星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功
星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功
北京时间2024年10月13日晚,SpaceX成功完成了星舰(Starship)第五次飞行试验(IFT-5),不仅成功回收了超重助推器,还实现了星舰飞船的大气层再入。中国民营航天企业星际荣耀对此次飞行试验进行了详细的技术分析,本文将带你深入了解这次具有里程碑意义的航天任务。
飞行回顾
星舰项目自2023年4月首飞以来,经历了多次飞行试验。首次飞行因超重助推器发动机故障而自毁,第二次飞行虽实现热分离但最终仍以自毁告终。第三次飞行试验中,星舰飞船首次达到预定轨道,并对载荷舱舱门以及推进剂转移项目进行了测试,取得部分成功。第四次飞行测试中,超重助推器和星舰飞船都成功完成了软溅落,但星舰飞船S29的一个前襟翼在再入过程中严重损坏。
第五次飞行情况
本次飞行试验使用的是超重助推器B12和星舰飞船S30组合。针对前几次飞行试验中出现的问题,SpaceX对飞行产品进行了多项优化改进。
超重助推器改进
- 通信与天线:对用于保护气瓶的长排罩上的Starlink终端进行了重新设计,采用方形新方案,以统一接口。
- 防热底板:将B11上的黑色喷漆替换为单层不锈钢钢板围挡,避免重复喷漆。
- 结构设计:在稳定点两侧各增加6个加强筋,以提高结构稳定性和强度。
- 飞行终止系统:在液氧贮箱上新增飞行终止系统(FTS)。
星舰飞船改进
- 贮箱压力控制:在两个贮箱上方部段增加新的排气口,以提高安全性。
- 通信与天线:将鼻锥上的小金天线更换为隔热瓦,并将天线集成在载荷舱部分,以减少空气阻力。
- 热防护系统:更换更坚固的新型隔热瓦,增加烧蚀保护层,并在隔热瓦下方加入一层薄毡。
- 箭载摄像头:移除有效载荷舱上的三角形摄像头块,优化观测位置。
飞行产品研制和试验历程
超重助推器B12于2022年12月开始建造,2023年8月完成组装。星舰飞船S30于2022年9月投产,2023年8月完成组装。B12/S30组合体于2024年9月21日完成第一次组装,并于10月5日完成第二次组装,为第五次飞行试验做准备。
飞行实施方案
本次飞行试验原计划于2024年11月进行,但因FAA的许可程序和环境咨询等原因,最终于10月13日获得飞行许可证。起飞前的加注与测试流程与第四次飞行试验相比略有调整,整体加注时间延长。
飞行试验目标与亮点
本次飞行试验的最大亮点是尝试使用机械臂“Mechazilla”在轨道发射集成塔上捕获超重助推器,以减少火箭的返航和检查时间,提高发射频率。此外,星舰飞船在完成轨道飞行后尝试溅落印度洋。
星舰地面发射和回收系统简述
SpaceX为星舰设计了一套独特的地面发射和回收系统,主要包括轨道发射集成塔(OLIT)和轨道发射台(OLM)。轨道发射集成塔高146米,由9个钢材料的桁架结构部段组成,机械臂可张开角度约为113°,有效捕获长度为20米。轨道发射台则由发射台基体、喷水降噪系统等组成,满足星舰的支撑、固定与发射要求。
图23 星舰地面发射和回收装置
图24 轨道发射集成塔主要结构
图28 网友对捕获臂尺寸及张开角度预估图(左)与有效回收范围(右图红色区域)
图32 星舰首飞后发射台情况
表6 相关数据统计
本次飞行试验虽然一台猛禽发动机未能成功点火,但超重助推器仍成功完成海上溅落,星舰飞船首次成功通过大气层再入,尽管一个前翼因高温受损,但仍可控制并顺利完成“翻转和点火”机动。这一成就展示了SpaceX在热防护系统和姿态控制方面的进步。
图1 打捞出的B11残骸
图3 超重助推上重新设计的星链天线接口(图右为新设计状态)
图7 B12上新的FTS护罩
图9 头锥背风面处天线变化(左S28,右S30)
图10 迎风面处天线
图11 天线的新位置(位于背风面方框处)
图13 “热盾”隔热瓦下方的毛毡
图17 超重助推器B12静态点火
图18 星舰飞船S30第二次静态点火
图19 组装过程中的B12与S30
图20 星舰五飞起飞前准备工作
图23 星舰地面发射和回收装置
图24 轨道发射集成塔主要结构
图28 网友对捕获臂尺寸及张开角度预估图(左)与有效回收范围(右图红色区域)
图32 星舰首飞后发射台情况
表6 相关数据统计