就在瞄准星舰第八飞前三天,SpaceX官网终于发布IFT-8发射预告和IFT-7调查报告。三体引力波据此信息和多方信源,梳理并分析星舰第八次轨道飞行测试(IFT-8)的升级重点、测试目标、发射流程。

●IFT-8升级重点

IFT-8诸多升级基于2025年1月16日IFT-7飞船失败(S33因氧气/燃料泄漏解体)和第二代星舰飞船的改进需求,重点在硬件、软件和操作流程上提升可靠性、性能和安全性。以下是关键升级之处——

○S34推进系统改进:

IFT-7任务中S33发动机上方区域发生氧气/燃料泄漏(由于防火墙压力积累),导致持续火灾和解体。升级整改措施包括:增加额外通风口和使用气态氮的新型吹扫系统(new purge system,利用气流清除管路和燃料舱中残留的气体或杂质),增强上方区域对推进剂泄漏的鲁棒性。对发动机的燃料供油管路进行硬件变更,调整推进剂温度,并设定新的操作推力目标。计划未来配置的第三代猛禽发动机,减少发动机上方区域体积并消除大部分可能泄漏的接头,进一步降低风险。S34推进剂容量较第一代增加25%,总计约1500吨,精细优化甲烷(CH4)和液氧(LOX)分配,确保上升、在轨和再入阶段的稳定性。

○S34热防护系统优化:

第一代飞船一直存在再入受热和烧穿问题,特别是襟翼区域。对此,S34升级措施包括:移除部分热防护瓦,以压力测试飞船易损区域,验证结构极限。测试多种金属隔热瓦,包括一种带有主动冷却的瓦片,尝试替代材料。平滑和锥形瓦片边缘,以解决IFT-6观察到的烧穿问题,降低热流峰值。再入轨迹设计故意施加压力,后襟翼在最大再入动态压力下的结构极限。S34热防护系统(TPS)覆盖约1.2万块六边形氧化铝基隔热瓦,耐温1600-1700°C,迎风面完整覆盖,背风面裸露304L不锈钢。

○S34气动与结构升级:

IFT-7任务中S33的姿态失控可能与襟翼受热和气动设计有关。升级措施包括:前襟翼升级,更薄更尖更靠近头锥顶部和背风侧,以显著减少再入加热暴露,简化底层保护机制和隔热瓦。第二代飞船增加3个推进剂舱环,缩短有效载荷舱,以提高推进剂容量(比第一代多出300吨)、效率和气动稳定性。新式前襟翼设计也会提升气动控制,RCS(冷气推进器)精度控制<0.1 m/s,支持三轴姿态调整。

○S34航电系统重新设计:

IFT-7存在航电冗余不足和响应延迟的风险。升级措施包括:航电系统完全重新设计,增加额外能力和冗余,支持未来复杂任务(如在轨推进剂转移、飞船原位回收)。S34还配备更强大的飞行计算机、改良的电源、网络分布和智能电池,提升实时计算和故障容忍能力。

○S34预装捕获回收装置:

S34与S33一样,预装捕获回收装置(catch fittings),属于非结构性挂载装置,以测试再入阶段的稳定性和耐热性。为最早星舰第九飞(IFT-9)尝试捕获回收采集实测数据。

○B15航电系统升级:

尽管IFT-7的B14实现了超重型火箭再次捕获成功,但仍需进一步提升回收系统的可靠性。B15升级措施:配备升级航电系统,包括更强大的飞行计算机、改良的电源和网络分布、集成的智能电池。

○B15捕获系统优化:

IFT-7捕获精度<1米,仍有进一步的提升空间。升级措施:测试捕获机械臂「筷子」上的雷达传感器,提高测量机械臂与返回火箭距离的精度,达到厘米级。机械臂夹持力约300吨,响应时间<1.5秒,结合惯性导航INS+GPS/Starlink +视觉导航+数据融合,确保稳定性。

●IFT-8测试目标

基于IFT-7的飞船失败教训和第二代飞船改进,IFT-8的目标旨在验证升级的硬件和操作,逐步实现完全且快速可重复使用。以下是核心测试目标:

○验证第二代飞船(S34)的可靠性:

测试6台猛禽和推进剂系统的点火稳定性和密封性,解决IFT-7的氧气/燃料泄漏问题。通过2025年2月11日58秒超长静态点火测试,验证多个推力水平和硬件配置,调整燃料供油管路和推进剂温度,确保上升阶段无故障。

○实现飞船受控再入与精准软着陆:

目标是S34从亚轨道轨迹再入,在印度洋执行精准软着陆,软着陆精度达到米级,验证热防护系统(TPS)和着陆减速控制力。测试TPS耐温1600-1700°C,移除部分瓦片压力测试易损区域,测试含主动冷却的金属瓦和平滑瓦片边缘能否解决热烧蚀问题,模拟最大动态压力下的后襟翼结构极限。

○常规化B15塔架捕获:

计划B15在T+6分57秒原位返回,再度演绎筷子夹火箭,捕获精度厘米级,超越IFT-7的B14分米级。测试升级的航电和雷达传感器,确保导航精度达到厘米级。

○首次有效载荷部署:

