星舰第二飞前首度湿彩排,SpaceX加紧逼宫

卫星与网络

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 · 2023-10-29

星舰基地又释激情,我们终于等来了湿彩排!第二艘星舰系统首度演示加注推进剂测试。

德州当地时间/美中时间10月24日下午时段,也就是北京时间10月25日凌晨时段,位于德州最南端博卡奇卡的星舰基地轨道发射台,史上最高最强悍太空运输系统、高达121米的第二艘星舰系统B9+S25矗立高台之上,开启超重型火箭与星舰飞船集成后的第一次加注燃料测试。

先是下午1点半为第一级B9加注燃料,接下来2点左右为第二级星舰加注燃料,下午3点左右一二级全舰几乎挂满了白霜,通风口喷出长长的白气,好似星舰发射前的仰天长啸……


加注燃料4500+吨


根据SpaceX官方发文透露,这次加注推进剂超过1000万磅。也就是说,测试团队为星舰系统持续加注了超过4500吨推进剂。这是什么概念?

我们知道,为了给史上最大太空运输系统——星舰系统加注燃料,通常需要在发射升空前1小时39分钟,开始加注液态氧、液态甲烷。整个星舰系统推进剂装载量~5000吨(具体数4927吨)。其中星舰装载量1095吨,超重型火箭装载量3832吨,液氧甲烷质量比0.778。当然这是理论值,实际发射时不会完全加满,而是根据发射任务需求加注相应量。星舰系统完全加满的话,接近5000吨的推进剂费用大约为93万美元。

而这次加注超过4500吨推进剂,意味着大约花费84万美元。加注量几乎就是星舰第二飞的实际加注量。毕竟,第二飞只是跨大气层飞行,并不是真正入轨至少绕地球一圈,不需要完全加满燃料。


首度湿彩排


这次测试实实在在验证了此前有关「湿彩排」的传闻。只不过测试时间推迟了一周。美中时间10月20日登月版原型星舰S26进行了单引擎静态点火测试,算是纪念一下半年前星舰首飞。仅仅间隔一天,10月22日一天两次测试:B9低温加压、发射台全功能喷水测试。貌似业内人士称呼「发射前夕的发烧状态」。又是间隔仅一天,10月24日全舰湿彩排测试。

也就是对星舰以及配套系统,执行除了点火以外的全套操作流程,最主要操作是为星舰一二级加注低温推进剂(液氧、液态甲烷),以测试所有系统是否正常工作,一直到推进剂抽回燃料罐。最终评估测试结果是否一切正常。当然,有些发射商执行湿彩排测试时,包括静态点火测试,而这次星舰湿彩排并不包括点火试射。

▲好像是为了让圈外人更容易看懂似的,SpaceX官方发文用词更为简单易懂:「星舰和超重型今天在发射前进行了类似发射的彩排,加注了超过1000万磅推进剂。」同时配上航拍视频。

▲随后附加一条:「火箭系统已经准备好执行完全集成后的星舰第二次试飞,有待监管机构批准。」

用意再明显不过:星舰我万事俱备,只待你一声令下。不管是国会山上摆事实讲道理,为FAA要钱要人争取更多资源,还是积极配合各项审查,释放更大善意,SpaceX自认为该做的都做了,不该干的也都干了,现在就看你FAA的了。根据较可靠信源,FAA(美国联邦航空管理局)、FWS(美国鱼类与野生动物管理局)最快有望在11月达成共识,批准星舰第二飞。


预见星舰第二飞


○发射质量有多少?

由于尚不清楚推进剂装载量,所以星舰起飞质量也无法具体得知。不过,我们已知星舰系统的干质量为320吨(星舰120+超重型200),理论上星舰系统完全加满推进剂后的总质量高达5200多吨(5247吨),再加上有效载荷最大质量150吨(消耗型发射时最大运力250吨),未来成熟版星舰发射质量峰值将高达~5400吨。

○星舰推力有多大?

我们知道,作为星舰系统第一级,超重型火箭配置33台猛禽发动机,总推力峰值高达7590吨。这将是土星五号起飞推力2.2倍。如果换算成瞬时输出功率的话,这相当于180座台山核电站输出总功率,或者15亿平方米全球最高效的太阳能电池板的输出功率,或者100万辆福特皮卡F150输出的总马力。星舰第二飞预计跟首飞一样,也会释放90%推力,而不是100%全功率推力,即使90%也是高达6831吨力,相当于土星五号两倍推力,或者去年底首飞的SLS最大运力1.7倍。

○一二级会飞多高?

根据专业人士构建的飞行模型估计,超重型火箭在关闭猛禽发动机之后(MECO),最大飞行高度有望达到63公里左右。星舰进入椭圆形轨道:近地点高度50~65公里,远地点高度104~250公里。由于数据来源不同,所以这里援引的近地点、远地点高度差异较大。具体数据恐怕只有等到首飞才能得到。

○一二级点火有多长时间?

作为星舰系统第一级,超重型火箭发动机计划持续点火177秒:从倒计时第8秒开始点火,一直到33台发动机全部关闭(T-00:08~T+02:49)。作为星舰系统第二级,星舰飞船发动机计划持续点火383秒:从发射升空第2分57秒开始点火,一直到第9分20秒3台真空发动机关闭(T+02:57~T+09:20)。


星舰、超重型如何结束飞行?


从SpaceX官方给出的发射时间线/发射过程模拟图显示,我们看不到星舰之前高空试飞时的高难度操作——重新点火,演绎神龙摆尾,再垂直着陆,而是貌似直接腹部拍水式俯冲,直到海上溅落。

超重型火箭在着陆阶段再度点火、执行垂直降落,尽管最终也是海上溅落,但两者溅落方式显然不同。想必这是测试团队有意为之,通过首次试飞,实测并收集超重型火箭垂直着陆的各项数据,为未来利用发射塔捕获机械臂进行空中捕获回收提前探路。

原型星舰SN15曾经成功玩过软着陆,为今后星舰们打通陆地垂直着陆开创先河,因此并不需要利用这次试飞机会再收集相关数据,反而直接执行腹部拍水式俯冲,一直到最终拍到海面上,以此来最大程度地测试星舰飞船结构及安全性。在星舰开发团队眼里,这才是最宝贵的实测数据。

要知道,成熟版载人星舰走的是航天飞机之路,也就是不配置或无法配置传统载人飞船那种逃逸系统,必须依靠星舰本身足够安全可靠才行,正因为如此,这种极限测试更显得尤其重要,甚至不可或缺。真心祝福一去不复返的S25,壮烈牺牲得不会太惨烈……


星舰试飞为何被称为轨道级发射?


我们知道,轨道发射的硬指标:航天器必须达到28000公里/小时、至少达到200公里的轨道高度;亚轨道发射/飞行的硬指标:航天器需要达到6000公里/小时、至少飞到80或100公里高度。而星舰首次测试飞行属于前者范畴(最大速度可达7.8公里/秒;远地点高度~250公里),不过星舰并不会绕地飞行一圈以上,而是飞越大半个地球后从夏威夷上空再入,构不成真正意义上的轨道飞行,所以一般称这次为轨道级发射,也有专业人士称之为跨大气层轨道(Transatmospheric Orbit,缩写为TAO)发射,因飞行轨道的近地点与大气层高度(美军定义的80公里或者FAI国际航空联合会定义的100公里)相交而得名。

不管如何定义星舰试飞,都不影响我们有幸见证历史。正如老马所言:不保证成功,但保证精彩。

>End

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