史上最雄心勃勃的火箭:星舰

大路靠 2024-06-25 06:33:45

Starship Mega 火箭的历史始于 2012 年,当时埃隆·马斯克 (Elon Musk) 宣布了极其大胆且看似疯狂的火星殖民运输车 (MCT) 项目。当时,马斯克表示,未来的火箭系统将能够将多达 200 吨的有效载荷发射到近地轨道(LEO)。该火箭应该有 3 个直径为 10 m 的核心,每个核心有 9 个发动机。但四年后,公司进行了品牌重塑。2016 年(MCT)成为星际运输系统(ITS)。ITS 是第一个完全可重复使用的两级碳复合材料火箭。主要创新在于燃料对的选择。就在那时,我们第一次听说使用甲烷 (CH4) 作为燃料和氧气 (LOX) 作为氧化剂的发动机。(ITS) 原本应该能够向 (LEO) 发射多达 300 吨的有效载荷。据马斯克和 SpaceX 称,第一级(ITS)直径为 12 米,将配备 42 台猛禽发动机。此时,第二级(船)将配备三个海平面发动机和六个猛禽真空发动机。

又一年后,即 2017 年,(ITS) 变成了 (BFR)。大猎鹰火箭。(BFR)高度为106米,台阶直径为9米。第一级运载火箭的发动机数量从42台猛禽减少到31台,并添置了4台真空发动机和3台海平面发动机。该船还配备了一个小型三角翼,用于俯仰和横滚控制。在这里我们已经可以看到该项目的逐渐简化以及与最初的、完全奇妙的想法的背离。

又过了一段时间,2019 年,该项目的最终版本公布了,并获得了众所周知的名字 Starship。SpaceX 已放弃使用碳复合材料。主要材料是不锈钢。第二阶段变化最大。这艘船在海平面上只剩下三台猛禽发动机和三台真空发动机。第三个方向襟翼也被拆除,设计开始只有两个尾部襟翼。

星际飞船的第一个原型是 Starhopper。它不是一个全尺寸的原型,因为它没有水箱。Starhopper 最初有一个鼻锥,但 SpaceX 在它被强风摧毁后决定废弃它。Starhopper 有一个用于海平面的“Raptor-V1”发动机。它被用来跳到低处。在测试期间,Starhopper 进行了 3 次跳跃。第一次跳绳是 1 米,第二次是 20 米,第三次是 150 米。一切都在2019年。SpaceX 保存了第一个例子,现在它位于发射台上,用作相机和其他设备的支架。

下一个原型是 Starship Mk1。这是该船的第一个全尺寸原型。Mk1 在 2019 年的低温测试中部分被毁,不久后就报废了。下一个 Starship Mk2 原型机是在佛罗里达州建造的。但它从未经过测试和开发,以支持更先进的原型。在下一个 Mk3 模型之前,SpaceX 测试了 3 个测试燃料罐:氧气测试罐 (LOX)、甲烷测试罐 1 和测试罐 2。所有这些都经过了破坏测试。

星舰 Mk3(后更名为 SN1)在 2020 年初的低温测试中因燃料箱破裂而被摧毁。正因为如此,下一艘星舰SN2在SN1被毁后被改装成了测试坦克。2020年,顺利通过测试并退役。

Starship SN3 的目的是进行首次静态射击测试,甚至可能进行低空跳跃测试。它在 2020 年的测试过程中被毁坏,当时储罐 (LOX) 减压,车辆在满罐甲烷 (CH4) 的重量下崩溃。

Starship SN4已成功通过压力测试和深冷处理。然后他产生了 5 个静态火焰。但在2020年第5次点火后,发生了少量燃油泄漏,导致爆炸并导致车辆死亡。

Starship SN5 于 2020 年 7 月成功进行了静态射击。几天后,他成功完成了人生第一次150米的跳跃。接下来,Starship SN6 在 2020 年 9 月也做了同样的事情。

随后的星舰 SN7 和 SN7.1 是测试坦克。两者都在测试期间被故意破坏。Starship SN7.2 也重新获得了测试坦克的资格。他的目标是测试该原型中首次使用的新型 3mm 不锈钢。SN7.2 之前的所有星际飞船都使用 4mm 不锈钢。

与之前的原型不同,Starship SN8 有一个机头部分和襟翼。2020年12月,他完成了12.5公里的跳跃。结果,SN8在着陆过程中因压力罐内压力过低而爆炸。通过安装氦加压系统立即纠正了这一问题。

下一艘星际飞船 SN9 于 2021 年 2 月进行了 10 公里的跳跃。由于一架猛禽未能着火,它在着陆时被毁。埃隆·马斯克后来说,未来海平面上的所有三个发动机都会在着陆时启动,只有在另外两个正常工作的情况下,第三个才会关闭。

Starship SN10 于 2021 年 3 月发射。到达10公里高度后,他在飞行6分钟后返回发射台。然而,着陆过程太过艰难,着陆腿没有正确展开。SN10 着陆后约 8 分钟爆炸。

SN11 也是在 2021 年 3 月大雾天气下发射的。与之前的原型机一样,它飞行了 10 公里并尝试着陆。SN11在着陆时着火后不久就爆炸了。原因很可能是发动机故障。

