• 從升空到爆炸:SpaceX星際飛船到底經歷了什么

    2020-12-11 11:09:51 知否

    作者 | 辰辰

    出品 | 網易科技《知否》欄目組(公眾號:tech_163)

    太空探索技術公司SpaceX的首席執行官埃隆·馬斯克(Elon Musk)一直希望利用星際飛船將人類送往火星。周三下午,星際飛船原型SN8在德克薩斯州南部上空升空,這是該公司迄今為止進行的距地最高、風險也最大的一次測試。這次飛行測試的目的是幫助SpaceX收集數據,了解SN8在執行高空任務后如何重返地球大氣層,并自行降落到一個精確的著陸點。然而,一切并不像發射火箭那么簡單。

    星際飛船原型SN8升空后飛越墨西哥灣,在空中上升了將近5分鐘的時間,然后轉向返回發射場。SpaceX公司本希望SN8能夠像獵鷹9號火箭一樣精準著陸。

    然而,星際飛船原型SN8并沒有完美地通過這次測試。在飛行測試的最后一段時間里,燃料系統的問題導致SN8撞向地面,并產生劇烈爆炸。但馬斯克仍然把這次任務視為一次“勝利”。

    馬斯克在推文中表示,“燃油箱的壓力在著陸燃燒時很低,導致著陸速度過高以及'RUD',但我們得到了所需的所有數據!”?!癛UD”代表“計劃外快速解體”,通俗講就是火箭發生爆炸。眾所周知,SpaceX公司在火箭開發過程中常常遭遇嚴重事故。然而該公司堅持認為,這是收集數據最迅速、最有效的方式,這一方式使該公司有別于其合作伙伴美國國家航空航天局(NASA),后者更喜歡步步為營、慢條斯理的測試方法,而不是劇烈爆炸。

    雖然馬斯克之前認為飛船原型完好無損的概率只有三分之一,但此次試飛比許多人預期的要好得多。

    在周三首次發射嘗試中,SpaceX公司意外停止倒計時,重新為SN8加注燃料,隨后將發射時間定在北美中部時間下午4點40分。此時距離SpaceX的發射窗口關閉僅有20分鐘的時間。公司必須在美國聯邦航空管理局(Federal Aviation Administration)批準的指定時間窗口內發射,以確保飛機或船只交通不會干擾發射。

    在給火箭加注燃料的過程中,可以看到大量蒸汽從SN8中溢出。SN8內部有著大量溫度極低的液態氧,當過量氧氣接觸到溫暖的空氣時,就會讓水蒸氣凝結。由于飛船發動機在外太空運行時無法像在地球上一樣從大氣中獲得氧氣供應,因此必須自行攜帶氧氣與飛船上的燃料相互作用,從而提供巨大推力。

    SpaceX的星際飛船用的是液態氧和甲烷。SpaceX之所以在設計上選擇甲烷而不是一種火箭燃料RP-1,是因為理論上講,甲烷燃料可以在月球或火星上生產。對于想要前往太空進行長途飛行的星際飛船來說,這是一種明智的選擇。

    當倒計時歸零時,SpaceX啟動了星際飛船原型上安裝的三部巨型猛禽火箭發動機。根據SpaceX網站的說法,每部發動機的推力是波音747發動機的六倍。

    隨后,SN8離開發射臺,開始在德克薩斯州南部上空飛行。

    發動機關閉

    升空不到兩分鐘之后,SN8的一部猛禽發動機就關閉了。由于SpaceX公司沒有公布這次飛行測試的詳細計劃,目前尚不清楚是否一切正常。但馬斯克在推文中表示,此次飛行測試的第一階段已經完全按計劃進行。

    大約一分鐘后,另一部猛禽發動機關閉,僅留下一部發動機為SN8的飛行提供動力。近五分鐘后,最后一部猛禽發動機關閉。

    SpaceX的目標是讓星際飛船原型飛到距地4萬英尺(約合12公里)或更高的高度,不過目前尚不清楚星際飛船原型到底飛了多高。

    在到達飛行路線的最高點之后,SN8開始翻轉,調整航向,開始側向下落。

    返回地面

    SN8的返回方式完全反映了馬斯克在2019年9月的媒體活動中對星際飛船預定著陸方式的描述。他當時宣稱,這是一種獨特的操作,從外部可以看到飛船在空中向后俯沖,腹部指向地球,同時四個襟翼通過輕微調整以保持飛行航向的穩定。馬斯克表示,這是為了模擬高空跳傘者在空中墜落的方式,而不是SpaceX的獵鷹9號火箭在著陸時采用的垂直降落方式。

    當飛船接近地面時,會重新點燃發動機,然后飛船會在著陸前迅速恢復直立狀態。

    為了實現這一目標,SN8的猛禽發動機被設計成具備“萬向節”(gimbal)和“節流閥”(throttle)等功能,可以自如調整每部發動機所釋放的推力,使飛船在空中飛行時實現姿態的精確控制。SN8還有一個名為RCS的反應控制系統,這種安裝在飛船外部的小型推進器也可以幫助調整飛船軌跡和姿態。事實上,在飛行測試中就可以看到這種安裝在火箭頂部附近的推進器在不斷作用。

    SN8的返回完全按這種方式進行。在著陸前不久,猛禽發動機全部重新啟動,飛船調整著陸方向,接近指定的著陸地點。

    但是,由于最后一刻SN8燃料箱的壓力問題,著陸并沒有像預期的那樣順利。當SN8撞向地面時,一股巨大的火焰和煙霧迅速吞噬了一切。(辰辰)

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    (原標題:Space X's Mars prototype rocket exploded yesterday. Here's what happened on the flight)

    (責任編輯:秦一晗_NBJS12572)

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