SpaceX星舰首飞惨烈爆炸 《宇航学报》详细分析原因

SpaceX星舰首飞惨烈爆炸《宇航学报》详细分析原因星舰是世界首型两级完全重复使用重型运载火箭,名义直径9m,高度约119m,全箭起飞质量约5000t,最大起飞推力7260t。其中,超重推进级高度69m,总重约3400t,结构干重约250t,使用低温液氧/甲烷作为推进剂。推进级带有33台猛禽发动机,其中中圈10台、内圈3台可十字摆动,摇摆幅度±15°,外圈20台固定不摇摆。星舰飞船为可重复使用的入轨级,高度50m,总重约1200t,结构干重约125t,可实施在轨加注。飞船由6台全流量补燃循环液氧甲烷的猛禽发动机提供动力,其中外圈3台为真空版,固定喷管,尾喷口直径2.4m,最大真空推力350t,比冲382s,内圈3台为海平面版,摆动式喷管,尾喷口直径1.3m,最大推力220t,比冲330s左右。超重﹣星舰规模远超土星五号火箭,起飞重量约为后者的1.7倍,完全重复使用时LEO运载能力为150t,一次性使用时LEO运载能力250t。超重-星舰总案示意图超重推进级发动机布局及摇摆示意图(33台布局)4月20日,超重-星舰在发射前40s发现推进剂贮箱增压问题,流程暂停,紧急排故检查后点火起飞,当时就有3台发动机未工作。在上升过程中,发动机喷流多次出现爆燃情况,更多发动机工作异常,整体速度、高度均远远低于公布的理论情况,飞行至169s时没有按照既定程序级间分离。本次飞行达到的最大速度约为599m/s(148s),最大高度约为39km(200s),飞行约239s后高度跌落至29km附近,箭体爆炸解体。首飞剖面示意图反设计的三维飞行弹道形态1、起飞漂移分析起飞过程中,箭体姿态倾斜明显,在远离塔架方向的起飞漂移量较大。通过分析认为,超重-星舰在起飞出塔过程中,施加了远离塔架方向的程序角,主动对起飞漂移量进行控制,目的在于提升起飞出塔安全性。火箭飞出塔架后,程序角回正。2、动力系统分析从飞行视频中给出的遥测信息看,超重-星舰点火时有3台发动机未正常起动,起飞后动力系统连续出现异常现象,包括异常闪光、爆燃、喷流异常、推力丧失等。特别是飞行至90s左右,疑似出现推进剂泄漏。至115s时,剩余推进剂的混合比(氧化剂与燃烧剂质量之比)发生明显变化,表明在飞行过程中液氧消耗过快,初步判断液氧可能出现泄漏。超重推进级的剩余推进剂混合比80~90s左右,1台中心发动机和1台外圈发动机的喷口火焰亮度明显偏弱,初步判断出现了远离额定状态的低推力工况。116s时,火箭尾部靠上方部位有横向火焰喷出。125s时,发动机尾部火焰突然扩大,推测出现爆炸。超重-星舰飞行过程典型图像(动力系统工作状态)值得注意的是,经分析认为本次任务中官方视频的遥测火箭状态信息不准确,未能体现发动机工作的实际情况。综合上述分析,超重-星舰首飞过程中,超重推进级动力系统出现的异常现象较多,多台猛禽-2发动机相继出现故障,是导致首飞失利的直接原因。3、弹道数据分析经分析,超重-星舰起飞推重比约为1.23。起飞32s后,计算复现弹道过载出现小幅下降,47s后出现大幅下降。发动机失效台数和推力节流系数见下表,造成推力下降的原因可能为动力系统故障。结合上述分析,超重推进级工作过程中部分发动机出现故障,丧失推力,但节流过程仍按照标准程序进行,推测未针对推力下降故障实施推力在线智能调节。4、姿控能力分析飞行至80~90s时,可推测部分发动机失效,并产生干扰力矩。经计算,需要剩余可摆动的11台发动机摆动约1°,才能抵消至少8台发动机失效带来的干扰。这是因为可摆动发动机的力臂要远大于固定发动机产生干扰力的力臂,初步估算在10倍左右。因此可以推断,如果伺服机构、剩余发动机等其它系统工作正常,且在不存在其它异常干扰情况下,火箭的姿态控制能力是足够的,箭体姿态不应产生发散。基于上述分析,推测导致姿态发散的原因可能是部分摆动伺服机构功能失效,或者存在较大的异常干扰。5、地面环境分析超重-星舰系统采用无导流槽发射工位,通过25m高的发射台来避免发射时高速射流可能带来的破坏。结果,超重-星舰起飞时喷射的高速射流直接破坏了发射台台底的水泥基座,部分石块甚至飞到几百米外的海面上,而飞起的碎片也使得发射台附近的燃料罐、吊车和转播车等受到不同程度的破坏。此外,星舰飞船的部分隔热瓦散落在发射基地附近。起飞前后发射塔架比对综合上述分析,超重-星舰作为世界上起飞推力最大的火箭,在起飞过程中因发动机高温高速喷流引起的力、热、噪声环境极其恶劣,可能是造成点火时部分发动机未能正常工作的原因。总体而言,通过对任务情况进行分析,初步判断动力系统故障是本次飞行任务失利的直接原因。结合任务试验目的,本次试验实现了对超重推进级的部分考核,但由于未能针对推力下降等故障进行在线智能处置,最终未实现对星舰飞船的轨道级飞行考核。国外网友烛光致敬星舰...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357111.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1357111.htm

