SpaceX Starship:世界上最强大火箭的关键里程碑

SpaceX Starship:世界上最强大火箭的关键里程碑

SpaceX 的 Starship 计划拥有世界上最高、最强大的火箭,最终将把人和货物送上火星。最新的原型 SN20 正在等待进入轨道的机会。其他几个原型机进行了飞行、地面测试,有时甚至测试错误,以改善未来的飞行。以下是 Starship 前往红色星球之路上的关键里程碑概览。

亿万富翁埃隆·马斯克 (Elon Musk)于 2002 年通过出售两个早期业务创建了 SpaceX:软件服务互联网公司 Zip2 和在线支付提供商 PayPal。他的最终目标是创建一家火星定居公司。也就是说,SpaceX 在其他太空领域一直很忙:该公司为国际空间站建造了 Dragon 货船和 Crew Dragon 宇航员宇宙飞船,并为 Falcon 9 和 Falcon Heavy 火箭上的众多客户发射了卫星。

至于火星,马斯克会定期发布新的远方火星愿景(有时还会更改系统的名称和指标),用于发送机组人员、货物和火箭。马斯克在 2018 年将他的火星殖民太空飞行系统重新命名为 Starship。“从技术上讲,分为两部分:Starship 是太空飞船/上层级和 Super Heavy 是逃离地球深层重力所需的火箭助推器(其他行星或卫星不需要), “马斯克在 2018 年的推文中说。

据 Space.com 报道,起初,马斯克计划用碳纤维制造星际飞船,但在 2019 年 1 月,他宣布该飞船将由不锈钢制成。虽然不锈钢比碳纤维重——最初会增加发射所需的燃料以及相关成本——马斯克表示,不锈钢具有更好的航天热性能,因此从长远来看,它会降低成本。马斯克后来表示,这次设计变更是他为该项目做出的最佳决定。

自 2019 年以来,星际飞船也经历了一些设计变更。马斯克选择在星际飞船上安装六个猛禽引擎,而不是七个。他还更改了 Super Heavy 上猛禽的数量,最初将数量从 35 减少到 31,然后再次增加,最多包括 37 架猛禽。(并非每次飞行都需要所有引擎,但至少需要 24 架猛禽才能将这艘巨大的飞船送入太空,马斯克说。)

据 Space.com 报道,2021 年公布了 Starship 的一项令人惊讶的设计变化,当时马斯克表示,观看 Sacha Baron Cohen 2012 年的电影《独裁者》启发了他让飞船变得更尖。“圆形并不可怕。尖头是可怕的,”科恩的海军上将阿拉丁是一位虚构的独裁者,谈到他的工程师制造的导弹时说。

日本亿万富翁、日本电子商务巨头 Zozo 的创始人前泽友作 (Yusaku Maezawa)于 2018 年 9 月在 Starship 上购买了名为“dearMoon”的环月旅行——一张让自己和几位艺术家乘坐月球冒险的机票。(当时,Starship 被称为 Big Falcon Spaceship,Super Heavy 被称为 Big Falcon Rocket。)虽然 Starship 还没有开始测试,但马斯克表示,他预计它最快可以在 2023 年完成任务。

2020 年 1 月,前泽友作曾短暂考虑过与“dearMoon”航班联合举办一场有争议的“女朋友大赛”,但在宣布仅两周后就于 2020 年撤回了这一提议。2021 年 3 月,dearMoon 的组织者宣布他们正在寻找最多八名船员与前泽友作一起绕月飞行。截至 2021 年 8 月,选拔工作可能仍在进行中,因为没有关于船员的进一步公告。该任务的目标仍然是在 2023 年飞行。

Starhopper 是 Starship 系统的低空原型,看起来更像是一个飞行坦克而不是空气动力火箭。SpaceX 在其位于德克萨斯州博卡奇卡的工厂对该系统进行了两次“静态点火”测试,以评估 2019 年发动机的性能,然后在同年进行了四次短途试飞。

Starship 的第一个 1 英尺(0.3 米)系绳跳跃持续了 3 秒。“Starhopper 刚刚升空并达到了系绳限制!” 马斯克于 2019 年 4 月 6 日在推特上发布了一段关于第一次静态火灾测试的戏剧性火热视频。这辆粗短的飞行器总共进行了四次试飞:两次出于安全原因系在绳索上,两次完全释放。

在 2019 年 7 月 25 日的第一次自由飞行中,原型机飙升至 65 英尺(20 m)的预期高度。它在 2019 年 8 月 27 日退役前的最后一次飞行预计将高达 500 英尺(150 米),符合美国联邦航空管理局 (FAA) 规定的限制。

