從“垃圾桶”到馬斯克的最強火箭 圖解“星艦”的前世今生


北京時間11月17日,當地時間11月18日(周六),美國太空探索技術公司(SpaceX)計劃對其“星艦”(Starship)巨型火箭進行第二次試飛。如果這次能夠成功,星艦可能很快就會成為現役最強火箭,真正實現這個醞釀已有11年之久的巨大壯舉。


星艦從垃圾桶狀原型發展到最強火箭

2012年,SpaceX創始人兼CEO埃隆·馬斯克(Elon Musk)提出星艦的早期概念,當時它被稱為“火星殖民運輸系統”(Mars Colonial Transporter)。如今,11年過去,馬斯克的夢想即將照進現實。

以下通過時間和圖文並茂的形式回顧星艦的前世今生,它是如何從一個垃圾桶形狀的原型發展成如今地球上最強大火箭的。

何為星艦?


星艦與超重型火箭的組合體

星艦是一艘未來感十足的宇宙飛船,它被堆疊在一個高聳的超重型火箭助推器上,是世界上第一個完全可重復使用的發射系統。它的運送能力超過之前的任意火箭,應該能夠向地球軌道、月球和火星運送更多貨物。

2016年:馬斯克揭曉首個設計

2016年,馬斯克在一次國際空間技術活動上終於公佈人們期待已久的SpaceX最強大火箭的原型設計。SpaceX在最初預告時將它稱之為“火星殖民運輸系統”,但是由於SpaceX不僅僅滿足於殖民火星,該公司把第一個設計稱之為“星際空間運輸系統”(Interplanetary Space Transporter)。


2016年的星際空間運輸系統

“這個系統真的能讓你去到太陽系你想去的地方。”馬斯克當時表示。根據2016年的設計,該火箭使用一種碳纖維外殼,具有可擴展的支架,可以在著陸時展開。

2017年:大獵鷹


大獵鷹采用三鰭片設計

到2017年時,它的設計開始看起來更像星艦的最終樣式。這個版本被命名為“大獵鷹火箭”(BFR)。設計更改後,它看起來更像是一艘星際飛船,著陸腿沒有,取而代之的是火箭側面伸出的典型箭狀鰭,數量從兩個增加到三個。這款設計與最終版星艦的最大之處在於,它仍由碳纖維制成。但是,這種情況很快就改變。

2019年首個原型:星蟲


星蟲

第一艘星艦原型根本就不是真正的星際飛船。這艘矮胖的飛船被稱為“星蟲”(Starhopper),隻是用來測試SpaceX為星艦開發的猛禽發動機的動力。2019年,這個小“星蟲”展示猛禽發動機的威力,當時它飛到492英尺(約合150米)的高度,並成功著陸。

2019年:首個真正原型爆炸

馬斯克在2019年公佈第一艘真正意義上的星艦原型Mk1,但是這個設計不太走運。從“大獵鷹”到Mk1,星艦的最大不同在於它是由鋼制成的。這種材料隨後成為星艦的主要選擇。


星艦原型Mk1

馬斯克選擇鋼材料也是出於成本考量。“碳纖維的價格是每公斤135美元,其中大約35%被廢棄,所以完整使用一公斤的成本接近200美元。而鋼的成本為每公斤3美元,”馬斯克在2019年對《大眾機械》表示。

馬斯克隨後雄心勃勃地宣佈,Mk1將在兩到三個月內準備好升空。然而,第一艘星艦原型並沒有持續太久。在第一次液氮壓力測試中,Mk1爆炸。該測試旨在模擬和執行真實發射過程中的壓力。

2021年:SN15原型終於成功

接下來,SpaceX又相繼推出幾艘星艦原型,它們都比Mk1更成功,能夠在得州博卡奇卡的SpaceX設施上空飛行幾英裡。但是,第一艘真正飛得足夠高的原型是SN8。它飛到7.8英裡(約合13公裡)的高度,然後關閉發動機,腹部朝向地面,證明它可以飛行。但是即便如此,SN8還是撞上著陸平臺並爆炸。


SN8

2021年5月,在炸毀另外三艘原型後,SN15終於成功著陸。馬斯克的長期計劃是讓星艦成為一枚可重復使用的火箭,SN15首次展示這艘宇宙飛船可以毫發無損地降落在著陸臺上。

隨著SN15原型的成功,SpaceX準備推進下一步計劃:將星艦與超重型助推器組合在一起發射。但是,它的首飛又等兩年。

2023年:首飛失敗

2023年4月,星艦首次與超重型火箭合體試飛,目標是進入軌道。但是,它的首次飛行試驗並沒有像預期的那樣結束。


星艦首飛爆炸

雖然火箭成功起飛,但助推器最終無法與飛船分離,導致火箭失去控制,最終在半空中被引爆。後來還發現,除分離失敗之外,SpaceX還錯誤估計其混凝土發射臺對助推器中數十臺猛禽發動機的抵抗力。有報道稱,火箭在發射臺炸出一個大坑,將沙子、混凝土和碎片炸到很遠的地方,據說其中一些落在5英裡外的一個小鎮上。

11月:二次試飛

馬斯克並沒有氣餒,他要力爭盡快對下一個火箭迭代進行飛行測試。馬斯克此前告訴記者,自上次飛行以來,SpaceX對星艦設計進行至少1000次修改,其中最引人註目的是在飛船和助推器之間引入一排通風口。


星艦周六再次試飛

SpaceX工程師們還設計一個頗具風險的操作,旨在幫助防止出現首飛測試的爆炸錯誤。那就是,當超重型火箭助推器仍在推動它前進時,星艦飛船將點燃自己的發動機。

11月18日,星艦將迎來迄今為止最雄心勃勃的試飛。


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