北京時間5月28日,星艦第九次綜合飛行測試(IFT-9星艦組合體發射測試)在美國得州博卡奇卡星艦基地發射,本次星艦由Ship
35(S35)飛船+七飛回收的Booster 14超重型助推器(B14.2)構成。
星艦“九飛”上升階段畫麵,所有發動機工作正常
本次發射使用的B14.2助推器實現成功複用,但在著陸過程中發生爆炸,具體原因尚在調查中。S35飛船由於艙門異常,也未能完成8顆“星鏈衛星模擬器”的部署任務,並在再入大氣層過程中爆炸。
星艦第九次試飛時失去姿態控製,進入大氣層燃燒,畫麵驚人
用戶反饋B14.2在回收過程中爆炸 來源@SpaceX News Starbase TX
關於助推器回收爆炸的風險,SpaceX也在發射任務介紹的新聞稿中進行了暗示,“為了最大限度地保障星際基地發射設施的安全性,超重型助推器將在飛往墨西哥灣近海著陸點的軌道上進行試驗,並且不會返回發射場進行回收。”
S35飛船載荷艙內部“星鏈模擬器”畫麵,來源:SpaceX
換一種角度看,由於已經有“回收爆炸”的預期,所以未出現安排“筷子夾火箭”的經典畫麵,本次綜合測試,更偏向於執行此前的既定任務,同時收集飛行數據,大體可以概括為在確保星艦整體穩定性、可靠性的前提之下,驗證助推器的複用(未來飛船部分也會複用),以縮短發射間隔周期,本質上是通過降本增效,未來可實現“天級別”的多次發射。
同時,嚐試對飛船等部分“減配”和設計改進,優化提升載荷能力,在降本的同時,擴大投送能力和潛在商業價值,並通過飛行測試數據和結果,驗證這種“減配”思路對穩定性、可靠性的影響。
近距離觀看星艦第九回試飛,起飛時33個猛禽引擎發力
此外,“天級別”的高頻發射,依賴發射的基礎設施,以及製造能力,此前SpaceX也已經官宣了相關動作,包括:在佛羅裏達州啟用肯尼迪航天中心LC-39A
和卡納維拉爾角空軍基地SLC-37兩個發射台;在得州、佛州新建超大型總裝車間Gigabay;未來佛州也要新建星艦工廠“Starship
Starfactory”。
飛行測試動畫演示 來源:SpaceX
01 “九飛”看點:飛船部署載荷,驗證助推器複用
根據SpaceX公布的信息,星艦“九飛”核心任務主要有兩點:
其一,基於“七飛”
“八飛”中飛船連續兩次失敗的調查結果,驗證改進優化後在亞軌道飛行的可靠性,以及繼續此前兩次飛行未能進行的任務。
1)飛船首次有效載荷部署,包括8顆星鏈衛星的模擬器(和飛船一樣亞軌道飛行,再入時燒毀)
2)猛禽發動機太空點火,進行軌道機動性測試
3)飛船在高應力條件下的大氣層再入測試
減少熱防護罩:移除飛船上的大量熱防護瓦片,檢驗無完整熱防護時飛船結構的穩定性
捕獲配件測試:飛船側麵安裝的功能性捕獲配件在高溫、高應力條件下的熱性能和結構性能測試
平滑瓦片線:對隔熱瓦片線進行平滑、錐形處理,減少應力集中的現象,解決“六飛”再入時出現的燒蝕問題,提高熱防護係統的可靠性
飛船襟翼測試:再入剖麵在最大動態壓力點條件下,對後襟翼的結構極限進行應力測試,確保襟翼在再入過程中能正常對飛船姿態進行控製
軟著陸測試,目標在印度洋區域進行軟著陸
其二,成功完成超重型助推器的重複利用,“七飛”的B14二次上崗,即B14.2,以此來降低飛行成本,為未來的地球軌道、星際航行做準備。
B14.2 總共33台猛禽發動機引擎,29台均為重複利用,主要更換隔熱罩等一次性部件
在墨西哥灣近海著陸點軌道上,針對未來飛行剖麵、非正常情況下的飛行收集試驗數據
為了避免爆炸,B14.2助推器的回收不會在發射基地進行,沒有“筷子夾火箭”
