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2023-11-30
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更新時間：2023-11-30 20:15:18作者：佚名
（原標(biāo)題：“星艦”第二次發(fā)射二級失聯(lián)，受影響的還有美國載人登月計(jì)劃）
澎湃新聞消息，“星艦”火箭第二次發(fā)射出現(xiàn)了一級分離后發(fā)生爆炸和二級失聯(lián)的情況，美載人登月計(jì)劃大概率無法按計(jì)劃的時間將人送到月球。
“星艦”第二次發(fā)射原計(jì)劃11月17日進(jìn)行，但由于火箭的一個格柵舵出現(xiàn)問題，需要對驅(qū)動器進(jìn)行更換，發(fā)射時間推遲到18日。作為目前人類最大的火箭，“星艦”的第二次發(fā)射依然吸引了全世界的目光。雖然沒有完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，但飛行時間更長，一二級分離成功，相比首飛，有更多的技術(shù)進(jìn)步和成績。
“星艦”第二次發(fā)射依然備受矚目。
有點(diǎn)不一樣的“星艦”
今年4月，“星艦”迎來首次飛行試驗(yàn)，但升空后即發(fā)現(xiàn)一級有多臺發(fā)動機(jī)工作不正常，升空2分30秒后火箭姿態(tài)失穩(wěn)并開始旋轉(zhuǎn)，最終解體爆炸，發(fā)射宣告失敗。
“星艦”首次發(fā)射以失敗告終。
之后，SpaceX公司公布了失敗的原因，稱“星艦”發(fā)射后幾臺發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障，損失高度并開始旋轉(zhuǎn)，向飛船下達(dá)了終止飛行的指令。SpaceX稱，“星艦”設(shè)置了出現(xiàn)意外情況時自毀的機(jī)制，以防止火箭自由墜落并威脅地面人類的安全。
據(jù)稱，發(fā)動機(jī)出現(xiàn)故障的原因是超重助推器后端泄漏的推進(jìn)劑起火，最終切斷了與主飛行計(jì)算機(jī)的連接。這導(dǎo)致大多數(shù)助推發(fā)動機(jī)失去信號，并最終導(dǎo)致“星艦”控制系統(tǒng)中斷。
事后，SpaceX公司實(shí)施了泄漏緩解措施，并改進(jìn)了發(fā)動機(jī)和助推器硬件的測試。此外，SpaceX公司升級了超重助推器現(xiàn)有的滅火系統(tǒng)，降低未來發(fā)動機(jī)產(chǎn)生火災(zāi)的風(fēng)險。
“星艦”是SpaceX公司研發(fā)的一款重型運(yùn)載火箭，采用可重復(fù)使用設(shè)計(jì)，該火箭由兩部分組成：起飛級名為“超級重型助推器”，并聯(lián)安裝了33臺“猛禽”液氧甲烷發(fā)動機(jī)，其中內(nèi)置13臺用來改變推力方向，最大推力約7600噸；第二級實(shí)際上是集成了6臺發(fā)動機(jī)的飛船（其中包括3臺真空版“猛禽”發(fā)動機(jī)和3臺海平面版“猛禽”發(fā)動機(jī)）?！靶桥灐苯剀壍雷畲筮\(yùn)載能力為250噸，可回收狀態(tài)下為150噸。
從哪里跌倒就從哪里爬起來。針對首飛失敗的原因，馬斯克9月曾表示，自4月份首飛以來，SpaceX對“星艦”進(jìn)行了1000多次修改，最主要的變化是級間熱分離方式，即“星艦”的二級飛船在還未與一級超重助推器分離時點(diǎn)燃發(fā)動機(jī)。馬斯克稱，“熱分離具有載荷入軌優(yōu)勢，保守地說，運(yùn)載能力大約增加了10%。”