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世界最高最强火箭SpaceXStarship预计将于4月17日首飞这一次,星舰火箭(B7)、飞船(S24)、超重型助推器将构成真正完整版的星舰,进行轨道级飞行测试(OFT),目标是低地轨道(LEO),尝试绕地球飞行一圈,最后在夏威夷附近的太平洋上海上着陆。马斯克曾经说,价值约30亿美元的星舰飞船首次发射,基本上属于是抛硬币的玩法,成功概率约为50%。之后,星舰将转入综合飞行测试阶段。星舰(Starship)将是有史以来最高、最强的火箭,高度达120米(大约40层楼),地球轨道运载能力超过100吨,可将货物与宇航员送往地球轨道、月球、火星甚至更远的深空。同时,它也是第一个可完全重复使用的火箭,执行任务后返回发射场,和猎鹰9号火箭的一级相似,使用四个不锈钢栅格舵控制姿态落点。按照马斯克的说法,完全可重复利用的星舰单次发射成本仅约200万美元,每公斤有效载荷发射入轨成本降低到惊人的10美元。星舰由两部分组成,一级助推器“超重”(SuperHeavy)高度约69米,配备多达33台第二代海平面版猛禽发动机,液氧/甲烷推进剂,每台推理2000千牛(204吨)。上面级“星舰”(和系统同名)高度约50米,配备3台海平面版猛禽发动机、3台真空版猛禽发动机。未来,星舰可能还会“长高”大约10米,再加3台真空版猛禽发动机。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354635.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1354635.htm

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SpaceX宣布星舰新一代猛禽V3引擎33台发动机并联、推力8877吨作为对比,4月20日首飞的星舰(B7+SN24)超重型助推器使用的二代猛禽V2发动机,单台推力为230吨,33台总推力为7590吨。因此,猛禽V3的推力提升了大约17%。另外,猛禽V2单台质量1.6吨,室压300Bar,比冲327秒,而初代猛禽V1单台质量2吨,推力185吨,室压250Bar,比冲330秒。星舰上的33台猛禽V2猛禽V1、V2对比图第200台猛禽V2...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359591.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1359591.htm

