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为何庆祝星舰发射的爆炸解体?

打开SpaceX的首页,来到Starship的页面,中心位置写着一句话:

STARSHIP - SERVICE TO EARTH ORBIT, MOON, MARS AND BEYOND

2023年4月20日,SpaceX的星舰首次整合发射升空后4分钟发生了爆炸。第二天的很多公众号都以失败来描述这次升空,然而这与发射现场的欢呼声和掌声形成了巨大的反差。这到底是一次成功还是失败?为什么马斯克还在推特上庆祝了SpaceX团队?

星舰是继土星五号之后人类历史上体积最大、推力最强的运载超重型火箭。从设计的第一天起,星舰的任务就是要带上人类和物资去往火星,甚至更远的地方。在2015/16年,马斯克就开始在内部讨论星舰的设计和开发。当时的SpaceX才刚刚完成猎鹰9号一级推进器的成功着陆回收,因为之前经历了一系列的失败。即便如此,马斯克仍然开始着手耗资30亿美元的星舰研发。

为确保能够将大量的人类和物资送往火星,必须将成本降低,因此星舰的设计要求高运载量和可重复使用。星舰是目前最高的火箭,设计非常简单,仅分为两部分。下部分是名为“超级重型”的助推器,高70米。上面50米就是星舰的飞船,用于运输货物和人员,最多可装载250吨。飞船的空间达到1000立方米,足以将整个埃菲尔铁塔拆开装进。

星舰的主要用途除了运输货物和人员以外,还有一个独特的功能,可以给飞船补充燃料以维持续航能力。这意味着飞船可以在太空中进行加油,这一实现将是非常酷的。

发动机的创新 - 大力出奇迹

由于星舰的运载负荷如此巨大,如果将来使用它来运送星际货物,每公斤的运输成本将降低到100美元以下。如果回想一下在猎鹰9号出现之前,这个成本每公斤高达20,000美元,这一巨大的成本差距令人惊叹。

星舰之所以具有如此强大的推力,是因为它采用了33个Raptor发动机进行捆绑式装配。然而,控制这么多的发动机是一个非常困难的技术挑战。从燃料控制到协同工作,都需要克服极具挑战性的工程难题。

提前用上火星燃料

传统火箭使用的是液氢和液氧作为燃料,而这次的星舰则采用了甲烷和液氧。之所以选择甲烷,是因为它是火星大气中存在的元素,如果能够利用这种燃料,那么在星舰返程时就不需要携带额外的燃料了,这也能够极大地减少火箭的负载。此外,由于甲烷是更为经济的燃料,这也进一步降低了星舰的使用成本。

火箭的外表

过去,火箭通常采用碳纤维和铝合金。碳纤维每公斤成本高达135美元,再加上制造过程中产生的废料的成本,总成本可达近200美元每公斤。相比之下,不锈钢的成本只有3美元每公斤,而且其熔点较高。不过,不锈钢在低温下容易破裂,但增加铬和镍的含量可以解决这个问题。因此,现在的星舰采用了这种非常便宜的方案。

回收

星舰的最大看点,就是整体回收可供多次使用,这样才能在最大程度上节约运输成本。虽然SpaceX已经在猎鹰9号上获得了火箭回收的技术和经验,但星舰这一规格和体量的火箭回收却是另外一个情况。空中翻转的高度过高过低都不合适。过高就要求更多的燃料控制,过低则有坠毁的风险。

这次星舰旅程虽然只有短短4分钟,但爆炸没有造成任何除自身之外的破坏,并且成功飞离发射台,同时为工程师提供了大量的数据,了解了航天器的性能。 所有这些都为下一次的成功提供了坚实的保障。

正如SpaceX的理念说的

失败的快,但要学的更快

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