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全尺寸星艦雛形現身,馬斯克有話要說

發布日期: 2019-05-16
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全尺寸星艦雛形現身,馬斯克有話要說


來源 |?三體引力波(the-3body)



全尺寸星艦雛形現身,馬斯克有話要說

X代表著無限可能,至少對SpaceX來說,追求的就是這個。

一邊部署全球最大互聯網星座——星鏈Starlink,一邊打造下一代宇宙飛船——星艦Starship,同時同步,都是改變世界、改變未來的大動作。

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最近幾天,美國德州南端博卡奇卡SpaceX測試基地,突然冒出新動向——

傳說中的首款全尺寸星艦飛船Starship終于雛形顯現,頗有顛覆感的全不銹鋼外殼,飛船上半段正在拼裝焊接,整裝組合。

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熟悉星艦結構的人,不難看出:這便是SpaceX下一代飛船星艦外殼。

盡管遠沒有渲染圖那般光滑完美,不過這只是個半成品,等待外殼全部拼裝后,經過表面拋光、美容處理,到時候就會看起來很有科幻感。

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要知道,有關SpaceX秘密打造全尺寸星艦的消息,一直都是江湖傳說。

今年4月初,作為星艦第一代原型飛船,跳蟲首次進行系繩跳躍時,這個消息便不脛而走。

短短一個月后,全尺寸星艦原型飛船真的橫空出世了——這就是SpaceX風格,自帶X基因,無窮動能,無限可能。

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盡管這只是一艘原型飛船,卻是全尺寸的,而且要準備進行軌道級飛行。

根據可靠信源稱,今年內打造完成星艦全尺寸飛船,明年進行軌道級首次試飛。

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就在5月11日,馬斯克與粉絲互動時披露:有關下一代星艦飛船、超重鷹火箭的研發動態,他將親自上陣,做一次演講公開說明,可能就在6月20日。

一連串問題來了——

星艦跳蟲與全尺寸星艦原型飛船是啥關系?

兩者到底有啥區別?

它們跟未來版星艦又是啥關系?

為啥馬斯克敢棄用碳纖維,轉而采用全不銹鋼作為飛船外殼?

……

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  • 星艦跳蟲與星艦全尺寸原型飛船是啥關系,有啥不同?

簡單來說,Starhopper星艦跳蟲(簡稱星蟲/跳蟲)屬于星艦第一款原型飛船,星艦全尺寸原型飛船,屬于星艦第二款原型飛船。

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Hopper跳蟲

最初SpaceX研發原型回收火箭,昵稱Grasshopper蚱蜢,按照命名習慣,Starship星艦第一代原型飛船,因此昵稱為Hopper跳蟲,也有稱為Starhopper星蟲。

2018年9月最早開建跳蟲,年底雛型顯現,矗立在SpaceX德州南端測試基地。

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2019年初遭遇一場強風,導致飛船傾倒,頭錐受損嚴重。

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后來改頭換面,棄用原來頭錐,改成簡化版頭罩。

按照馬斯克原話,并不會影響跳蟲測試任務。

跳蟲原計劃設計裝配3臺猛禽發動機,因更換頭錐,體重減輕很多,實際只裝配1臺。

今年4月份進行過多次點火測試(也被稱為系繩跳躍),場面驚人,效果也不錯。

盡管第二代星艦(全尺寸原型飛船)正在建造中,但第一代(跳蟲)顯然也沒有立馬廢棄。因為很多技術指標還需要它進行測試。

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星艦全尺寸原型飛船


高55米,直徑9米,7臺猛禽發動機,內裝推進劑艙、推進器系統、航空電子設備等。全不銹鋼外殼,錚明瓦亮,足夠科幻。貌似1947年科幻小說《全體登上月球!》里的宇宙飛船。

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星艦飛船設計跟之前BFS大獵鷹飛船的最大不同:前后各增加一組驅動鰭,一對前鰭+三個尾鰭,尾鰭既是驅動鰭,也是著陸架。飛船腹部大面積增加隔熱層,為了能更好適應地球、月球、火星等多種著陸飛行。當然,星艦全尺寸原型飛船只會進行軌道級試飛。

