SpaceX计划进行星际飞船第六次试飞,测试猛禽真空发动机及热防护系统

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美国航空航天学会(AIAA) 2024-11-08

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在发射星际飞船火箭并安装助推器不到一个月后,SPACEX 计划对其闪亮的不锈钢火箭进行第六次试飞,该火箭高近 400 英尺(121 米)。

该公司周三宣布了目标发射日期为 11 月 18 日,同时宣布了从第 5 次飞行中吸取的经验教训和第 6 次飞行的任务目标。

与其他发射任务不同,这一次 SPACEX 不需要根据监管部门的批准来决定发射时间。当联邦航空管理局批准第 5 次飞行任务时,他们也批准了该公司的第 6 次飞行计划。

美国联邦航空管理局在 10 月 12 日的一份声明中写道:“美国联邦航空管理局确定 SPACEX 要求对 Flight 6 进行更改的请求在之前分析的范围内。”“SPACEX 要求对已获批准的 Flight 6 运营范围进行的任何修改都可能需要美国联邦航空管理局进一步评估。”

在很大程度上,第 6 次飞行将是第 5 次飞行的重复,其中将进行另一次亚轨道飞行,并将飞船上级溅落到印度洋。然而,这次任务将包含一些关键的不同之处。

这次,SPACEX 重现了第 3 次飞行中的一项任务里程碑,旨在演示在火箭滑行阶段重新点燃其中一台猛禽真空发动机。由于火箭开始比预期更猛烈地滚动,该目标在那次任务中被放弃。

SPACEX 在 3 月 14 日的发射后声明中表示:“由于滑行过程中飞行器滚转速度过快,星际飞船未能按照计划在轨重新点燃单个猛禽发动机。”

SPACEX 表示,凭借最近两次成功滑行的飞行,此次测试现已触手可及,并将展示“在轨道任务之前进行飞船脱轨燃烧所需的能力”。

第 6 号飞行是一次亚轨道任务,火箭上不会再搭载有效载荷。该任务将作为 SPACEX 对该飞行器进一步迭代的教学工具。其中一些经验教训将来自对飞船热防护系统的更好理解。

SPACEX 周三写道:“几项热防护实验和操作变化将测试星际飞船能力的极限,并生成飞行数据,为飞船捕获和再利用计划提供参考。飞行测试将评估新的二次热防护材料,并将拆除飞船两侧的整块隔热板,这些位置正在研究安装未来飞船上的捕获硬件。”

与之前的测试不同,第 6 号飞行器将于下午而不是上午从德克萨斯州南部的星际基地起飞,以便在白天降落在印度洋。在此之前,SPACEX 表示,飞船将“在下降的最后阶段故意以更高的迎角飞行,有目的地强调襟翼控制的极限,以获取未来着陆剖面的数据。”

SPACEX 表示,这将是最后一次飞行的 Block 1 版 Ship 上面级,并指出从第 7 次飞行开始的未来版本将进行“重大升级,包括重新设计的前襟翼、更大的推进剂箱和最新一代的隔热板和二次热保护层,我们将继续朝着完全可重复使用的隔热罩的方向发展。”

巩固强化课程

6 号飞行的一大目标是复制超重型火箭助推器返回发射场的成功。该公司可能也希望比上一次更有信心地达到这一里程碑。

SPACEX 创始人埃隆·马斯克直播视频游戏《暗黑破坏神 IV》期间无意分享的音频中SPACEX 员工对第 5 号航班进行了技术汇报,正如一位员工所描述的那样,首先是“发生的可怕的事情以及我们对此采取的措施”。

10 月 25 日,SPACEX 的一名员工在发布到 X(原 Twitter)的音频中表示:“在着陆燃烧时,我们的旋转气体支撑装置配置有误,没有足够的时间来提升旋转压力,我们差一秒钟就会发生故障,导致火箭中止并试图坠毁在塔楼旁边的地面上。”