馬斯克表示，當(dāng)“星艦”第二級飛船的發(fā)動機(jī)被點(diǎn)燃時，超重助推器的少數(shù)發(fā)動機(jī)仍在工作。這樣做可以避免運(yùn)載器在一級發(fā)動機(jī)首先關(guān)閉的傳統(tǒng)級間分離過程中失去推力。
為了提高運(yùn)載能力，大部分火箭采用多級設(shè)計(jì)，火箭間分離是運(yùn)載火箭的關(guān)鍵技術(shù)之一，能否成功分離直接影響任務(wù)成敗。目前，級間分離有冷分離和熱分離兩種分離形式。熱分離是指靠前面一級火箭發(fā)動機(jī)噴出的高溫燃?xì)饬靼押竺嬉患壔鸺崎_，前面一級發(fā)動機(jī)在連接件解鎖時就已經(jīng)點(diǎn)火了；而冷分離則利用安裝在分離體上的分離能源提供分離能量，前面一級火箭的發(fā)動機(jī)要在前、后兩級火箭分開后才點(diǎn)火。
兩種分離方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，熱分離方式不需要進(jìn)行兩次發(fā)動機(jī)加速，減少死重問題，一定程度上提升運(yùn)載能力。但熱分離也存在一些問題，這些問題需要在使用這種技術(shù)時加以注意。比如，“星艦”一級在熱分離時會被火焰直接吹襲，時間必須控制好，不然有可能會影響箭體的復(fù)用。其次，熱分離運(yùn)動速度快，若出現(xiàn)設(shè)計(jì)問題或者意外因素，可能導(dǎo)致火箭的意外破損。
從此次發(fā)射直播視頻來看，熱分離技術(shù)獲得了成功，第一級的33臺發(fā)動機(jī)也全部點(diǎn)燃，但熱分離后不久就發(fā)生爆炸，二級在推進(jìn)劑即將耗盡時光機(jī)，隨后遙測信號丟失，第二次發(fā)射雖然沒有達(dá)到預(yù)期，但相比首飛，飛行時間更長，驗(yàn)證了更多技術(shù)。
登月版“星艦”登月設(shè)想圖。
美國很可能無法按時載人登月
“星艦”第二次發(fā)射沒能完全達(dá)到預(yù)期，雖然這是SpaceX公司 “快速迭代”和“以飛代試”火箭研制模式下可接受的挫折，但這些挫折很可能拖累美國載人登月計(jì)劃以及自身公司的航天計(jì)劃。
今年8月，美國宇航局（NASA）官員表示，如果關(guān)鍵系統(tǒng)研發(fā)進(jìn)度跟不上，“阿耳忒彌斯3號”載人登月計(jì)劃最終可能不包括航天員登陸月球這一環(huán)節(jié)。美國宇航局探索系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)部官員吉姆·弗里告訴媒體，如果SpaceX公司開發(fā)的載人月球著陸系統(tǒng)（即登月版“星艦”）等關(guān)鍵裝備沒有及時到位的話，“我們可能最終執(zhí)行一次（與計(jì)劃）不同的任務(wù)”。
美國宇航局局長比爾·尼曾說，我每天都會問這樣一個問題：SpaceX進(jìn)展如何？所有的經(jīng)理都告訴我，他們正在實(shí)現(xiàn)所有里程碑。
美國政府2019年宣布“阿耳忒彌斯”新登月計(jì)劃，目前已完成“阿耳忒彌斯1號”繞月飛行任務(wù)。美國宇航局計(jì)劃明年11月實(shí)施“阿耳忒彌斯2號”載人繞月飛行任務(wù)。
在美國登月計(jì)劃中， SLS火箭+“獵戶座”飛船+登月版“星艦”是最關(guān)鍵的三個部分，缺一不可，前兩者的研制進(jìn)度雖然拖拖拉拉且耗資甚巨，但已經(jīng)完成研發(fā)，首次試飛也一切順利。根據(jù)計(jì)劃，只需要在2024年再完成一次載人繞月試飛，就具備了登月條件。