星艦飛行主要階段示意圖 來源:SpaceX
02 創新設計助推每日發射目標
SpaceX此次B14.2助推器的複用測試不僅是技術驗證,更是未來助推器迭代的關鍵數據來源。通過高頻次飛行測試,SpaceX旨在加速B15、B16等後續型號的性能優化,最終實現每日多次發射的目標。
在助推器優化和調整上,SpaceX采用創新設計提升效率:
熱分級推力引導:發射後2分35秒,B14.2關閉大部分發動機,隨後S35飛船的6台發動機點火,通過調整熱分級適配器通風口,利用飛船推力精確控製助推器翻轉方向,減少隨機性。
推進劑優化:通過重新分配推進劑,減少著陸階段備用燃料需求,將更多燃料用於發射階段,提升有效載荷能力。
大攻角氣動減速測試:助推器下降時采用大攻角飛行,通過氣動減速減少發動機燃料消耗,同時收集數據優化未來設計。
特殊實驗:著陸階段主動關閉三台發動機中的一台,驗證備用引擎的可靠性,最終在墨西哥灣完成軟著陸。
03 “七飛”、 “八飛”爆炸原因披露
“七飛”雖然完成了筷子夾火箭,但飛船爆炸解體;“八飛”雖然助推器也完成回收,但飛船與“七飛”在接近的時間點爆炸,但SpaceX強調,兩次故障本質截然不同。
“八飛”測試中,飛船在熱分離後按預期軌道飛行,大概在5分半之後,其中一台中央猛禽海平麵發動機的火箭尾部觀察到一道閃光,隨後發生高能事件,導致發動機失效。緊接著,剩餘的兩台中央猛禽發動機和一台猛禽真空發動機關閉,火箭控製權喪失,遙測信號中斷。
作為對比,星艦“七飛”的主要原因來自尾部“閣樓部分”發生諧波響應,產生比測試時超預期的振動,引發推進係統的硬件,諸如發動機、燃料管線等承受更大的應力,致使推進劑泄露引發火災、爆炸。
SpaceX在5月22日的《飛行、學習、重複》一文中明確提到,“七飛”試驗中因諧波響應帶來超預期的振動所產生的額外應力致使推進劑泄露誘發的火災,在“八飛”中已經優化、改進完成。
另外,SpaceX也還披露,稱“八飛”中的B15助推器在助推返回階段未完全啟動,原計劃點燃13台,實際啟動成功11台,著陸燃燒環節同樣未完全啟動,原計劃點燃13台,實際啟動成功12台,其中一台為助推返回時未啟動的發動機,相關問題在後續測試中複現。“九飛”及之後的飛行測試,將增加額外的隔熱措施,緩解上述問題,增加發動機完全啟動的成功率。
04 從得州走向佛州:增強製造和發射能力
“九飛”之前,SpaceX就表露出要在得州博卡奇卡新建相關基礎設施,將星艦的業務拓展至佛羅裏達太空海岸的計劃,包括:
星艦基地擴展至佛羅裏達
對 肯尼迪航天中心LC-39A 和卡納維拉爾角空軍基地的 37 號太空發射複合體(SLC-37)進行環評
今年計劃在LC- 39A 發射複合體完成星艦發射台建設並投入使用
早期通過駁船運輸星艦的部件到佛州總裝發射,目前也在規劃“Starship
Starfactory”工廠,最終實現在當地就近製造、總裝和發射
建造大型總裝車間 Gigabay
在佛州和得州的星際基地建造 Gigabay總裝車間
佛州的 Gigabay 高 380 英尺,提供約 4650 萬立方英尺的內部處理空間和 81.5 萬平方英尺的工作空間,有 24
個工作單元,起重機起重能力達 400 噸,工作空間比得州星艦基地的Megabay大11倍,起重能力也翻了一倍,計劃 2026
年底建成並投入使用
得州的Starship Starfactory附近的 Gigabay總裝車間也已開工,同樣計劃在 2026 年底完工
05 近6年的“失敗-重新驗證”循環
星艦基本信息概述
以下是從2019年以來到現在的重要節點:
