专题:SpaceX星舰第二次试飞宣布失败,推定火箭故障,被迫触发其自毁系统 “星舰”火箭第二次发射再次失败,美载人登月计划大概率无法按计划的时间将人送到月球。 “星舰”第二次发射原计划11月17日进行,但由于火箭的一个格栅舵出现问题,需要对驱动器进行更换,发射时间推迟到18日。 作为目前人类最大的火箭,“星舰”的第二次发射依然吸引了全世界的目光。 “星舰”第二次发射依然备受瞩目。 有点不一样的“星舰” 今年4月,“星舰”迎来首次飞行试验,但升空后即发现一级有多台发动机工作不正常,升空2分30秒

“星舰”第二次发射失败,影响不止这些

专题:SpaceX星舰第二次试飞宣布失败,推定火箭故障,被迫触发其自毁系统

  “星舰”火箭第二次发射再次失败,美载人登月计划大概率无法按计划的时间将人送到月球。

  “星舰”第二次发射原计划11月17日进行,但由于火箭的一个格栅舵出现问题,需要对驱动器进行更换,发射时间推迟到18日。

  作为目前人类最大的火箭,“星舰”的第二次发射依然吸引了全世界的目光。

  “星舰”第二次发射依然备受瞩目。

  有点不一样的“星舰”

  今年4月,“星舰”迎来首次飞行试验,但升空后即发现一级有多台发动机工作不正常,升空2分30秒后火箭姿态失稳并开始旋转,最终解体爆炸,发射宣告失败。

  “星舰”首次发射以失败告终。

  之后,SpaceX公司公布了失败的原因,称“星舰”发射后几台发动机出现故障,损失高度并开始旋转,向飞船下达了终止飞行的指令。SpaceX称,“星舰”设置了出现意外情况时自毁的机制,以防止火箭自由坠落并威胁地面人类的安全。

  据称,发动机出现故障的原因是超重助推器后端泄漏的推进剂起火,最终切断了与主飞行计算机的连接。这导致大多数助推发动机失去信号,并最终导致“星舰”控制系统中断。

  事后,SpaceX公司实施了泄漏缓解措施,并改进了发动机和助推器硬件的测试。此外,SpaceX公司升级了超重助推器现有的灭火系统,降低未来发动机产生火灾的风险。

  “星舰”是SpaceX公司研发的一款重型运载火箭,采用可重复使用设计,该火箭由两部分组成:起飞级名为“超级重型助推器”,并联安装了33台“猛禽”液氧甲烷发动机,其中内置13台用来改变推力方向,最大推力约7600吨;第二级实际上是集成了6台发动机的飞船(其中包括3台真空版“猛禽”发动机和3台海平面版“猛禽”发动机)。“星舰”近地轨道最大运载能力为250吨,可回收状态下为150吨。

  从哪里跌倒就从哪里爬起来。针对首飞失败的原因,马斯克9月曾表示,自4月份首飞以来,SpaceX对“星舰”进行了1000多次修改,最主要的变化是级间热分离方式,即“星舰”的二级飞船在还未与一级超重助推器分离时点燃发动机。马斯克称,“热分离具有载荷入轨优势,保守地说,运载能力大约增加了10%。”

  马斯克表示,当“星舰”第二级飞船的发动机被点燃时,超重助推器的少数发动机仍在工作。这样做可以避免运载器在一级发动机首先关闭的传统级间分离过程中失去推力。

  为了提高运载能力,大部分火箭采用多级设计,火箭间分离是运载火箭的关键技术之一,能否成功分离直接影响任务成败。目前,级间分离有冷分离和热分离两种分离形式。热分离是指靠前面一级火箭发动机喷出的高温燃气流把后面一级火箭推开,前面一级发动机在连接件解锁时就已经点火了;而冷分离则利用安装在分离体上的分离能源提供分离能量,前面一级火箭的发动机要在前、后两级火箭分开后才点火。

  两种分离方式各有优缺点,热分离方式不需要进行两次发动机加速,减少死重问题,一定程度上提升运载能力。但热分离也存在一些问题,这些问题需要在使用这种技术时加以注意。比如,“星舰”一级在热分离时会被火焰直接吹袭,时间必须控制好,不然有可能会影响箭体的复用。其次,热分离运动速度快,若出现设计问题或者意外因素,可能导致火箭的意外破损。

  从此次发射直播视频来看,热分离技术获得了成功,第一级的33台发动机也全部点燃,但热分离后不久就发生爆炸,二级在推进剂即将耗尽时光机,随后遥测信号丢失,第二次发射虽然没有达到预期,但相比首飞,飞行时间更长,验证了更多技术。

