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星舰试飞再失败:被迫触发自毁功能 大推力火箭值得更多期待

来源:潮新闻 2023-11-19 09:10 http://www.mnw.cn/

  北京时间11月18日晚21时左右,美国SpaceX(太空探索)公司的“星舰”超重型火箭点火升空,进行第二次入轨级测试飞行。本次试飞计划飞行90分钟,“星舰”飞船首次到达了太空,但发射约10分钟后失去了联系,其自毁系统被迫触发,试飞被宣布失败。

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  当地时间18日,美国太空探索技术公司(SpaceX公司)的“星舰”超重型火箭发射升空。(SpaceX公司网站直播画面截图)集无数“之最”于一身,“星舰”是目前人类研制时间最短、体积最大、动力最强的运载火箭,寄托着“硅谷钢铁侠”马斯克“把人类送上火星”的梦想。除“星舰”之外,中国长征九号等大推力火箭也在研制过程中。人类为何要追求更大推力运载火箭?茫茫宇宙,有了大推力火箭,人类将去往何方?

  “星舰”二次试飞又失败

  总高度约120米、直径约9米,从外形上看,有史以来人类最大的运载火箭“星舰”,相当于一栋30到40层高的大楼。它实力剽悍,起飞质量约5000吨,完全重复使用时,近地轨道运载能力为150吨;一次性使用时,近地轨道运载能力为250吨。据SpaceX官网数据,“星舰”火箭系统由两级构成,第一级为“超重型推进器”(Super Heavy),第二级为“星舰”飞船(Starship)。其中,“超重型推进器”配置了33台“猛禽”发动机,可产生最大7000多吨推力。在设计上,“星舰”两级都可重复使用,还可以在太空中加注推进剂,以实现更长的太空飞行任务。2018年首枚飞船启动样机制造,2023年4月进行了首飞。因强大实力,在研发过程中,“星舰”始终备受瞩目。然而欲速则不达。此前“星舰”首次试飞时,起飞后,一级火箭的33台猛禽发动机中,有3台没能成功点火。140秒时,箭体异常旋转,速度加快,火箭开始翻滚失控。起飞239秒后,火箭在空中发生爆炸,首飞任务失败。首飞失败后,SpaceX对火箭和地面设施进行了大量的改进和测试工作。有媒体报道,此次发射前,马斯克曾表示,SpaceX已对“星舰”进行了1000多处改进。“SpaceX团队在几个月的时间内就进行了大量升级改造,想必也是用尽了所能想到的技术、方案和智慧。” 著名空间技术专家、航天科普作家张传军在接受记者采访时表示。

  根据公开信息,此次在围绕“星舰”的所有升级中,最重要的包括建立了钢板洪水冷却系统、热级间分离系统、飞行终止系统。钢板洪水冷却系统主要为了散热。“星舰”首次发射时,数十台发动机喷出的热量导致发射台严重损坏。二次发射前,在发射台底部增加了该系统,可以从发射台下方喷水,以分散发动机能量,保护发射台的基础设施。所谓热分离,就是一级系统还未关机时,下一级就进行点火分离,从而简化设计。“星舰”首飞时,试验箭采用了冷分离方式。二次发射时,SpaceX将把“星舰”的级间分离模式改为了热分离模式。飞行终止系统则是为火箭配置的一种自毁系统,目的是保护火箭靶场和飞行过程人员和资产的安全。二次试飞前,SpaceX也进行了该系统的再设计。“这三项技术非常重要。比如,热级间分离系统不仅可使火箭不同层级之间连得牢靠,还能分得干脆。配合改进后的飞行终止系统也相当于给火箭增加了一个逃逸塔功能,还能确保未来航天员在飞向太空时候的安全。”张传军表示。此次试飞过程中,虽然又失败了,但有网友总结“一级完全没熄火, 一二级热分离成功,和上一次相比,已经是很大的进步了。”国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光认为,快速迭代试错的路线是SpaceX的一大特点,但这需要有雄厚的资金与人才基础,并能在每一次的失败中充分吸取教训。不过,这种利弊很明显的发展方式,并不适合所有公司。

  大推力火箭值得更多期待

  探索浩瀚宇宙是人类的梦想,而进入太空的关键之一则取决于运载火箭。放眼全球,除了SpaceX的“星舰”之外,多国竞相研发推出大推力火箭,渴望靠着“大力出奇迹”飞向更远的深空。将载荷送入近地轨道(距离地面2000公里内),是衡量火箭能力的重要指标。就SpaceX而言,在“星舰”之下,“猎鹰9号”是世界首款起飞级可重复使用火箭,近地轨道运力达22.8吨,曾将各式卫星送上太空,也将“龙”载人飞船送往过国际空间站。同时,2018年,由3枚“猎鹰9号”火箭捆绑而成的“猎鹰重型”运载火箭横空出世,将一辆特斯拉送上太空。它的近地轨道运载能力63.8吨。迄今为止,猎鹰重型”一共进行过八次飞行,最近一次发射是今年10月,将NASA 的“灵神星”(Psyche) 探测器送上太空。在“猎鹰重型”能力之上,美国宇航局研制的“太空发射系统”(SLS)运载火箭近地轨道运载能力最大运力可达130吨。2022年11月,SLS首飞,正式拉开了以重返月球为目标的“阿尔忒弥斯”任务帷幕。但发射一次SLS成本高达41亿美元,面临高昂成本争议。此前,负责审计NASA项目的美国监察长办公室提交的评估报告认为SLS项目“不可持续”。另外,俄罗斯航天公司设计的“叶尼塞”重型运载火箭,作为俄罗斯载人登月和兴建月球基地的关键运载工具,近地轨道的运载能力在100吨左右。不过此前传出消息,该款火箭因计划修改已暂停研发。