2019年7月26日,SpaceX對最早的星艦原型機 “星蟲”(starhopper)進行了高度20米的自由懸浮測試。
2019年8月27日,SpaceX再次對“星蟲”進行測試,成功飛行到150米的高度並安全著陸。
2020年8月5日,星艦原型SN5完成了高度150米的自由懸浮測試。由於沒安裝頭椎,SN5外觀看起來就像是一個30多米高的圓柱形不鏽鋼大水塔。
2020年8月25日,星艦原型SN6同樣完成了高度150米的自由懸浮測試。
2020年12月10日,星艦原型SN8進行了12.5公裏高度的測試飛行,在最後落地的時候發生墜毀爆炸。
2021年2月3日,星艦原型SN9再次進行了10公裏高度的測試飛行,仍然是在最後落地的時候發生墜毀爆炸。
2021年3月4日,星艦原型SN10第三次進行了10公裏高度的測試飛行,穩穩落地,但在落地數分鍾後,還是發生了爆炸。
2021年3月27日,星艦原型SN11第四次進行了10公裏高度的測試飛行,失敗得更慘,箭體炸成碎片。
2021年5月6日,星艦原型SN15在得克薩斯州博卡奇卡(Boca
Chica)成功進行了高空飛行測試,這是SpaceX星艦原型第五次挑戰10公裏級高度,也是首次沒有發生爆炸事故的完美著陸。
下麵進行的曆次測試飛行進入了全新的階段,就是所謂的“綜合測試飛行”(IFT),也就是星艦和超重助推火箭的合體飛行:
2023年4月20日,星艦曾首次嚐試軌道級發射飛行試驗,但剛起飛就發現三台發動機沒點燃,在飛行過程中又有三台發動機陸續出現故障,導致箭體發生異常旋轉而失控,最終不得不主動引爆銷毀。
2023年11月18日,星艦在進行第二次飛行試驗時,超重助推火箭由於液氧管道發生堵塞,在返航時發生了爆炸,星艦已飛到了太空的高度,但由於在排放多餘的液氧時發生了起火墜毀,沒能完成既定任務。
2024年3月14日,星艦進行第三次軌道級飛行試驗,星艦和超重助推火箭成功分離,助推火箭濺落在大海。幾分鍾後,星艦成功進入太空,並在軌道上完成了“在軌燃料輸送試驗”以及“載荷艙門開合試驗”,但遺憾的是,星艦離軌點火沒成功,燒毀在大氣中。
2024年6月6日,星艦進行了第四次軌道飛行試驗,助推火箭按計劃成功降落在海麵。星艦飛行約一個小時,在進入大氣層的時候隔熱瓦發生掉落,翼麵被燒穿,但最終還是堅持到降落海麵,幾乎完成了所有的既定任務和目標。
2024年10月13日,星艦進行第五次測試飛行。在星艦發射約6分50秒後,發射塔架上的捕獲裝置首次成功抓住了從天而降的幾百噸重的助推火箭,這是人類首次用這種方式回收火箭,網友形象地稱之為“筷子夾火箭”。
2025年1月17日,星艦進行第七次綜合測試飛行,成功完成了“筷子夾火箭”試驗,但星艦飛船由於氧氣泄漏和推進劑係統故障發生解體,沒能完成既定任務。
2025年3月7日,星艦第八次綜合飛行測試,本次發射一級助推火箭順利返回發射塔架,複現了“筷子夾火箭”的操作,但星艦飛船部分還是出了問題,發生了解體爆炸,沒能完成入軌。
最近幾次發射,SpaceX和馬斯克都在強調,未來星艦的發射頻率會越來越高。
馬斯克曾表示,2025年將發射25次星艦。未來的標誌性的看點還有:星艦的返場捕獲試驗以及真正開始部署星鏈衛星等。
值得注意的是,SpaceX頻繁地在新聞稿中提及“失敗-重新驗證”這種反複的循環,以及加快推進這種在實際環境中的測試循環來改善性能,在最大限度地控製公共安全的同時,朝著實現發射可靠、完全且快速可重複使用的火箭的目標邁進。
但同時,SpaceX也強調星艦能力的提升並非一朝一夕就能實現,實現這一目標的進程也並非總是突飛猛進。