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SpaceX“超重-星舰”第三次综合飞行试验情况简析标志着SpaceX超重-星舰项目向前迈进了坚实的一步。同时本次试验对于NASA的阿尔忒弥斯计划也至关重要。事后,美国联邦航空管理局(FAA)发表声明,按照四级故障标准将此次发射结果定义为“故障”(Mishap,影响仅高于“异常”(Anomaly)),并将监督SpaceX对故障进行调查,以确保该公司遵守FAA批准的事故调查计划和其他监管要求。一、试飞及目标完成情况(一)试验目标此次试飞的飞行路径设计与前两次有所不同,前两次飞行要求星舰飞船级在升空约90分钟后于夏威夷附近的太平洋溅落。而此次星舰飞船级则将飞行65分钟后于印度洋溅落,预定飞行时序见表1。并计划在在轨状态下,对三种技术进行测试,包括:测试有效载荷舱门的开启和关闭;验证头部贮箱到主贮箱的推进剂转移;尝试发动机在轨重启。其中在轨推进剂转移是为了演示SpaceX在“临界点”技术研发合同下负责研究的低温推进剂传输技术,该技术将用于星舰载人月球着陆器。测试中,SpaceX将把推进剂从星舰内的头部小贮箱转移到其主贮箱,为未来执行深空任务时将推进剂从加油船转移到星舰飞船打下基础。表1超重-星舰第三次试飞飞行时序及实际飞行情况(二)试验情况2023年11月第二次试飞失败后,马斯克曾计划在2024年1月进行第三次试飞,但由于对第二次试飞调查和重新获得美国联邦航空管理局(FAA)飞行许可证的进度问题,最终试飞时间定于3月14日。而FAA的飞行许可证在发射前一天才发布。发射当天,由于有船舶进入近海限制水域,导致发射推迟了近一个半小时。SpaceX在倒计时期间没有报告任何技术问题。最终超重B10/星舰S28组合体于美国东部时间2024年3月14日上午9点25分(北京时间2024年3月14日21点25分)从星基地升空。上升过程中,B10的33台猛禽发动机正常启动,起飞后2分49秒,一二级进行了热分离,此时火箭高度72千米,速度为5662千米/小时。随后,B10进行了返回点火和着陆点火,试图在墨西哥湾垂直返回海上溅落,但B10在着陆点火过程中未按计划时间启动发动机,SpaceX遥测画面显示B10以超过1000千米/小时的速度砸入水中,入水后依然有几秒钟收到了箭上回传画面。一二级分离后,星舰S28的6台发动机继续工作。起飞8分21秒后,S28的3台真空型猛禽发动机关机,8分35秒3台海平面型发动机关机,S28以约7.36千米/秒的速度在150千米高度入轨,有推测其入轨轨道为-50×234千米。之后,S28进入滑行阶段,并开展相关试验。在S28滑行阶段,SpaceX开展了有效载荷舱门开关试验和在轨推进剂转移演示验证,推进剂从飞行器内的头部小贮箱转移到主贮箱,但公司总裁肖特韦尔表示,推进剂转移试验的结果有待确认。SpaceX原计划在起飞后约40分钟对星舰上的单台猛禽发动机进行短暂的重启,以验证发动机在轨重启能力,但由于滑行期间飞行器的滚动速率过高,最终没有进行该测试。起飞后约41分40秒,SpaceX表示开始准备再入,S28高度约为145千米。起飞后约44分45秒,S28的襟翼开始摆动,飞行高度约为116千米,同时画面上明显伴有掉落物。在此后的再入过程中,S28保持腹部(铺设有防热瓦的一面)向下,在约87千米高度达到最大速度,约为7.43千米/秒,遥测画面中明显看到防热瓦因高速飞行与大气摩擦升温,出现等离子体场,同时也能发现少量几块防热瓦已经脱落的情况。当S28下落到76千米高度(起飞后约48分37秒)时,星链传回的实时画面中断,仅有NASA的跟踪与数据中继卫星系统(TDRS)传回的高度、速度等遥测数据。当S28下落到65千米高度(起飞后约49分40秒)时,所有遥测数据中断。大约15分钟后,SpaceX宣布S28已经失联。推测可能已经解体。二、超重B10/星舰S28概况本次飞行试验采用了超重B10和星舰S28,其基本情况见图1。