馬斯克今天發(fā)文「重新定調(diào)星艦開(kāi)發(fā)框架」,披露諸多關(guān)鍵點(diǎn)。第二代星艦正被替代?第三代星艦何時(shí)亮相?三體引力波全面剖析星艦開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀與未來(lái)。
●馬斯克重磅短文
▲北京時(shí)間3月23日12:18,馬斯克跟進(jìn)澳洲知名星艦粉@MarcusHouse貼文時(shí)提到:SpaceX正在完善V3星艦設(shè)計(jì)(honing in on the V3 Starship design)。計(jì)劃在未來(lái)12個(gè)月內(nèi)(到2026年3月左右)實(shí)現(xiàn)每周一次的星艦發(fā)射頻率。這將實(shí)現(xiàn)每次向Starlink軌道部署約100噸有效載荷,并且實(shí)現(xiàn)完全復(fù)用(full reusability)。他稱(chēng)這一目標(biāo)為重大突破(profound breakthrough)。
不難看出,馬斯克顯露一如既往的樂(lè)觀(guān)主義,對(duì)V3星艦的開(kāi)發(fā)充滿(mǎn)信心,并設(shè)定了雄心勃勃的目標(biāo):到2026年3月實(shí)現(xiàn)每周一發(fā),向Starlink軌道部署100噸有效載荷,并實(shí)現(xiàn)全可重復(fù)使用。這一目標(biāo)如果實(shí)現(xiàn),將標(biāo)志著星艦計(jì)劃的重大突破,不僅大幅加速星鏈網(wǎng)絡(luò)的部署,還將為深空探索(如月球和火星任務(wù))奠定基礎(chǔ)。然而,當(dāng)前V2星艦正遭遇重大技術(shù)挑戰(zhàn)(如引擎故障和壓力問(wèn)題)急需解決,以確保V3能夠順利實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
●V2技術(shù)瓶頸
最近的星艦第八飛,第二代飛船(Ship V2)再度遭遇重大挫折,S34六臺(tái)猛禽中有四臺(tái)在初始燃燒階段提前關(guān)閉,導(dǎo)致姿態(tài)失控,最終失去遙測(cè)。SpaceX初步分析指出,壓力問(wèn)題和燃料泄漏是主要原因,與星艦第七飛S33飛船爆炸的問(wèn)題如出一轍。顯然,V2星艦暴露出幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題:
①發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性:猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)在IFT-7和IFT-8連續(xù)出現(xiàn)故障,IFT-7因燃料泄漏引發(fā)壓力激增和爆炸,IFT-8由于低壓導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)提前關(guān)閉。進(jìn)一步深挖,真空版猛禽進(jìn)料管線(xiàn)在低燃料水平下的不穩(wěn)定性是主要隱患。
②壓力與燃料系統(tǒng):超重型B15在IFT-8中也遭遇燃料傳輸壓力不足的問(wèn)題,險(xiǎn)些影響發(fā)射。飛船S34的液氧燃料艙也出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題,測(cè)試團(tuán)隊(duì)曾在發(fā)射前對(duì)其進(jìn)行過(guò)檢查。
③熱防護(hù)與再入:IFT-7和IFT-8都沒(méi)能實(shí)現(xiàn)飛船的完整再入測(cè)試,熱防護(hù)系統(tǒng)(尤其是隔熱片)的耐用性仍需驗(yàn)證。IFT-8前還發(fā)現(xiàn)一枚隔熱瓦片脫落,引發(fā)對(duì)系統(tǒng)完整性的擔(dān)憂(yōu)。
另外,包括熱分離系統(tǒng)、后襟翼設(shè)計(jì)(存在火災(zāi)隱患)以及發(fā)射塔的筷子(出現(xiàn)滑軌問(wèn)題),都需要改進(jìn)。