Starship 的计划在尝试飞行之前测试了几个地面原型。2019 年至 2020 年的主要原型清单包括 MK1(在坦克压力测试中被摧毁)、MK2(被放弃进行更新设计)、MK3/SN1(在压力测试中被摧毁)、SN2(压力测试成功)、SN3(被摧毁)在其压力罐的测试期间)和 SN4(在静态火灾测试中被摧毁,经过多次成功测试)。

Starship 的 SN5 和 SN6 原型机进行了低空测试跳跃。SN5 于 2020 年 8 月 4 日达到约 500 英尺的高度,并在天空中侧向移动以到达其着陆区。SN6 还在 2020 年 9 月 3 日进行了 500 英尺的短途旅行。“事实证明,你可以让任何东西飞起来,哈哈,”马斯克在推特上谈到了 SN6 的飞行,视频显示了一个类似坦克的结构在空中摆动。

SpaceX在地面测试期间故意摧毁 SN7,以收集未来飞行的数据。SN8 于 2020 年 12 月 23 日升空,在该计划的首次高空发射期间执行了复杂的空中机动和翻转。根据从着陆台拍摄的视频显示,它飞到了 7.8 英里(12.5 公里),但未能成功着陆,该视频显示由于油箱顶部的压力低于预期,它在地面上爆炸成一个火球。

在 2021 年 2 月和 3 月的快速序列中,星舰计划在高空飞行中又发射了三架原型机:SN9、SN10 和 SN11。这些飞行器每架飞行了大约 6 分钟,但在着陆过程中,所有三架飞机都遇到了技术问题,导致了剧烈的碰撞或着陆后爆炸。

每次飞行后,马斯克都会发推文解释发生了什么,以及他计划对 Starship 原型进行哪些修改以改进下一次尝试的程序。例如,马斯克在 SN11 着陆爆炸后在推特上写道,“看起来 2 号发动机在上升过程中出现了问题,并且在着陆燃烧期间没有达到操作室压力,但理论上不需要。”

2021 年 4 月,NASA 选择了 SpaceX 的星际飞船(Blue Origin 和 Dynetics)获得价值 29 亿美元的登月合同,该合同是该航天局 Artemis 计划的一部分。通过这项任务,NASA 的目标是在 2020 年代的某个时候将宇航员送上月球;据美国宇航局监察长称,由于无关的宇航服开发延误,之前的 2024 年目标在 2021 年 8 月被认为“不可行”。NASA 起初想为合同的这一阶段选择两家公司,但该机构从国会收到的资金少于其载人着陆系统所需的资金。

Blue Origin 和 Dynetics 都反对该决定,但政府问责办公室在 2021 年 8 月支持 NASA 的选择。没有理由支持抗议,因为抗议者未能建立任何合理的可能性导致竞争偏见。”

SpaceX 的 Starship SN15 原型机在美国首次载人航天飞行 60 周年之际顺利着陆,当时宇航员艾伦·谢泼德 (Alan Shepard) 乘坐 NASA 的水星太空舱飞入太空。2021 年 5 月 5 日,SN15 翱翔 6.2 英里(10 公里)高空,并在半空中进行了多次机动。起飞六分钟后,原型机在 Boca Chica 的混凝土着陆平台上安全着陆。截至 2021 年 8 月,这是 Starship 计划的最新航班。

在飞行描述中,SpaceX 代表表示,新原型机中存在几处车辆变化。“SN15 在结构、航空电子设备和软件以及发动机方面进行了改进,这将在整个生产和飞行过程中提高速度和效率:特别是,新的增强型航空电子设备套件、后裙板中更新的推进剂结构以及新的猛禽发动机设计和配置.”

SpaceX 最新的星际飞船原型于 2021 年 8 月 6 日首次短暂地站在超重型火箭助推器上,这标志着有史以来最高的火箭。“梦想成真,”马斯克在推特上写道,这艘堆叠的星际飞船。

在 Boca Chica 进行的堆叠测试包括将两辆车配合一个小时,连接的 Starship 系统高 395 英尺(120 m)。相比之下,美国宇航局用于阿波罗任务的巨大土星五号月球火箭只有 363 英尺(110 米)高。

单独地,Super Heavy 高 230 英尺(70 m),而 Starship SN20 又增加了 165 英尺(50 m)的高度。预计这两辆运载火箭将在 8 月份进行多次技术测试,为轨道飞行做好准备。

由于 Starship 正在等待进行轨道飞行测试的机会,因此监管仍然是最大的不确定性。据Space.com 报道,如果一切按计划进行,宇宙飞船将在 90 分钟后进行环球旅行,从夏威夷海岸溅落,而超重型火箭的第一级将在 6 分钟后返回地球在墨西哥湾发射后。

然而,美国联邦航空局已经对 Starship 的任务进行了环境评估,这推迟了 SpaceX 在 2021 年 7 月尝试飞行的计划。即使在评估完成后,也可能需要考虑更多的认证。

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