B10超重型助推级2022年3月投产,在2022年10月开始组装。S28星舰飞船级于2022年7月投产,2023年3月至4月期间组装。2024年3月6日,B10/S28组合体完成了射前演练(WDR)。SpaceX在2年时间内完成了整枚试验箭的制造、装配和测试,主要试验项目见表2和表3。期间,在完成超重-星舰前两次飞行试验后,SpaceX还针对B10和S28进行了大量改进工作,其研制效率可见一斑。表2S28地面试验历程表3B10地面试验历程图1B10/S28概况(图片来源:Twitter@BingoBoca)三、主要升级改进在超重-星舰的第二次轨道试飞(2023年11月18日)中,超重助推级在中央13台发动机进行返回燃烧后,多台发动机异常,引发了助推级的快速计划外解体(RUD)。最可能的根本原因被确定为向发动机供应液氧的过滤器堵塞,导致发动机氧化剂涡轮泵入口压力损失,最终导致一台发动机发生故障,并引发了助推级RUD。而星舰飞船级在飞行大约七分钟后,按计划排出多余的液氧推进剂。当液氧排气口启动时,星舰后部发生泄漏,导致燃烧事件和随后的火灾,星舰飞行计算机之间的通信中断。随后自主飞行安全系统启动飞行终止系统,导致星舰解体。针对上述故障,以及从试飞中获得的数据,SpaceX对超重-星舰进行了大量升级。(一)第0级轨道罐区经过重新设计,增加了更多的卧式储罐,此外还增加了过冷器(Subchiller),使推进剂加注速度明显提高。升级后加注提速情况见表4。表4升级前后推进剂加注时间对比(二)超重助推级针对第二次飞行故障,SpaceX对助推级氧化剂贮箱进行硬件改造,以提高推进剂过滤能力,并改进操作以提高可靠性。此外,还有以下两项显著的升级。1、重新设计贮箱共底B10采用了新的贮箱共底设计,顶部更加平滑。2、采用发动机舱分隔板SpaceX设计制造了最新的发动机舱分隔板,用于外圈发动机防止相邻发动机爆炸对其造成影响,由不锈钢制造而成,内部有波浪隔板。(三)星舰飞船级与S25相比,S28有相当重大的升级,SpaceX对S28进行了硬件改造,以减少泄漏、提高防火性能,并改进与推进剂排气口相关的操作,以提高可靠性。同时,也将星舰飞船级将猛禽发动机的液压转向系统改为全电动系统,这也消除了潜在的易燃源。此外还有一些改进体现了此次飞行与以往的主要变化。1、有效载荷舱门S28的内部结构发生了相当大的变化,其中主要变化之一与有效载荷舱门有关。现在,舱门的开口周围有非常大的双层板,而S25的舱门周围只有少量的纵梁,而且一旦密封起来,最终就没有任何加固了。该设计首次出现在S27上,并通过S24.2样机进行了验证。舱门的周边还添加了9块飞行前可拆卸的锁定板,防止舱门在锁定板就位时打开。此外,S28的有效载荷门的密封装置不同于以往。飞船船侧增设密封件,更新后的门上的软木材料已被不锈钢取代。2、更大的PEZ分配器支架S28内安装的PEZ分配器支架作为星链卫星的容纳和部署机构,其高度比此前版本的有大幅增加。3、增加星链终端在星舰头锥的背风侧安装了4个星链终端,取代了过去与有效载荷舱舱口集成的单个终端。这可能会让星舰在飞行过程中与现有的无线电天线一起拥有更稳定的连接。在SpaceX向联邦通信委员会(FCC)的第三次飞行的文件列出了增加的星链终端数量,特别指出全箭共有8个星链终端。以此推断,其余4个星链终端安装在超重助推级上。4、电动推力矢量控制S28是第一艘配备电动推力矢量控制(TVC)系统进行测试的星舰飞船级。这项改进让发动机上的液压执行机构替换为了电动执行机构,并剔除了箭体两侧的液压系统,降低重量和复杂度,并增加了冗余。此前,B9超重助推级已经改用电动执行机构,B10同...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1424111.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1424111.htm

