进步带来麻烦:简评星舰第二次发射
11月18日晚上9点,马斯克旗下的美国太空探索技术公司SpaceX进行了“星舰”重型运载火箭的第二次发射试验。马斯克曾表示,对第二次试飞“不要把期望定得太高”。不过,“星舰”这次的表现超出了很多人的预期。21点03分左右,“星舰”成功发射升空,SpaceX“星舰”在与助推器分离后继续飞行。飞行高度超过了100公里,火箭开始进入太空。
从一开始,“星舰”33台发动机就状态良好,较初试飞时有了极大提升。“星舰”发射5分钟的时候,飞行轨迹一切正常。发射近7分钟时,一切压力正常,预计可以进入正确轨道。发射近9分钟时,“星舰”第一级按计划准时关闭引擎,SpaceX控制中心爆发出一片欢呼声。
然而,在一级火箭达到工作时序后,二级火箭发生故障,火箭失去联系。随后,SpaceX公司宣布火箭发射失败。 6park.com 不过,对于SpaceX和马斯克来说,第二次试射取得了可观的进步,仍然算是成功。其中最明显的一个进步就是这次第一级火箭(即“超重助推器”)上的33台发动机全部正常工作。 6park.com相比之下,在第一次发射中,“星舰”起飞时就有五台发动机工作不正常。后来又有一台发动机熄火。SpaceX公司的摄影跟踪人员认为还有一两台发动机推力不足。
火箭推力不足,“星舰”的起飞就有些迟缓。到了约150秒时,火箭飞行速度达到最大的每秒600米,此刻高度30公里。按照预定程序,火箭应在此时一级关机,并进行一二级分离,但此时火箭飞行姿态开始出现异常。姿态逐渐反转,变成“倒栽葱”,并在空中翻滚了好几圈。 6park.com又过了40秒钟,SpaceX公司的指挥中心不得不发出自毁指令,火箭爆炸解体。
而在第二次的试射过程中,超重助推器的33台猛禽二代发动机全部正常启动:
火力全开,甚是好看。 6park.com(不过注意看,上面一级“星舰”的黑色本体上有不少白色小斑点,那是脱落的防热瓦造成的。这也是SpaceX公司今后要解决的另一个问题。)
第一次发射失利后,人们立即开始寻找原因。不过这一点也不难。火箭发射时,发射场飞沙走石,象下了一场陨石雨,周边大量汽车、设备被砸坏。
几公里外的地方都是如此,发射场的地面更是一片狼籍。发射台的混凝土结构还在,但是原先的混凝土地面全被喷飞了,冲出一个大约4米深的坑:
所以人们首先想到的是,那几台不工作的发动机很可能是被发射时溅起的水泥碎块打坏。 这似乎也可以解释,为什么坏掉的发动机大都在火箭的最外面一圈。 6park.com话说回来,“星舰”的表现算是很不错的。几公里外的汽车都被轰烂,而“星舰”本身基本保持完好,大多数发动机仍能够正常工作。 6park.com看到这里,有读者要问了,为什么不给火箭发射台挖个导流槽呢?导流槽和喷水降温系统不是航天发射台的常规配置吗? 6park.com普通人能想到的,马斯克和SpaceX公司肯定也能想到。但是他们不这么做,是有想法的。 6park.com首先,马斯克这么操作,还真就是为了省钱。他一开始就只搞了一个高架发射台,拉开一点高度。 当然发射结果证明,这点高度显然还不够。“星舰”的第一级,超重助推器,可是史上最强大的火箭推进器,有7600吨推力。 6park.com除此之外,马斯克还有更深一层的想法。马斯克造“星舰”, 最主要的目的就是要殖民火星。“星舰”要能在火星上直接起降,不需要导流槽。如果要在火星上造导流槽,要么从地球上运水泥过去,要么在火星上建水泥厂就地生产。 无论怎么做都无比麻烦,更不要说冷却水系统。 6park.com所以马斯克就想试试,不用导流槽,结果会怎么样? 6park.com结果被打脸,于是马斯克只好回头去加固发射台。 注意他还是不肯去修常规的导流槽。道理也很简单,在地球上修一个导流槽不是事儿,但是在外星世界,那可是比黄金还贵的工程。当然是能省就省。 6park.com于是马斯克在发射场修了有两层水泥的地基,大约有4米厚,并加固了混凝土桩等处。 用了1800多方水泥。除此之外,还修了水冷保护系统。 在第二次发射中消耗了大约1300吨冷却水。
结果看来还不错,在第二次发射中,下面一级的33发动机全部正常工作。 但是,对于马斯克的殖民火星的目标来说,这个改进的代价是非常巨大的,甚至可以说是难以承受。 1800多立方的混凝土和1300吨水, 在外星世界是非常昂贵的资源。 对比一下,天宫二号空间站,重量不过8.6吨,而且只是在离地面三四百公里的高度飞行,已经是一个大工程。 6park.com 所以说,“星舰”的第二次发射虽然比第一次有了显著的进步,但是这个发射场的改进需求,对于马斯克的殖民火星的目标来说,是一个非常大的麻烦。 除此之外,第二次发射毕竟还没有成功。助推器一级和“星舰”本身都先后失联,背后的原因还需要做大量的工作才有可能找出来。 6park.com怎么办?一个主要的原因是,“星舰”实在是太大。比史上其它最大的那些火箭都还要大很多,而且还是把大量相对比较小的火箭发动机密集捆起来使用。
量变引起质变,这么做产生了很多中小火箭上没有的问题。 哪怕是火箭小一半的话,发射场冲击的问题都会好很多。 6park.com对于比较小的火箭,普通混凝土可能就扛得住。即使扛不住,也可能就被强大的气流给吹到一边去。但是对巨型火箭来说,就是另外一回事。“星舰”的底部由33台大推力火箭发动机组成,尺寸远比其它火箭宽大。处在火箭正下方靠当中的混凝土就会受到四面八方都非常巨大的喷射力。于是,产生的混凝土碎块可能不往旁边飞,而是有一定的概率往上飞,击中发动机或管路。
如前面所说,要避免这种情况,可以挖导流槽。这在地球上不是什么难事,可是在月球或者火星上就是个超级工程。 如果没有其它办法解决这个问题的话,这将对马斯克殖民火星的目标构成巨大的成本和工程障碍。事实上,马斯克 一开始没有挖导流槽是个次序非常讲究的想法:如果不用导流槽就能解决问题,那么整个工程就会减少很多麻烦。这是最理想的结果。等到试过实在不行,那只好回头再修导流槽。
所以说, 第二次发射取得的这个进步, 意味着将来工程上的大麻烦,其实是马斯克不愿意看到的。 未来如何发展,让我们拭目以待。 6park.com
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