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马斯克的火箭,这次没!爆!炸

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贾浩楠 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

  四射四炸,第五次终于成功!

  6个小时前,在美国德州的发射场,星舰原型机SN15,重启发动机向地面降落,掀起阵阵浓烟和沙尘。



  烟雾散去后,SN15成功回收着陆,没有立即爆炸、没有着陆后再爆炸,也没有倾斜。



  这是星舰原型第一次完全成功的实验,只在落地后,发动机喷口起了一点「没有大碍」的小火苗。

  但这次,马斯克却不像之前几次那样亲自到场观看。


  而且,星舰原型首次成功,时间点也十分巧妙:

  

5月5日,是美国首次将本国宇航员送上太空的日子。

  而5月6日,也是SpaceX成立19周年纪念。

  SN15意义的确非凡。

  SN15,这次姿势对了

  SN15的发射,也像之前一样数次推迟,本来计划是当地时间4月30日,然后推迟到5月2日,最后又推迟到5月5日。

  原因是天气不佳。

  看来,SpaceX吸取了上一次SN11的教训,没有顶着恶劣条件贸然试飞。


  直到几个小时前,北京时间早上6:20左右,SN15终于升空。

  这次试飞,和我们熟悉的前几次失败试验一样,依然是验证火箭姿态控制。

  流程都是点火升空-悬停-关机下落-二次点火姿态修正-落地。

  其中在下落阶段,火箭处于短暂的自由落体阶段,三台发动机全部关闭,腹部朝向地面。


  这一阶段称为95%自由落体阶段,也叫「腹部拍水式俯冲」,通过舰体上的襟翼,像翼装跳伞者张开手脚那样,对火箭进行姿态控制(俯仰、翻转、偏航等控制)减速飞行,这一系列动作是星舰火箭首创的。

  之后,SN15 在空中又一次翻转,打开两台发动机,将姿态从水平调整为着陆前的竖直状态:



  随后,SN15就完成了首次完全成功的回收着陆。

  而在它之前,SN8、SN9都在着陆时爆炸,而SN10则是着陆过后8分钟爆炸,而上一艘SN11,根本没等到着陆阶段,直接在空中解体了。

  而马斯克在SN11失败后说,SN15相较之前的原型,做了上百项改进,集中在软件、舰体结构、航电系统上。


  △图源:微博@iBingo

  所以,SN15算得上是一架全新的飞船,SpaceX也跳过了12-14的编号。

  对了,之前SN11失败时,有分析认为马斯克之所以如此密集试射,主要是希望尽快成功,为4月底的NASA载人登月项目竞标加分。

  结局我们都知道了,NASA选了SpaceX的方案,但在贝佐斯的蓝色起源等对手的抗议下暂停了。

  但是,很快马斯克就用SN15证明了自己。而此刻他的竞争对手们仍然停留在模型阶段,一次成功试射都没有。

  星舰回收为什么这么难?

  四射四炸,五射功成,马斯克为何如此执迷于这惊险的“神龙摆尾”?

  星舰从SN8到11的四次试飞失败全都是卡在了星舰从水平转为垂直并点火反推着陆的过程中。

  但猎鹰9已经成功着陆超过70次了,直上直下已被证明是非常可靠的方案。


  虽然SN15已经成功,但为什么SpaceX在星舰上反而放弃这个“简单而成熟的选项”,而是非要搞一个只是看似炫酷却十分高难的“神龙摆尾”,结果导致四次失败呢?

  原因很简单,机腹朝下是为了尽可能减速。

  一个物体下落时的阻力越大,最终它达到的终端速度就越低。


  来自youtube频道Everyday Astronaut

  当然接触面积越大,阻力就越大了。


  在终端速度下点火降落,能最大程度节省燃料,所以能带的载荷也就越多。

  而猎鹰9在进入低层大气后,其较小的表面积使其在离地面十分近的时候仍然无法达到终端速度,所以也就不采用机腹朝下的着陆方式。

  马斯克一共损失了10艘星舰原型,其中有地面点火爆炸,有舰体结构实验事故,还有前几次的着陆爆炸事故。

  按照马斯克预期,至少测试到SN20,才有望定型1.0版星舰,即能够执行任务的成熟版。

  而这一目标瞄准2021年~2022年。

  按照这个时间线推算,我们今后平均每1-2个月,就能观看一次星舰试飞。


  具体什么时候能登上火星?之前马斯克本人在网络聊天室有网友们交流时,立了一个flag:五年半以内

  能不能成,拭目以待。

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