SpaceX公司的猛禽（Raptor）发动机是为其星舰(Starship)提供动力的发动机，是一种设计为可重复使用的火箭发动机。根据SpaceX的说法，其制造过程包括许多3D打印零件，从而可以降低成本并使更轻的零件生产成为可能。3D打印的组件包括推进剂阀体，涡轮泵零件和喷射器系统的零件。
多年以来，SpaceX一直在评估3D打印的好处，并完善开发飞行硬件所需的技术，在此过程中取得了一些重大成功。随着增材制造-3D打印技术的发展，星舰不断地发升空和设计迭代，我们可以期望SpaceX将继续通过3D打印技术开启新的太空探索。
© 3D科学谷白皮书
北京时间2024年6月6日20点50分左右，SpaceX的星舰（S29+B11）进行了第四次试飞。接下来，让我们一起回顾星舰第四次试飞过程，并回顾前三次试飞的概况。
星舰第四次试飞
北京时间2024年6月6日20点50分左右，美国SpaceX公司星舰（S29+B11）进行第四次试飞，火箭发射升空后，一级外圈有 1 台发动机未能正常启动，但由于设计时有 3 台发动机左右的冗余，仍可正常飞行，随后推迟了一级停机时间，返回途中虽然也有1台发动机未能启动，但一级最终在墨西哥湾成功溅落回收。
发射约47min后，星舰开始重返大气层，发射约62min后，星舰高度下降至33km以内，脱离通信黑障区，代表星舰成功扛住了大气剧烈的摩擦。视频显示星舰在大气摩擦下损坏严重，翼面几乎烧穿，但仍未失控，星舰经过黑障区时，襟翼烧穿,但是姿态并没有失稳，最终溅落在印度洋。
发射约73min后，星舰发动机在翼面竭力调整至良好的姿态后重新点火，并实现悬停，最终降落至海上，实现了本 次超重型助推器和星舰飞船的可控再入，承受住地球大气层的高温的预定目标。
▲星舰穿越黑障区
本次飞行测试中，SpaceX特意放了一块薄隔热板，并从星舰上移除了两块隔热板，以测量在没有隔热板的情况下飞船的温度。
本次试飞没有在轨补加，也不打开载荷舱pez门，也不会进行猛禽发动机在轨重新点火。舰对舰在轨补加推进剂演示最早可能要到 2025 年才会进行。这对于 SpaceX 和 NASA 来说是一个重要的里程碑，因为这是NASA阿尔忒弥斯登月计划的关键环节。将星舰送上月球可能需要 10 次或更多的在轨补加任务。NASA载人登月的时间很大程度上取决于星舰的准备情况。
星舰前三次试飞回顾
三次星舰试飞分别于2023年4月、2023年11月和2024年3月从星舰基地发射。
星舰首飞由于两级未能按计划分离，在升空后仅四分钟就受控爆炸了。
星舰第二次试飞实现了级间热分离，持续了大约八分钟。
星舰第三次试飞的性能有了更大的提升，发射后约50分钟，星舰飞船本来打算在印度洋溅落，但再入地球大气层时解体，任务结束。期间星舰飞船失控滚动，无法重新点燃其六个猛禽发动机之一。然而，由于它能够连接到星链卫星互联网，飞船传回了高清摄像头拍摄的照片，显示其穿过等离子层再入大气层的情况。缺乏姿态控制导致飞船状态异常，无论是受保护区域还是非受保护区域，飞船的受热程度都比预期的要大得多。意外翻滚最可能的根本原因是负责滚动控制的阀门堵塞。此后，SpaceX在后续的星舰飞船上增加了额外的侧滚控制推力器，改善姿态控制冗余，并升级硬件以提高抗阻塞能力。
与此同时，第三次试飞的超重型助推器也提前关闭了13台猛禽发动机中的6台，这6台在尝试执行着陆燃烧时仍处于离线状态。超重助推器在墨西哥湾上空约462米的高度失联时，着陆燃烧推力低于预期，并且任务才进行不到七分钟。6台发动机提前关闭的最可能根本原因是，向发动机供应液氧的过滤器持续堵塞，导致发动机氧气涡轮泵入口压力损失。第四次试飞及之后的超重型助推器将在氧气贮箱内配备额外的硬件，以进一步提高推进剂过滤能力。
▲ 高清摄像头拍摄的照片
NASA对第三次试飞期间的推进剂转移试验表示满意，SpaceX正在开发一种更小的推力器式，以帮助进行推进剂转移演示。这方面的里程碑将于今年晚些时候出现。
▲星舰在轨补加示意图
展望
星舰是美国载人登月、登火，建立月球基地、火星城市的关键重器。NASA迫切需要其尽快研制成功，执行阿尔忒弥斯计划。该计划的目标是在2020年代末建立月球基地。第一个阿尔忒弥斯星舰任务将是2026年9月的阿尔忒弥斯3号，根据该计划当前的架构，预计将NASA宇航员着陆在月球南极附近。
▲宇航员进行星舰载人登月模拟演习（图源：SpaceX）
参考文献
[1] Watch SpaceX launch 4th test flight of Starship megarocket today[EB/OL]. [2024-6-6]. https://www.space.com/spacex-starship-fourth-test-flight-webcast.
[2] Live coverage: SpaceX to launch its Starship rocket on its fourth test flight – Spaceflight Now[EB/OL]. [2024-6-6]. https://spaceflightnow.com/2024/06/06/live-coverage-spacex-to-launch-its-starship-rocket-on-its-fourth-test-flight/.
前沿科学 l 无限可能
QQ交流群： 106477771
联系 l daisylinzhu
投稿 l 2509957133@qq.com
www.3dsciencevalley.com
谢谢您的阅读，记得点击在看哦
热门跟贴