目标部署4个Starlink模拟器,尺寸与下一代Starlink卫星相似,S33原计划部署10颗未能实现。测试昵称为「Pez糖果机」的卫星释放器,作为星舰部署任务的首次演练。部署后的4个模拟器,计划沿亚轨道轨迹飞行,预期再入烧毁,以验证释放精度和轨迹稳定性。

○重启真空猛禽发动机:

计划T+37分28秒,S34重启单台真空猛禽发动机,测试真空版猛禽在微重力下的点火稳定性,速度增量ΔV大约100-200 m/s,为未来月球和火星任务奠定技术基础。

○飞船返回发射场的前期实验:

通过再入测试,验证飞船塔架捕获(Ship Catch)的可行性,但此次不会实际捕获。S34安装了非结构捕获装置,以测试耐热性。同时移除部分隔热瓦片和增加金属瓦,测试TPS极限。而且优化再入轨迹和导航,为IFT-9尝试飞船捕获做准备。

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●IFT-8成功价值

IFT-8若成功实现以上测试目标,不仅验证第二代飞船的可靠性和塔架捕获的常规化,而且为IFT-9率先尝试超重型首度复用、星舰飞船捕获铺路开道,甚至预示提前进入星舰测试2.0时代:测试任务快速递进,全轨飞行、飞船捕获、大小舰加油演示、舰对舰在轨加油、部署星链卫星等,进而加快星舰直奔月球和火星任务的进程。为星链快速扩容、高超音速点对点运输提供可靠载具的同时,也会加剧全球太空竞争的新态势。

●IFT-8发射流程

IFT-8飞行轨迹仍属于跨大气层轨道(TAO),轨道高度-50x235公里,赤道倾角26.5°,绕地飞行半圈,属于半轨飞行。任务时长计划66分26秒。优先计划B15在升空约6分57秒原位捕获回收,计划S34在升空约66分26秒后在南印度洋目标溅落点软着陆。

SpaceX计划于2025年2月28日进行星舰第八次轨道飞行测试(Starship Integrated Flight Test 8,简称IFT-8)。发射窗口为美中时间(CST)17:30至19:09,即北京时间2025年3月1日7:30至9:09。

星舰第八飞预定发射流程表▼

对比IFT-8与IFT-7发射流程,两次时间线存在一定变化:

美中时间2025年2月28日15:15(T-1:15:00):SpaceX发射总监确认推进剂加载许可。

T-00:45:59:S34液氧加载开始(比IFT-7延迟1分钟)。

T-00:42:59:S34甲烷加载开始(比IFT-7延迟39秒)。

T-00:41:22:B15甲烷加载开始(比IFT-7提前2秒)。

T-00:35:35:B15液氧加载开始(比IFT-7延迟7秒)。

T-00:19:40:B15+S34的39台猛禽发动机预冷开始。

T-00:03:20:S34推进剂加载完成。

T-00:02:50:B15推进剂加载完成。

T-00:00:30:发射总监确认发射许可。

T-00:00:10:火焰偏转器激活。

T-00:00:03:33台发动机点火序列开始。

T+00:00:00:B15+S34空蓄势待发,待33台猛禽达到指定推力。

T+00:00:02:B15+S34星舰组合体起飞升空。

T+00:01:02:最大Q(通过最大空气阻力点,约20-25 km高度)。

T+00:02:32:B15执行MECO(30台发动机关闭,只保留3台中心发动机)。

T+00:02:40:启动热分离(S34点火和分离)。

T+00:02:45:B15返航点火开始(比IFT-7提前1秒)。

T+00:03:30:B15返回点火关闭(比IFT-7延迟1秒,且延长1秒)。

T+00:03:32:热分离环抛弃(比IFT-7延迟1秒)。

T+00:06:37:B15着陆点火开始(比IFT-7延迟2秒)。

T+00:06:57:B15着陆点火关闭并捕获(比IFT-7延迟2秒,总时长62秒)。

T+00:08:44:S34关闭发动机(比IFT-7提前9秒)。

T+00:17:24:S34部署演示(部署4个Starlink模拟器,比IFT-7计划的时间点提前9秒)。

T+00:37:28:真空重启单台猛禽发动机(比IFT-7计划的提前5秒)。T+00:47:22:S34开始再入(比IFT-7计划的延迟8秒)。

T+01:03:05:S34跨音速(比IFT-7计划的提前7秒)。

T+01:04:20:S34亚音速(比IFT-7计划的提前5秒)。

T+01:06:04:S34着陆翻转(比IFT-7计划的提前9秒)。

T+01:06:06:S34着陆点火(比IFT-7计划的提前13秒)。T+01:06:26:S34海上软着陆(比IFT-7计划的提前13秒)。

如上所见,IFT-8相比IFT-7的发射流程变化,倒计时阶段:星舰飞船液氧和甲烷加载推迟1分钟和39秒,超重型火箭甲烷加载提前2秒,液氧加载推迟7秒,净延迟约1分7秒,以优化推进剂加载效率。

飞行阶段:B15返回点火延长1秒,着陆点火和捕获各延迟2秒,以优化轨迹和捕获精度。S34发动机关闭等提前9秒,载荷部署提前9秒,真空重启提前5秒,再入推迟8秒,着陆相关步骤提前5-13秒,意在缩短任务时间,解决IFT-7飞船问题,提升S34软着陆稳定性和精准度,从而验证第二代星舰飞船改进效果。

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