星艦又炸了,這似乎不算什么新聞了,但問題是,最近連續3次試射失敗,但進度卻很小,超重助推器和星艦都沒飛明白,有一種“星艦可能在失敗中前進,但星艦在失敗中前進不太可能”的感覺,就連美國網民都不太信馬斯克了。
(“星艦”的五次發射起飛照片)
就在北京時間5月28日,“星艦”(任務代號IFT-9)第九次發射失敗,引起了廣泛的爭議,就連美國的馬斯克“鐵粉”都有些不自信了,開始對“星艦”項目的未來感到擔憂。
這次發射反映出的進展非常少,雖然點火起飛階段一切正常,但一級“重型助推”在進行返回點火時發生異常,導致爆炸損毀,未能完成受控濺落任務。
星艦這一級雖然工作到了發動機關機,但因主推進劑貯箱泄漏和失壓導致姿態失控,該級的大部分任務未能完成,比如沒能打開艙門釋放載荷,并在重返大氣層時解體。
這意味著Space X公司沒有解決導致前兩次發射失敗的問題,甚至有Space X公司的內部人士透露,該公司甚至連前兩次失敗的確切原因都沒有找到,這次純粹是在撞大運。
SpaceX公司的投資人之所以能容忍“星艦”連續發射失敗,除了馬斯克的個人魅力之外,還因為星艦走了一條與傳統火箭不同的研發路徑:傳統火箭是做“減法”,而星艦是做“加法”。
傳統火箭是從首發就盡最大可能保證可靠性,不惜成本,讓各個零部件的性能都有冗余,在無塵車間內組裝,在發射成功后再找可以“偷工減料”的地方以降低成本(Space X的獵鷹系列火箭也基本走的這條路);
“星艦”一開始就用成本最低的方式來研制,連組裝都是在露天完成的,無塵車間?從來不用,它就是要通過一次次地失敗,找到脆弱的地方,在下一次發射時改進,直到完全成功。
(星艦第9次發射的任務計劃)
這種對失敗的容忍是有條件的:SpaceX必須顯示能夠從上一次發射失敗中找到問題,在下一次發射時改正問題,而Space X已經連續3次發射沒有顯示出進步了。
最近三次發射失敗原因各不相同,包括結構諧振、發動機故障、主貯箱泄漏等等,這些問題在地面的低溫壓力試驗、短時長試車、長程試車中均未能暴露出來。
“星艦”所有的體積和重量,目前的有限元分析模型都無法正常模擬。
到目前為止,“星艦”的9次發射成本平均每次在9000萬美元到1.2億美元之間,不知道Space X的投資人和馬斯克自己,能夠忍受投資打水漂的多少次?
(本次“星艦”飛船級艙內的視頻和照片)
這些問題之所以在地面測試中沒有發現,很可能是因為Space X沒有為“星艦”進行振動臺測試。
尤其是飛船級在高超音速飛行階段的振動特征,很可能是造成諸多問題的根本原因,而沒有地面振動臺測試,就只能靠一發一發地發射失敗來摸索。
此前“星艦”所做的一切發射,對高超音速飛行階段,尤其是飛船級再入大氣層時的振動特征摸索得很少。
如果有地面振動臺的話,正常的解決流程是,失敗一次之后,對原設計方案進行振動測試,改進完后再振動測試,沒問題了再發射,如果發射失敗就重復這個流程。
當然Space X沒有進行地面振動臺測試也是有原因的:
一是因為目前超大載重的振動臺技術被中國壟斷。
當年美國為了測試“土星五號”的振動性能,采用了8個液壓驅動器并聯的振動臺,其推力大約為29噸。
2016年2月,中國航天科技集團公司五院總裝與環境工程部研發成功了140噸振動試驗系統。
美國宇航局以前也進口中國的大載重振動臺,但在2020年由中國商務部和科技部聯合發布的《中國禁止出口限制出口技術目錄》中,大型振動平臺的設計建設技術被明確限制出口,美國沒這機會了。
二是目前世界上并沒有能夠對“星艦”這樣大、這樣重的航天器進行振動測試的振動臺。
如果未來中國航天的長征9號巨型運載火箭立項,這樣的振動臺也需要定制,從頭研發。
(我國政府在2020年禁止出口大型振動平臺技術)
“星艦”的未來會怎樣?會對美國的航天實力有什么影響?
正如上面所說,“星艦”目前沒有解決地面振動臺測試的辦法,那就只能依靠一次次發射失敗來摸索,未來到底要失敗多少次才能解決問題,現在誰也說不好。
要知道,目前美國政府還想在2028年完成載人登月,而“星艦”目前是“阿爾忒彌斯”計劃月球著陸器的唯一候選方案。
從時間上來看,“星艦”哪怕完成了飛船級的成功入軌,并實現兩級都成功回收,也還需要一段時間和多次發射來驗證載人的可靠性,想趕上2028年登月,大概率是沒戲了。
至于登陸火星,這本身可能就是個忽悠,不能當真。
“星艦”的目標是把低軌道載荷的發射成本降低到每公斤200美元左右,目前獵鷹系列火箭在可重復使用時,最低成本約每公斤2000美元。
一旦“星艦”項目成功,將使得美國進行太空發射的成本擁有比其他國家小一個數量級的優勢,這是戰略性的成果。目前來看,美國要實現這一目標,恐怕還需要多等一些年,而且前提是SpaceX能堅持下去。
對于中國來說,我們就擁有了追趕的時間。
從今年下半年開始的一兩年內,我國將有七八款可重復使用火箭進行首飛,可以預計兩年內趕上獵鷹系列火箭的運力沒什么問題。要想趕上“星艦”,就需要等長征9號巨型運載火箭立項了,這一天可能并不遙遠。
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