星际飞船 SN 12-14 被跳过,取而代之的是从 SN15 开始的新一代飞船。SN15星舰是第一艘进行高空跳跃的星舰。它于2021年5月发射,6分钟成功着陆。SN15原本应该能够再次飞行,但这并没有发生。它在火箭花园停留了很长一段时间,直到2023年7月退役。

SN15 取得成功后,SpaceX 将注意力转向开发第一级助推器。B1超重型火箭的首个原型机于2021年建成。他从未被带去航天发射场。这只是一个生产样品。B1 存在设计缺陷。其甲烷(CH4)罐位于氧化剂(LOX)罐下方。该系统没有给出预期的结果,因此所有星际飞船和所有后续助推器在 (CH4) 储罐下方都有一个 (LOX) 储罐。

B2 被跳过,但为此原型制造的一些零件被重新用于 B3。Booster 3 是第一个经过测试的超重型原型机。2021年,它成功完成了低温测试和三引擎静态点火循环。此时,由于 SpaceX 决定转向完全集成的轨道飞行,星际飞船:SN 16-19 原型被跳过。

SN20 是第一个发射进入轨道的航天器。它有一个完整的隔热罩、“猛禽”真空发动机和一个热级分离系统。它完成了几次静态火灾测试,但最终因已经过时而退役。SN20 将与 B4 助推器配对,这是第一个拥有全部 29 台发动机的助推器。它成功通过了低温测试,但 SpaceX 拒绝了静态点火测试。但尽管如此,2021 年 8 月 6 日,SN20 被放置在发射场 (OLM) 的 B4 上,标志着有史以来第一个完整的星舰堆栈。

下一个原型 SN21 从未完成,但其机头针对 SN22 进行了改造。但这一次原型并未完成,但它的船头现在作为飞往月球(HLS)的星舰改装的原型。SN23 也被跳过,Booster 5 也被跳过,后者于 2021 年完全组装,但很快被取消。他没有通过任何测试。

错过了 6 号助推器后,SpaceX 直接转向了 B7 助推器。于2022年3月竣工。它是第一个 33 发动机运载火箭,也是第一个使用 Raptor V2 发动机的助推器。他的竞选活动

测试进行得并不顺利。2022年4月14日,B7的一根燃油管在低温测试中严重损坏,7月11日,加油测试中释放的过量气体在助推器下爆炸。

在此期间,该公司于2022年5月完成了SN24船的建造。经过多次测试和 Starship 的第二次全栈测试后,它于 2023 年 4 月 20 日在 B7 运载火箭上作为首次完全集成飞行测试 IFT-1 的一部分发射升空。在上升过程中,运载火箭后部发生火灾。这导致多个发动机失去控制。飞行器开始旋转,飞行终止系统(FTS)启动,导致飞行器爆炸。这次发射严重损坏了发射台和大部分地面基础设施。

接下来是 B8 加速器。它于 2022 年中期完成,但 SpaceX 决定放弃。在下一款 Booster 9 运载火箭中,SpaceX 通过添加中间环改变了分隔级的方法。在新方法中,船舶的发动机在级分离发生之前点火。而在第一次试飞半年后,SN25与B9助推器集成进行了第二次试飞IFT-2。此次发射于 2023 年 11 月 18 日进行。B9 的爬升过程非常顺利,没有任何一个发动机出现故障。然后使用热台成功分离这些装置。B9 在加速期间重新启动发动机后不久发生爆炸。25号船继续沿着亚轨道轨道移动,但很快通讯中断,飞行器爆炸。

下一个原型 SN26 成为了测试台。它没有襟翼或隔热罩。2023 年 10 月,它完成了一台发动机的静态点火,模拟从轨道再入。SN26不断被修改并接受各种测试。下一个原型 SN27 与其前身相似。但由于事故,SN27号的圆顶爆炸,该船不得不部分报废。

SN28 和 B10 是 IFT-3 第三次完全集成飞行测试的下一对。此次发射于 2024 年 3 月 14 日进行。飞船成功加速,在完美的热分离后,继续沿着亚轨道运行。此时,助推器成功重新点燃发动机,进入着陆轨道。B10在尝试着陆失败后在462米的高度坠毁。SN28 进入轨道。他开始了燃料传输演示并打开了有效载荷舱口。由于失控旋转,该船在重返大气层时就失踪了。

迄今为止,IFT-4最新、最成功的试飞已于2024年6月6日进行。这次爬升再次完美(尽管 B11 上的 33 台 Ratpor 发动机中的一台丢失了)。热台分离后,B11 成功执行了启动脉冲,并在几秒钟后抛弃了热台环。随后运载火箭在海洋中安全着陆,标志着历史上超重型运载火箭首次成功着陆。与此同时,29号飞船进入轨道并关闭了发动机。这次,船在整个飞行过程中保持了方向。SN29随后重新进入大气层并开始减速。重返大气层几分钟后,前翼开始解体,但船幸免于难。他甚至成功地重新启动了所有三个海平面发动机并在海洋中轻轻着陆。

0 阅读:0