“哇!哎呀,”马斯克回答道。

他们讨论了是否应该将发布时间至少推迟一天以进行额外审查,但一名员工表示,即使这样“我也不知道我们是否会发现这个问题”,指的是突然出现的问题。

另一名员工表示:“我们担心有 100 次中止,这些中止并非微不足道。”“我们没有像第一航前那样做好审查,当时我们处于类似的风险状态。我们作为领导团队花了很多时间仔细检查每一个细节,真的争论了好几次。”

一名员工表示,他们对 6 号航班的时间表有了更多的控制,这一点很重要,因为他们在发射前不必等待联邦航空管理局的批准。

一名员工表示:“我们正试图在种子和加强针风险缓解之间取得合理平衡。”

另一名员工还指出,超重型助推器底部附近的一个船舷出现了损坏。音频中听到的一名员工表示,船舷上的点焊边缘在发射前就引起了担忧。

“我们无法准确预测到正确的位置,但这个被撕掉的盖子正好位于一堆单点故障阀门的顶部,这些阀门必须在着陆燃烧期间工作,”SPACEX 员工说。“谢天谢地,安全带上的所有阀门都没有损坏,但我们在着陆燃烧开始时撕掉了一些非常关键设备上的巨大盖子。我们有计划解决这个问题。”

错误共享的音频在此后不久就中断了,因此目前对于 SPACEX 解决龙骨问题的计划还没有太多了解,但该公司在其网站上的发射前声明中确实广泛讨论了超重型助推器的改进。

SPACEX 写道:“此次飞行的硬件升级为助推器推进系统增加了额外的冗余,增加了关键部位的结构强度,并缩短了成功捕获后从助推器卸载推进剂的时间。”“任务设计师还更新了软件控制并承诺了助推器发射和返回的标准。”

与第 5 号飞行任务一样,SPACEX 表示,如果在尝试之前“特定的飞行器和发射台标准”不满足,它将中止助推器回收尝试。在这种情况下,他们将在墨西哥湾上空进行动力下降。第 6 号飞行任务的飞行指挥员将负责做出最终决定。

SPACEX 写道:“如果在助推器返回燃烧完成之前没有发出此命令,或者自动健康检查显示超重型火箭或发射塔的状况不可接受,助推器将默认进入着陆燃烧和软溅落墨西哥湾的轨道。”“在确保公众和我们团队安全方面,我们不会妥协,只有在条件合适的情况下才会返回。”

加快节奏

取决于下一代火箭上面级与当前 Block 1 型号的区别,或者飞行剖面和目标的变化程度,这可能会决定 SPACEX 在第 6 次飞行之后返回发射台的速度。

在周四向火星探索计划分析小组 (MEPAG) 进行的演示中,美国国家航空航天局 (NASA) 探索系统发展任务理事会代理副副局长洛里·格雷泽 (Lori Glaze) 表示,SPACEX 助推器在第 5 次飞行期间的捕获是其作为 Artemis 3 号和 Artemis 4 号任务的着陆器迈出的重要一步。

格雷泽说:“这次发射非常成功,也非常重要,这是我们实现星际飞船载人着陆系统的重要一步,因为能够将这些助推器带回发射台,然后对其进行翻新和快速周转,将使 SPACEX 能够真正完成我们登陆月球并返回所需的飞行次数。”

在第 5 次飞行之前,Spaceflight Now 采访了 HLS 副项目经理 Kent Chojancki 博士,他表示 NASA 希望看到 SPACEX 将其位于博卡奇卡星际基地的两座发射塔的发射节奏提高到每周一次。

他说,在开始为星际飞船的加油机版本加油时,需要加快发射节奏,作为无人登月飞行前的演示,星际飞船将继续在轨道上运行,接收多批甲烷和液氧。

“我们的第一个、下一个重大里程碑是长期(轨道飞行)和推进剂转移。这是我们没有强制要求的第一次测试,但它是 SPACEX 向 NASA 提出的里程碑式的第一次测试,也是由此产生的设计审查,”Chojnacki 说。“因此,我们第一次真正查询此类数据并了解沸腾情况,了解飞船的长期能力,并了解现在正在转移的大部分内容,将在这次测试期间进行。”

他说,预计在轨加油活动将于 2025 年 3 月左右开始。

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