「星船」SN8再次炸成一團火球 馬斯克為啥挺高興?

2020-12-22 人民資訊

12月9日,美國太空探索技術公司的SN8號「星船」實施了一次高空飛行試驗。起飛和調姿、下降過程尚且正常,飛行了6分多鐘。但是著陸的時候速度明顯過快,觸地後從火箭底部和上部同時冒出烈焰,火箭爆炸解體。

「星船」SN8爆炸的一瞬

太空探索技術公司老闆馬斯克本人卻毫無壓力,他立刻發推特解釋了事故原因,並且高呼「恭喜團隊!」,「火星,我們來了!!」

準備起飛的星船SN8

馬斯克從開始製造「星船」至今,沒有一臺樣機能取得成功,事故分為幾種:原地爆炸、飛行中爆炸、被颶風吹壞。這種車庫式、作坊式火箭看上去完全沒有高精尖的氣場。馬斯克是不懂得如何造火箭嗎?當然不是,他的獵鷹九號已經成為當今世界上主要發射工具之一,在國際市場上攻城略地。那麼,他屢敗屢戰製造「星船」,到底是要幹什麼?

本次飛行試驗或許可以提供一點點線索。

在火箭著陸並爆炸之後,馬斯克解釋了事故原因,他說:「在著陸燃燒過程中,燃料箱壓力很低,導致著陸速度很高和RUD但我們得到了我們需要的所有數據!恭喜SpaceX團隊,耶!!」

發動機地面試車的「星船」

這裡說的RUD,是「快速計劃外解體」的簡寫,實際上就是墜毀。需要關注的是「燃料箱壓力很低,導致著陸速度很高」這件事。「星船」採用液氧煤油發動機,意味著需要設置兩個燃料箱,一個裝煤油,一個裝液氧。火箭不是煤油燈,不能靠燃料自己流進發動機裡燃燒。在正規的火箭裡,一般採用「壓+抽」的方式來把煤油和液氧從儲箱送進發動機。「壓」就是設置一個高壓氣瓶,裡面裝著惰性氣體。它連通著燃料箱上方,打開閥門後,高壓氣體就會強迫燃料向燃料泵運動。「抽」就是燃料泵根據控制系統的指令,按照火箭飛行計劃,把所需要的燃料送進燃燒室,產生所需要的推力。如果燃料箱的壓力不夠,就沒有足夠的燃料進入燃料泵,燃燒室就會「吃不飽」,導致推力不足。「星船」這次是在降落過程中發生了推力不足,下降速度過快,所以直接「快速計劃外解體」了。

簡陋的「星船」工廠

科研實驗出事故並不奇怪,奇怪的是兩個要素。首先,馬斯克似乎完全在意料之中,他甚至在SN8升空前說,「大概有1/3的機會完成所有任務目標」;其次,獵鷹九號火箭一級返回已經是成熟技術。後者要從數十千米的高度,從每秒1300米的高速逐漸減速、返回、下降,難度比「星船」大了不止一個數量級。

馬斯克為什麼不慌?獵鷹九號可以做到的,「星船」為什麼不可以?

從車庫工廠到儲箱壓力不足,我們似乎可以做出這樣的推測:馬斯克在探索火箭的低成本底線究竟在哪裡,哪些傳統火箭上必備的東西,是可以在「星船」上拆掉或者縮水的。他甚至連高壓氣瓶這種大路貨都要能省就省,恐怕用了一個壓力不足的低成本商用氣瓶來替代宇航級氣瓶。

火箭一直被認為是非常昂貴、精密、複雜的設備,由此導致了整個航天活動的成本居高不下。如果用簡陋設備、簡陋條件、簡陋材料和部件,開發出一種能飛的火箭,對整個產業還是會形成衝擊的。

問題是,這種簡陋火箭能飛到火星上去嗎?

「星船」最突出的特色,是採用了不鏽鋼蒙皮,而不是傳統航天使用的鋁合金。馬斯克還曾經專門撰文,解釋不鏽鋼為什麼比鋁合金更強。全世界的宇航單位都不曾站出來反駁的他的觀點,而且馬斯克自己的獵鷹九號用的也是鋁合金為主。難道全世界都錯了?

「星船」SN6飛到了150米高度

太空探索技術公司在點火之前,宣布本次飛行要達到大約20千米的高度。到目前為止,這家公司還沒有公布實際飛行高度。但是對宇航來說,20千米也不是什麼很大的高度,甚至還沒有超出平流層呢。如果再向上一點,超越平流層、電離層,然後返回地面,就屬於亞軌道飛行。在此前的路演中,馬斯克已經向人們展示了用「星船」來實施亞軌道全球運輸的場景,從紐約飛到香港或者上海只需要30分鐘而已。

亞軌道飛行的特點,是高度夠、速度不夠。雖然飛行器會短時間超過100千米的馮卡門線,進入真正的宇宙空間,但速度達不到每秒7800米,很快就要回落。低速度意味著「星船」飛行過程中的摩擦生熱不會太嚴重。不需要採用高端的陶瓷或者碳纖維材料來耐受高溫,用不鏽鋼就足夠實現可重複使用的目標了。也就是說,「星船」壓根就沒打算飛到地球軌道上去。如果是飛往火星,不鏽鋼材料的密度比鋁合金大得多,要消耗更多燃料才能達到第二宇宙速度,並不划算。

馬斯克工廠裡的「星船」發動機(右)

這還不是問題的全部。

馬斯克剛剛和美國國防部籤署了協議,用「星船」的亞軌道飛行來提供一種緊急後勤運輸手段。軍隊不是NASA,不可能用少數幾艘飛船就滿足要求。一旦發生戰爭,五角大樓可能需要成群的飛船從本土起飛,呼嘯著奔向東亞,一百噸一百噸地送去槍彈炮彈、油料藥品、冰激凌和大便紙……,支援困守在這裡的美軍。這就需要「星船」是一種工藝簡單、材料易得、價格低廉,可以分包給外行企業——比如汽車廠——大量生產的東西。美國雖然一直在擔憂產業空心化問題,但實際上現有工業基礎還是比其他國家強大得多。如果能發明一種可以在汽車廠生產的火箭,對降低成本和戰時大量供應,是有極大好處的。

所以,馬斯克實際上是在反覆探索一種大規模生產亞軌道運輸工具的低成本方案。而且正在不斷接近成功。按照這樣的進展,再過幾年,美國軍方就真的可以考慮組建火箭空降兵了。其他國家是不是需要考慮開發「星船攔截戰術」呢?

作者:孔新 版權稿件,未經許可禁止轉載。

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