盡管問(wèn)題頻發(fā),但種種跡象表明,SpaceX并未放棄V2第二代飛船,而是通過(guò)更嚴(yán)格的地面測(cè)試來(lái)解決問(wèn)題。例如,S35飛船已完成三次低溫測(cè)試,接下來(lái)將進(jìn)行靜態(tài)點(diǎn)火測(cè)試。還計(jì)劃調(diào)整測(cè)試流程,比如在不同燃料水平下測(cè)試猛禽性能,以模擬真實(shí)飛行條件。
可以說(shuō),V2是星艦系統(tǒng)的過(guò)渡版本,目標(biāo)是驗(yàn)證核心技術(shù)(捕獲回收、飛船再入和軌道操作),為V3第三代星艦奠定基礎(chǔ)。盡管當(dāng)前面臨重大挑戰(zhàn),SpaceX仍堅(jiān)持使用V2進(jìn)行測(cè)試,體現(xiàn)了「快速迭代、邊飛邊改」的開(kāi)發(fā)理念。這種策略早在獵鷹9號(hào)火箭開(kāi)發(fā)中已經(jīng)證明有效,最終造就了全球最可靠的火箭。
●V3藍(lán)圖
V3(Block 3)是星艦下一代版本,據(jù)悉將在2025年11月前完成設(shè)計(jì)并進(jìn)入測(cè)試階段。相比V2,V3在多個(gè)方面進(jìn)行了大幅改進(jìn)。
①尺寸與載荷:V3總高度將達(dá)140-150米(超重型助推器80.2米,飛船69.8米),比V2高20-30米。有效載荷能力將達(dá)200噸(LEO運(yùn)力,一二級(jí)完全可復(fù)用),如果一次性使用可實(shí)現(xiàn)約400噸運(yùn)力。
②推力提升:V3將搭載Raptor 3第三代猛禽,推力多達(dá)10000噸力(V2為7500噸力),成為有史以來(lái)最強(qiáng)大的火箭。第三代猛禽更簡(jiǎn)單、更可靠,旨在解決V2的猛禽問(wèn)題。
③燃料容量:超重型助推器燃料容量多達(dá)4500噸,飛船為2300 噸,顯著提升推進(jìn)劑量,以支持更強(qiáng)大的猛禽和更長(zhǎng)時(shí)間更復(fù)雜的任務(wù)。
④軌道加油能力:V3將配備專(zhuān)門(mén)的加油硬件,包括先進(jìn)的耦合機(jī)制和快速斷開(kāi)系統(tǒng),支持軌道加油操作。這是深空任務(wù)如月球和火星任務(wù)的關(guān)鍵。
⑤系統(tǒng)優(yōu)化:熱分離系統(tǒng)將更簡(jiǎn)單高效,減少分離風(fēng)險(xiǎn);燃料艙將進(jìn)一步擴(kuò)展,以滿(mǎn)足第三代猛禽的需求;星艦發(fā)射塔基礎(chǔ)設(shè)施(包括筷子機(jī)械臂)也會(huì)優(yōu)化以提高可靠性。
V3的開(kāi)發(fā)受到多個(gè)關(guān)鍵任務(wù)的推動(dòng)。首先是星鏈部署任務(wù),馬斯克 在X帖子里提到,V3每次將向星鏈軌道部署100噸有效載荷。星鏈作為SpaceX最具前景和賺錢(qián)能力的項(xiàng)目,V3的高載荷能力和高發(fā)射頻率將加速下一代星鏈的部署。其次是Artemis重返月球計(jì)劃,星艦被選為NASA Artemis載人任務(wù)的首選月球著陸器(HLS),目前計(jì)劃在2027年實(shí)現(xiàn)載人登月。NASA載人月球著陸器項(xiàng)目主管Lisa Watson Morgan 最近表示,V3需在2025年底前投入使用,以支持星艦軌道加油。再有就是火星任務(wù),馬斯克宣稱(chēng)在2026年發(fā)射窗口期進(jìn)行無(wú)載人星艦火星任務(wù),26個(gè)月后再進(jìn)行載人火星任務(wù)。V3的加油能力和深空能力將是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的基礎(chǔ)。