  人类对提升火箭运力的追求不曾停止。在中国,被人们称为“胖五”的长征五号系列运载火箭是新一代大推力运载火箭,近地轨道运力可达25吨。2021年4月,“胖五”一举升空,将备受瞩目的中国空间站天和核心舱送上太空。更值得关注的是,在2022年珠海航展中,中国航天公司展示了长征九号重型运载火箭。根据介绍,这枚重型火箭的箭体直径约为10米,高度约110米,起飞重量约为4000吨,起飞推力达到了5873吨。研制成功后,长征九号近地轨道的运载能力将会达到150吨以上,而地月转移轨道的运载能力将会达到50吨以上,其目标是促进深空探测的长期计划。“我国还计划在2030年前实现载人登陆月球开展科学探索,对于这一宏伟计划,我们充满期待。”张传军表示,为实现这一目标,我国科研人员也正在研制长征十号运载火箭、新一代载人飞船、月面着陆器、载人月球车等装备,一切都在稳步推进,中国人登上月球的日子正在逐步到来。

  扬起人类走出摇篮的梦想之“帆”

  人类为何要追逐研制、发射更大推力的火箭?马斯克曾在接受采访时,表达了“送人类去火星”的想法。“星舰”在设计上,目标就是使宇宙移民成为可能,最终实现人类移民火星。在现实层面,“移民火星计划”尚且遥远,“星舰”变身空间站可能性更高。根据2023年6月美国国家航空航天局(NASA) 发布的商业航天能力协作计划(CCSC-2),NASA 将与SpaceX合作,完成“星舰”近地轨道载人空间站的产品设计评审,时间预计为2028年第4季度。杨宇光认为,把时间表设定在2028年可能还是有些早。一方面,NASA已准备好将国际空间站延长运行至2030年后,对“星舰”改造成空间站需求不强烈;另一方面,“星舰”本身还有许多技术需要攻克与完善。道路是崎岖的,但“火箭之父”齐奥尔科夫斯基曾说:“地球是人类的摇篮,但人类不可能永远被束缚在摇篮里。”要走出摇篮,人类从来没有停下脚步。1883年,人类第一次提出了利用火箭进入太空的想法;1926年,世界上第一枚液体燃料火箭发射升空;1961年,前苏联宇航员加加林作为人类第一次进入太空;1969年,美国“阿波罗11号”飞船在月球降落,人类第一次登上月球;2021年,中国研制的探测器“天问一号”成功降落在火星……“从月球到火星,大推力火箭就像梦想之船的‘帆’,不可或缺。” 张传军说。然而通往深空的路,从来不是一条容易的路。“星舰”的试飞历程就是一个不断在失败与再次尝试中切换的过程。在样机研发阶段,“星舰”原型机发生过多次爆炸;完整的系统发射,也并非一蹴而就。强烈的好奇心,源源不断的创新力为大推力火箭的研发提供了精神动力。

  再看中国航天,早期自然条件恶劣、底子薄弱等因素,都没能阻挡中国航天前进的步伐。凭借强大的创新力,中国空间站建成,实现了长期在轨飞行。取回月壤后,探月工程四期再启程,未来将在月球南极建设一个月球科研站的基本型……“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”的载人航天精神已经成为每一项成就背后的精神指引。同样,中国的商业航天也进步飞速,2023年更是成为中国的“商业航天大年”。4月,天兵科技的“天龙二号”成功入轨,打破了世界范围内液体火箭首发失败的魔咒;7月,中国液氧甲烷火箭“朱雀二号遥二”全球成功首飞;近日,星际荣耀验证火箭垂直回收飞行任务取得成功……杨宇光认为,商业航天是一个国家的基础工业水平、基础工艺水平和基础材料水平的体现。SpaceX取得的成就是美国基础工业水平、基础工艺水平和基础材料水平的体现,虽然和国外先进水平相比还有差距,但这些年中国商业航天的进步速度是有目共睹的,未来是值得期待的。在广袤宇宙中,地球只是一个悬浮着的淡蓝色小点,人类更是微小的存在。但即便如此,人类也总想到达更高更远的太空,去看看外面未知的世界有多精彩,又或者只是从遥远的空间视角,回头望望这人类唯一赖以生存的家园。凭着这份好奇心和创新力,火星或许不会是人类的终极目的地,“星舰”也不会是人类唯一的超大运力运载火箭。

  潮新闻 记者 曾杨希 朱高祥

原标题:再次爆炸!星舰二次试飞失败,人类为何追求更大动力的火箭?
责任编辑:曾少林
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