在迄今为止最具戏剧性、风险最高的太空飞行之一中,SpaceX 于周日发射了一枚巨大的超级重型-星舰火箭进行无人驾驶测试飞行。随后,发射台上的巨型“机械哥斯拉”机械臂成功地将下降的第一级从天空中“捕捉”,这在工程史上是前所未有的壮举。
史无前例的回收壮举
与此同时,星舰的上级按照计划绕地球飞行并重返大气层,进入印度洋上空。在下降过程中,它承受了接近 3000 度的高温,并最终成功实现了受控的、目标精准的溅落。
该航天器在经过地狱般的再入热量考验后,状态相对完好,这得益于改进后的隔热瓦和加强型的转向鳍,它们在被大气摩擦产生的火球吞噬时按预期工作。
但是,使用类似夹子的机械臂(更熟悉的名字是“筷子”)将下降的第一级捕捉回发射台,这一惊人壮举显然是这枚巨型火箭第五次测试飞行中最亮眼的亮点。
用机械哥斯拉手臂抓住正在下降的 23 层楼高的超级重型助推器,标志着 SpaceX 在开发全可重复使用、快速可重复发射的火箭方面取得了前所未有的里程碑。这在历史上依赖一次性火箭的早期太空计划中,是不可比拟的技术成就。
“今天,我们朝着让生命成为多行星生命迈出了一大步,”SpaceX 创始人埃隆·马斯克在他的社交媒体平台 X 上说道。
发射与回收过程
这枚高 397 英尺的火箭于美国东部时间上午 8:25 从 SpaceX 位於德克萨斯州博卡奇卡的飞行设施(位于德克萨斯州墨西哥湾沿岸)发射升空,在助推器上的 33 个甲烷燃烧的猛禽发动机点火时,伴随着震耳欲聋的轰鸣声和汹涌的火焰喷射,上演了一场壮观的日出景象。
发射升空后 3 分钟 40 秒,超级重型助推器脱离,翻转并重新点燃了 13 个猛禽发动机,反向航行,返回德克萨斯州海岸,而星舰上级则依靠其 6 个猛禽发动机的动力继续攀升至太空。
助推器的飞行计算机被编程为,如果火箭或发射台捕捉机制出现任何问题,将引导助推器在墨西哥湾溅落。
但没有检测到任何问题。飞行主管发出必要的“继续”指令,超级重型继续朝其发射台前进,以一定角度下降,然后在接近发射架时竖直起来。当它缓慢地降落在发射塔旁边时,两个机械臂平稳地移动,抓住火箭,同时火箭的发动机关闭。
这一非凡的捕捉是马斯克实现“快速可重复使用”目标的关键要素。而就在这时,星舰上级仍在前往太空并准备在印度洋溅落,模拟了在陆地或最终在月球或火星上的着陆。
星舰上级表现出色
在 6 月份的第四次测试飞行中,极端高温对星舰的保护瓦和转向鳍造成了重大损坏。为了消除或最大程度地减少此类再入损坏,他们在周日的飞行中实施了多项升级和改进。
当星舰再入大气层时,火箭上的摄像头显示出航天器腹部热量积聚产生的红色光芒,随着下降的继续,这种光芒变得越来越强烈。在被火球吞噬的过程中,飞船的鳍保持完整,飞船在经历了最高热量考验后状态良好。
片刻之后,摄像头捕捉到了一次目标精准的溅落,随后似乎发生了爆炸。考虑到火箭并不打算在水中着陆,溅落后发生的一切与只能被称为成功的测试飞行无关。
超级重型-星舰火箭的未来
两级超级重型-星舰(统称为星舰)是世界上最大、最强大的火箭,其发射推力是美国宇航局传奇的土星 5 号火箭的两倍,几乎是该机构新型太空发射系统月球火箭的两倍。
装载了 680 万磅液氧和甲烷推进剂的 30 英尺宽的超级重型一级火箭,高 230 英尺,由 33 个 SpaceX 设计的猛禽发动机提供动力,产生高达 1600 万磅的推力。星舰上级长 160 英尺,携带 260 万磅推进剂,为另外 6 个猛禽发动机提供动力。
两级火箭都设计为全可重复使用,超级重型自行返回其发射台,而星舰则往返于地球轨道、月球或最终的火星。星舰被设计为垂直降落在地球及其他地方着陆点的自身火箭动力上。
但周日飞行的主要目标是展示捕捉返回的超级重型助推器在发射台上的能力,在那里它们可以快速地翻新、加油和重新发射。
SpaceX 的回收技术
SpaceX 在其工作马力强大的猎鹰 9 号火箭中完善了一级着陆,迄今为止已成功回收了 352 个助推器,这些助推器在着陆平台或海上无人机船上进行了动力着陆。较小的猎鹰 9 号一级火箭依靠自身着陆,在着陆前几秒钟部署四个着陆支腿。
当火箭下降并悬停在发射塔旁边时,用机械臂从天空中抓取 230 英尺高的超级重型,这在助推器最初开发时似乎是一个荒谬的想法。
但 SpaceX 工程师“花费了数年时间准备,数月时间测试助推器捕捉尝试,技术人员投入了数万小时构建基础设施,以最大程度地提高我们的成功机会,”该公司在其网站上说。
“每次飞行都建立在上次飞行的经验教训之上,对星舰的每个方面进行硬件和操作方面的改进测试,我们正处于展示星舰完全可重复使用设计的关键技术的边缘,”该公司继续说道。
对 Artemis 计划的影响
SpaceX 与美国宇航局签订合同,为该机构的 Artemis 计划提供改装后的星舰,将宇航员送往月球南极附近着陆。
为了将星舰着陆器送往月球,SpaceX 必须首先将其送入近地轨道,然后发射多个超级重型-星舰“油轮”为前往月球轨道的星舰加油。
宇航员将乘坐美国宇航局的太空发射系统火箭发射,乘坐洛克希德·马丁公司制造的猎户座飞船飞往月球。机组人员将转移到等待的星舰上,下降至月球表面。美国宇航局希望在 2027-28 年间,在星舰进行一次无人驾驶月球着陆后,将第一位女性和下一位男性送往月球。
快速可重复使用是该计划的关键要素,因为一次月球着陆需要大量的超级重型-星舰。虽然周日的测试飞行似乎进展顺利,但还需要进行多次飞行才能完善该系统,并证明其可以安全地运载宇航员的可靠性。
这需要多长时间还不得而知。
与 FAA 的争议
在过去几周里,马斯克在社交媒体上对美国联邦航空管理局(FAA)发起了抨击,抱怨该机构的官僚作风导致审批发射许可的时间过长,实际上扼杀了创新,减缓了新型火箭系统的开发。
FAA 直到前一天才批准了周日测试飞行的许可。但这一次,许可涵盖了使用大致相同飞行计划的多次测试飞行。
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