現在梳理一下,跳蟲與全尺寸原型飛船主要不同點:

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  • 尺寸不同——星艦全尺寸原型飛船:高55米,直徑9米;跳蟲高39米,直徑9米,身高只是前者的70%,明顯矮一截。

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  • 配置明顯不同——星艦跳蟲最多裝配三臺猛禽發動機(目前只裝配過一臺,點火測試);星艦全尺寸原型飛船將裝配7臺猛禽發動機。

順便說一下,猛禽發動機Raptor engine:作為SpaceX下一代火箭發動機,采用低溫液態甲烷/液氧作為推進劑,而非獵鷹9號火箭目前使用的煤油/液氧。設計壽命、效率、復用性都比梅林發動機有大幅提升,最大推力是后者兩倍多,高達2000千牛,相當于200噸。

甚至關鍵指標超過俄羅斯頂級發動機:猛禽發動機燃燒室壓力高達268.9巴(每平方厘米近274.2千克力),已超越俄羅斯發動機RD-180峰值(257.5巴,即每平方厘米261.7千克力)。


  • 外殼薄厚不同——雖說兩者都采用301全不銹鋼,但全尺寸星艦比跳蟲外殼薄了2/3。從而顯著提升推重比TWR(推力與重量之比,重要航天技術性能指標)。

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  • SpaceX為啥棄用最主流的碳纖維航天材料,轉而選擇全不銹鋼?

在馬斯克看來,這種所謂的「反直覺選擇」,恰恰是經過深思熟慮、反復驗證的——兩者比較起來,301全不銹鋼優勢很突出,碳纖維劣勢很明顯:

碳纖維材料每公斤135美元,301不銹鋼只要3美元,價格顯然差異很大。這對于成本管控管到骨頭里的SpaceX來說,不言而喻。

采用碳纖維材料制造外殼,報廢率高達35%,相當于每公斤增到200美元,很顯然太浪費。

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采用不銹鋼外殼,看起來好像又重又笨,但事實上更輕。相同質量下,不銹鋼外殼在低溫條件下強度會提高50%。相反,要想達到相同強度,碳纖維外殼就得增厚很多。而太空超低溫環境又是考驗宇宙飛船的關鍵所在。

碳纖維熔點性差,內含高強度樹脂溶點低,讓這種航天材料只能承受200°C極限,而全不銹鋼承受溫度高達800°C以上。這是宇宙飛船再入大氣層時必須經得起的高溫考驗,采用不銹鋼外殼+六角形隔熱層,這正是SpaceX星艦飛船的硬核技術。

碳纖維延展韌性差,添加鉻鎳的不銹鋼則會增加12~18%延展性,比碳纖維堅固得多。對于往返穿梭于超高溫、超低溫的飛船來說,延展韌性顯然非常重要。


  • 星艦跳蟲、星艦全尺寸原型飛船,跟未來版星艦又是啥關系?

星艦跳蟲屬于第一代星艦原型飛船,全尺寸版屬于第二代星艦原型飛船。

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只有原型不斷迭代,才會有未來:星艦跳蟲,星艦全尺寸原型飛船,全尺寸星艦,未來版星艦——才會實現SpaceX使命:成為跨星際文明先驅者。

為了能夠打造出未來版星艦,眼下必須造好跳蟲、全尺寸原型飛船。貌似再科幻的太空神物,也都是一步步開發出來的。

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簡單梳理一下,SpaceX箭船開發時間表:

2011年,公布重鷹開發計劃,2018年2月實現首飛

2016年之前,箭船系統被稱為火星殖民運輸系統MCT

2016年9月,變成星際運輸系統ITS

2017年7月,改成大獵鷹BFR

2018年11月5日,提出迷你版BFR

2018年11月20日,更名BFR,推出超重鷹火箭+星艦組合

2019年1月,建成星艦第一代原型:跳蟲

2019年4月,跳蟲點火測試,系繩跳躍

2019年5月,星艦全尺寸原型飛船雛型顯現,年內建成

2020年,計劃星艦全尺寸原型飛船首次軌道級試飛

2022年,計劃超重箭+星艦貨運飛船首飛火星

2024年,計劃超重箭+星艦首次載人飛往火星


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