登月版“星舰”登月设想图登月版“星舰”登月设想图

  美国很可能无法按时载人登月

  “星舰”第二次发射再次以失败告终,虽然这是SpaceX公司 “快速迭代”和“以飞代试”火箭研制模式下可接受的失败,但这些失败很可能拖累美国载人登月计划以及自身公司的航天计划。

  今年8月,美国宇航局(NASA)官员表示,如果关键系统研发进度跟不上,“阿耳忒弥斯3号”载人登月计划最终可能不包括航天员登陆月球这一环节。美国宇航局探索系统开发任务部官员吉姆·弗里告诉媒体,如果SpaceX公司开发的载人月球着陆系统(即登月版“星舰”)等关键装备没有及时到位的话,“我们可能最终执行一次(与计划)不同的任务”。

  美国宇航局局长比尔·尼曾说,我每天都会问这样一个问题:SpaceX进展如何?所有的经理都告诉我,他们正在实现所有里程碑。

  美国政府2019年宣布“阿耳忒弥斯”新登月计划,目前已完成“阿耳忒弥斯1号”绕月飞行任务。美国宇航局计划明年11月实施“阿耳忒弥斯2号”载人绕月飞行任务。

  在美国登月计划中, SLS火箭+“猎户座”飞船+登月版“星舰”是最关键的三个部分,缺一不可,前两者的研制进度虽然拖拖拉拉且耗资甚巨,但已经完成研发,首次试飞也一切顺利。根据计划,只需要在2024年再完成一次载人绕月试飞,就具备了登月条件。

  在“阿耳忒弥斯”新登月计划中,登月版“星舰”将载着航天员离开“门户”月球空间站,执行登月任务。降落月面完成任务后,“星舰”再次起飞前往月球门户与之对接,将航天员送到“门户”空间站,休整后进入“猎户座”飞船返回地球。“星舰”第二次发射后还要进行多次验证飞行,包括发射台回收、快速复用发射、在轨加注、无人月面着陆演示等一系列重大试验挑战,据称,可能至少要进行十余次飞行试验并获得成功,然后才能具备登月条件。现在看,“星舰”已经美国成为2026年重返月球的X因素。

  值得一提的是,在“星舰”首飞失败后一个月,5月19日,美国宇航局宣布与蓝色起源公司签订额外合同,开发第二种载人月球着陆器,该着陆器将作为“阿耳忒弥斯5号”任务的一部分进行首次载人飞行。蓝色起源公司的月球着陆器比登月版“星舰”小,有效载荷只有20吨,着陆器使用液氢和液氧推进剂的组合作为燃料,计划在2029年执行第五次飞行任务。有分析认为,因为美国宇航局看到了“星舰”进度拖延,并且技术上存在一些不确定性,决定为登月版“星舰”选一个“备胎”,而蓝色起源公司的方案就是“备胎”。

  SpaceX公司负责建造和飞行可靠性的副总裁、前美国宇航局高级雇员威廉・格斯滕迈尔曾说,如果延误继续下去,最终,我们将失去领先地位,我们将看到中国在我们之前(载人)登陆月球。

  今年7月,中国载人航天工程办公室发布《关于征集载人月球探测工程月面科学载荷方案的公告》指出,我国载人月球探测工程登月阶段任务已经启动实施,计划先期开展无人登月飞行,并在2030年前实现中国人首次登陆月球。

  中国载人登月的初步方案是:采用两枚运载火箭分别将月面着陆器和载人飞船送至地月转移轨道,飞船和着陆器在环月轨道交会对接,航天员从飞船进入月面着陆器。其后,月面着陆器将下降着陆于月面预定区域,航天员登上月球开展科学考察与样品采集。在完成既定任务后,航天员将乘坐着陆器上升至环月轨道与飞船交会对接,并携带样品乘坐飞船返回地球。

  据悉,我国已全面部署开展各项研制建设工作,科研人员正在研制长征十号运载火箭、新一代载人飞船、月面着陆器、登月服、载人月球车等装备。长征十号起飞重量约2187吨,起飞推力约2678吨,地月转移轨道运载能力不小于27吨,预计在2027年具备首飞条件,而新一代载人飞船试验船在2020年5月首飞成功。在研的月面着陆器重约26吨,由登月舱和推进舱组成,可将两名航天员送达月面,主要负责把航天员从环月轨道下降着陆月面并返回环月轨道。同时,月面着陆器也具有自主控制飞行能力。

  美国曾经是世界上第一个成功进行载人登月的国家,在新世纪的月球探测热潮中希望再次拔得头筹,现在压力来了。

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责任编辑:王许宁



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