不過(guò),盡管V3設(shè)計(jì)雄心勃勃,但開(kāi)發(fā)測(cè)試也面臨諸多挑戰(zhàn)。技術(shù)繼承方面,V3需要解決V2的所有問(wèn)題,比如發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性、熱防護(hù)系統(tǒng)等,否則這些問(wèn)題可能延續(xù)到新版本。時(shí)間壓力方面,SpaceX內(nèi)部時(shí)間表是2025年11月完成目標(biāo),這意味著必須在不到8個(gè)月內(nèi)完成設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試,時(shí)間緊迫。能否按期完成仍是問(wèn)號(hào)。基礎(chǔ)設(shè)施方面,要實(shí)現(xiàn)每周一次發(fā)射需要大規(guī)模生產(chǎn)能力(Starfactory星艦工廠(chǎng))和發(fā)射基礎(chǔ)設(shè)施(佛州第二發(fā)射塔、佛州星艦發(fā)射塔),這些重要建設(shè)目前仍在建設(shè)當(dāng)中,能否如期建成有待觀(guān)察。
●并行開(kāi)發(fā)
可以確定的是,SpaceX并未因V2棘手問(wèn)題而放棄,而是采取了并行開(kāi)發(fā)的策略。V2繼續(xù)用于測(cè)試和驗(yàn)證技術(shù)(助推器回收、飛船再入),而V3則在設(shè)計(jì)階段快速推進(jìn)。
這種策略?xún)?yōu)勢(shì)在于,V2的測(cè)試為V3提供了寶貴數(shù)據(jù),避免新版本的冷啟動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。時(shí)間效率上,并行開(kāi)發(fā)縮短了整體開(kāi)發(fā)周期,確保V3 能盡早投入使用。任務(wù)支持上,V2可用于短期任務(wù),比如部署自家星鏈,而V3則為長(zhǎng)期深空任務(wù)做準(zhǔn)備。
不管外界如何質(zhì)疑,SpaceX仍在抱持一貫的開(kāi)發(fā)哲學(xué):快速迭代、邊飛邊改。S33、S34連續(xù)失敗并未讓星艦開(kāi)發(fā)停下腳步,而是推動(dòng)更嚴(yán)格的測(cè)試和改進(jìn)。比如S35飛船正在進(jìn)行多輪低溫測(cè)試,SpaceX還計(jì)劃在IFT-9發(fā)射前增加不同燃料水平的引擎測(cè)試,以解決進(jìn)料管線(xiàn)問(wèn)題。這種策略雖然風(fēng)險(xiǎn)較高,但能快速暴露問(wèn)題并找到解決方案。
此外,為支持高頻率發(fā)射,SpaceX正在加速基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。比如,Starfactory星艦工廠(chǎng)項(xiàng)目。位于德州星艦基地的Starfactory,旨在實(shí)現(xiàn)星艦的大規(guī)模生產(chǎn),支持V2和V3同期制造。再比如升級(jí)發(fā)射塔和發(fā)射臺(tái),德州博卡奇卡基地已接近完成第二座發(fā)射塔,佛州星艦發(fā)射設(shè)施預(yù)計(jì)在2025年底前投入使用。還有后勤支持保障,德州博卡奇卡正在安裝水管道以減少運(yùn)輸成本,計(jì)劃建設(shè)中的液氧生產(chǎn)廠(chǎng)也將在2025年7月前獲批。
如果SpaceX能實(shí)現(xiàn)馬斯克的愿景,星艦V3將重新定義太空飛行。它的載荷能力(200噸)和推力(1萬(wàn)噸)將遠(yuǎn)超競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,比如NASA的太空發(fā)射系統(tǒng)(SLS,只能運(yùn)送95噸到LEO,成本卻高得多)。完全可重復(fù)使用將把發(fā)射成本降到每噸幾千美元,讓太空變得前所未有地觸手可及。
現(xiàn)在,所有關(guān)注目光都集中在星艦第九飛上。根據(jù)FCC文件,最早可能在4月7日進(jìn)行。當(dāng)然,這只是最早的參考時(shí)間,更現(xiàn)實(shí)的時(shí)間段是春夏之交。這次測(cè)試將檢驗(yàn)SpaceX能否解決V2的問(wèn)題。與此同時(shí),V3亮相倒計(jì)時(shí)也在繼續(xù)。SpaceX需要在迭代速度和系統(tǒng)穩(wěn)定之間找到平衡。
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