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SpaceX 星舰第二次飞行测试过程与官方公告

SpaceX星舰第二次飞行测试过程与官方公告1.超重型助推器33个猛禽发动机全部点燃并成功升空(前次测试无法全部点燃)。2.超重型助推器完成与星舰的级分离(前次测试分离失败,热分离首次使用便成功)。3.超重型助推器在级分离后姿态调整失败然后爆炸(目标姿态调整后落入海中)。4.星舰发动机成功点火飞往太空。5.星舰信号丢失,为防止偏离航线触发了自毁功能(目标落入海中)。:祝贺整个SpaceX团队完成了激动人心的第二次Starship综合飞行测试。通过这样的测试,成功来自于我们所学到的知识,今天的测试将帮助我们提高Starship的可靠性,因为SpaceX致力于让生命进入多行星。投稿:@ZaiHuaBot频道:@TestFlightCN

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SpaceX在早先尝试中发生爆炸后成功进行又一项星际飞船测试

SpaceX在早先尝试中发生爆炸后成功进行又一项星际飞船测试不过,SpaceX这次汲取了经验,测试顺利进行,并让公司在进行更重要的测试(如静态点火和可能的湿式彩排,这是发射前的最后几个步骤)之前,又检查了一个项目。测试大约于当地时间上午10:13开始,Starship的超重型助推器在此之前已经开始排出推进剂。这次测试持续了大约12秒钟,火箭底部涌出了大量的冷推进剂,看来SpaceX已经对火箭上的几个引擎进行了测试,以确保它们在第二次星际飞船轨道试飞时性能达标。"猛禽"发动机的升级是"星际飞船"飞行器在四月首次试飞后最重要的升级之一。测试期间,大多数人的注意力都集中在这枚世界上最大的火箭在空中翻筋斗上,而"星际飞船"的发动机却在升空后继续关闭。为火箭提供动力的发动机是SpaceX的猛禽2号,与为猎鹰9号提供动力的梅林发动机相比,它在推力、燃料效率和清洁能力方面都有很大提升。"梅林"发动机使用的煤油会导致发动机内部积碳,而"猛禽"选择的甲烷燃料燃烧清洁,因此发动机更易于维护。这对维护工作至关重要,因为太空探索技术公司(SpaceX)为"星际飞船"制定了庞大的计划,设想进行数十次发射,以填充轨道燃料库并执行其他任务。星际飞船超重型助推器的首次静态点火试验是在2022年8月。图片:SpaceX太空探索技术公司另一项至关重要的升级,或许也是最重要的升级是SpaceX将在超重型助推器顶部添加的热暂存环。这个部件非常重要,因为它将保护"超重型"助推器顶部免受二级发动机点火分离时产生的废气羽流和力量的影响。这次升级至关重要,因为在第二次星际飞船试飞中,第二级飞船的发动机将点火从助推器上跳出,而SpaceX早先的级分离设计在四月的发射中失败了。从SpaceX位于德克萨斯州的设施拍摄到的画面显示,首个热分级试验品似乎已进入开发的最后阶段。SpaceX是将其丢弃还是制造一个新的还不得而知,但该公司应该会对其进行压缩强度测试,以确保其能够承受火箭从顶部和底部对其施加的推力。在今天的自旋素体测试之后,超重型助推器还将进行更多的测试,其中静态点火可能是最重要的测试之一。这将通过点燃星舰的发动机来测试星舰的发动机,以证明该系统已做好发射准备。不过,在"星际飞船"发射之前,SpaceX还必须通过联邦航空局的四月发射测试,以确保所有系统都已准备就绪,可以再次发射世界上最大的火箭。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375085.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1375085.htm

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