息:「据称,SpaceX决定在本周六完成发射准备审查后,不再进行发射彩排,直接进入发射环节。SpaceX预计FAA发射许可证将在本周发放,但不能绝对保证。」

无论首飞日是4月17日、4月20日,还是4月下旬,甚至延到5月份,早晚都会上演,这是必将发生的历史性事件。

更值得关注的是,SpaceX官推声明后缀有个链接🔗

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

SpaceX官方网站推出的【星舰试飞】详情页,划重点如下:

①简述星舰项目,包括星舰开发试飞超简史

②星舰首飞目前还是瞄准:2023年4月17日

③星舰首飞按照惯例进行网络直播,发射前45分钟开始直播,直播网址:https://www.spacex.com/launches/

④列出具体的星舰首飞时间线

以下就是【三体引力波】全文汉化内容,以飨各位读友——

○简述星舰项目

「这将是完整集成一体的星舰飞船和超重型火箭的首次测试飞行,星舰系统是一种可完全重复使用的太空运输系统,旨在将宇航员和货物运送到地球轨道,帮助人类重返月球,并前往火星以及更远的太空。通过这样的测试,衡量成功发射的标准是我们能够其中学到多少。随着SpaceX快速推进星舰开发,这将为未来的成功提供宝贵信息、提高发射成功率。

迄今为止,SpaceX团队已在星舰基地完成了第二级星舰的多次亚轨道飞行测试,成功演示了一种前所未有的可控飞行方法。这些飞行测试有助于验证飞行器的设计,证明星舰可以通过亚音速再入大气层,然后重新点火、翻转、最终垂直着陆。

除了对星舰系统第二级星舰飞船的测试外,星舰团队还对超重型火箭进行了多次测试,其中包括越来越复杂的静态点火,实现31台猛禽发动机的全程点火测试——这是航天史上同时点火最多的火箭发动机。星舰团队还建造了世界上最高的火箭发射塔与捕获塔。发射和捕获塔高146米,或将近500英尺,目的是支持星舰系统的集成、发射和捕捉。在第一次飞行测试中,星舰团队不会尝试星舰垂直着陆或捕获超重型火箭。

首次试飞的网络直播将在发射前45分钟开始。正如所有开发测试情况一样,这个时间表是动态的,可能会有变化,所以一定要保持关注我们的社交媒体渠道,以便获取信息更新。

当我们冒险进入新领域之际,继续感谢所有的支持和鼓励,我们已经收到对未来有着相同愿景的人的来信,人类的未来就是星际探索!」

○星舰首飞时间线

这份时间线透露出来很多信息,也牵出很多疑问。

●星舰首飞加注多少燃料?

为了给史上最大太空运输系统——星舰系统加燃料,需要在发射升空前1小时39分钟,开始加注液态氧、液态甲烷,但首飞需要加注多少燃料尚未可知,有待进一步信息。

要知道,整个星舰系统推进剂装载量~5000吨(4927吨)。其中星舰装载量1095吨,超重型火箭装载量3832吨,液氧甲烷质量比0.778。当然这只是理论值,实际发射时不会完全加满,而是根据发射任务需求加注相应量。星舰系统完全加满的话,接近5000吨的推进剂费用约为93万美元。

●星舰首飞发射质量有多少?

由于尚不清楚推进剂装载量,所以星舰起飞质量也无法具体得知。不过,我们已知星舰系统的干质量为320吨(星舰120+超重型200),理论上星舰系统完全加满推进剂后的总质量高达5200多吨(5247吨),再加上有效载荷最大质量150吨(消耗型发射时最大运力250吨),未来成熟版星舰发射质量峰值将高达~5400吨。

●首次试飞星舰推力有多大?

我们知道,作为星舰系统第一级,超重型火箭配置33台猛禽发动机,总推力峰值高达7590吨。这将是土星五号起飞推力2.2倍。如果换算成瞬时输出功率的话,这相当于180座台山核电站输出总功率,或者15亿平方米全球最高效的太阳能电池板的输出功率,或者100万辆福特皮卡F150输出的总马力。

根据马斯克之前透露,星舰首次试飞将释放90%推力,而不是100%全功率推力,即使90%也是高达6831吨力,相当于土星五号两倍推力,或者去年底首飞的SLS最大运力1.7倍。

●星舰首飞一二级会飞多高?

根据专业人士构建的飞行模型估计,超重型火箭在关闭猛禽发动机之后(MECO),最大飞行高度有望达到63公里左右。星舰进入椭圆形轨道:近地点高度50~65公里,远地点高度104~250公里。由于数据来源不同,所以这里援引的近地点、远地点高度差异较大。具体数据恐怕只有等到首飞才能得到。

●一二级点火有多长时间?

作为星舰系统第一级,超重型火箭发动机计划持续点火177秒:从倒计时第8秒开始点火,一直到33台发动机全部关闭(T-00:08~T+02:49)。

作为星舰系统第二级,星舰发动机计划持续点火383秒:从发射升空第2分57秒开始点火,一直到第9分20秒3台真空发动机关闭(T+02:57~T+09:20)。

●星舰、超重型到底如何结束飞行?

从SpaceX官方给出的发射时间线/发射过程模拟图显示(▲上图),我们没有看到星舰之前高空试飞时的高难度操作——重新点火,演绎神龙摆尾,再垂直着陆,而是貌似直接腹部拍水式俯冲,直到海上溅落。

相反,超重型火箭在着陆阶段再度点火、执行垂直降落,尽管最终也是海上溅落,但两者溅落方式显然不同。想必这是测试团队有意为之,通过首次试飞,实测并收集超重型火箭垂直着陆的各项数据,为接下来可能利用发射塔捕获机械臂进行空中捕获回收提前探路。

在此之前,原型星舰SN15曾经成功玩过软着陆,为今后星舰们打通陆地垂直着陆开创先河,因此并不需要利用这次首飞机会再收集相关数据,反而直接执行腹部拍水式俯冲,一直到最终拍到海面上,以此来最大程度地测试星舰飞船结构及其安全性。在星舰开发团队眼里,这才是最宝贵的实测数据。

要知道,成熟版载人星舰走的是航天飞机之路,也就是不配置/也无法配置传统载人飞船那种逃逸系统,必须依靠星舰本身足够安全可靠才行,正因为如此,这种极限测试更显得尤其重要,甚至不可或缺。真心祝福一去不复返的S24,壮烈牺牲得不会太过惨烈……

●星舰首飞为何被称为轨道级发射?

我们知道,轨道发射的硬指标:航天器必须达到28000公里/小时、至少达到200公里的轨道高度;亚轨道发射/飞行的硬指标:航天器需要达到6000公里/小时、至少飞到80或100公里高度。而星舰首次测试飞行属于前者范畴(最大速度可达7.8公里/秒;远地点高度~250公里),不过星舰并不会绕地飞行一圈以上,而是飞越大半个地球后从夏威夷上空再入,构不成真正意义上的轨道飞行,所以一般称这次为轨道级发射,也有专业人士称之为跨大气层轨道(Transatmospheric Orbit,缩写为TAO)发射,因飞行轨道的近地点与大气层高度(美军定义的80公里或者FAI国际航空联合会定义的100公里)相交而得名。

不管如何定义星舰首飞,都不影响我们有幸见证历史。正如老马所言:不保证成功,但保证精彩。

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