在“阿耳忒彌斯”新登月計(jì)劃中，登月版“星艦”將載著航天員離開“門戶”月球空間站，執(zhí)行登月任務(wù)。降落月面完成任務(wù)后，“星艦”再次起飛前往月球門戶與之對接，將航天員送到“門戶”空間站，休整后進(jìn)入“獵戶座”飛船返回地球?！靶桥灐钡诙伟l(fā)射后還要進(jìn)行多次驗(yàn)證飛行，包括發(fā)射臺回收、快速復(fù)用發(fā)射、在軌加注、無人月面著陸演示等一系列重大試驗(yàn)挑戰(zhàn)，據(jù)稱，可能至少要進(jìn)行十余次飛行試驗(yàn)并獲得成功，然后才能具備登月條件。現(xiàn)在看，“星艦”已經(jīng)美國成為2026年重返月球的X因素。
值得一提的是，在“星艦”首飛失敗后一個月，5月19日，美國宇航局宣布與藍(lán)色起源公司簽訂額外合同，開發(fā)第二種載人月球著陸器，該著陸器將作為“阿耳忒彌斯5號”任務(wù)的一部分進(jìn)行首次載人飛行。藍(lán)色起源公司的月球著陸器比登月版“星艦”小，有效載荷只有20噸，著陸器使用液氫和液氧推進(jìn)劑的組合作為燃料，計(jì)劃在2029年執(zhí)行第五次飛行任務(wù)。有分析認(rèn)為，因?yàn)槊绹詈骄挚吹搅恕靶桥灐边M(jìn)度拖延，并且技術(shù)上存在一些不確定性，決定為登月版“星艦”選一個“備胎”，而藍(lán)色起源公司的方案就是“備胎”。
SpaceX公司負(fù)責(zé)建造和飛行可靠性的副總裁、前美國宇航局高級雇員威廉?格斯滕邁爾曾說，如果延誤繼續(xù)下去，最終，我們將失去領(lǐng)先地位，我們將看到中國在我們之前（載人）登陸月球。
今年7月，中國載人航天工程辦公室發(fā)布《關(guān)于征集載人月球探測工程月面科學(xué)載荷方案的公告》指出，我國載人月球探測工程登月階段任務(wù)已經(jīng)啟動實(shí)施，計(jì)劃先期開展無人登月飛行，并在2030年前實(shí)現(xiàn)中國人首次登陸月球。
中國載人登月的初步方案是：采用兩枚運(yùn)載火箭分別將月面著陸器和載人飛船送至地月轉(zhuǎn)移軌道，飛船和著陸器在環(huán)月軌道交會對接，航天員從飛船進(jìn)入月面著陸器。其后，月面著陸器將下降著陸于月面預(yù)定區(qū)域，航天員登上月球開展科學(xué)考察與樣品采集。在完成既定任務(wù)后，航天員將乘坐著陸器上升至環(huán)月軌道與飛船交會對接，并攜帶樣品乘坐飛船返回地球。
據(jù)悉，我國已全面部署開展各項(xiàng)研制建設(shè)工作，科研人員正在研制長征十號運(yùn)載火箭、新一代載人飛船、月面著陸器、登月服、載人月球車等裝備。長征十號起飛重量約2187噸，起飛推力約2678噸，地月轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載能力不小于27噸，預(yù)計(jì)在2027年具備首飛條件，而新一代載人飛船試驗(yàn)船在2020年5月首飛成功。在研的月面著陸器重約26噸，由登月艙和推進(jìn)艙組成，可將兩名航天員送達(dá)月面，主要負(fù)責(zé)把航天員從環(huán)月軌道下降著陸月面并返回環(huán)月軌道。同時，月面著陸器也具有自主控制飛行能力。
美國曾經(jīng)是世界上第一個成功進(jìn)行載人登月的國家，在新世紀(jì)的月球探測熱潮中希望再次拔得頭籌，現(xiàn)在壓力來了。