北京时间7月25日早晨,美国SpaceX星舰进行了第13次试飞。这一次,SpaceX终于没有在倒计时最后一秒停下来。两个多月前刚刚首飞的新一代V3星舰再次发射升空,超级重型助推器把飞船推向太空,20颗真正可以工作的下一代星链V3卫星随后从飞船中释放。
大约一个小时后,星舰飞船穿过再入等离子体,完成最后的翻转和发动机点火,落入印度洋。它没有像此前一些试飞那样在落水后迅速变成火球,整个飞船竟然基本完整地漂在了海面上。
乍一看,这似乎已经是一场漂亮的成功。但把时间向前倒十几分钟,就会看到另一幅画面。星舰下面那枚巨大的超级重型助推器,在返回过程中没能完成正常的着陆点火,带着明显过高的速度砸进墨西哥湾。
判断一次试飞成败,首先得弄明白它准备干什么。星舰目前仍处于飞行试验阶段,每次试飞都同时塞进了一长串测试项目。有些是必须完成的主任务,有些专门用来摸极限,还有一些甚至故意制造苛刻条件。
SpaceX在第13飞之前公布的任务计划中明确提出,超级重型助推器需要完成起飞、上升、级间分离、返程点火,并在墨西哥湾预定区域完成着陆点火和受控溅落。
飞船这边的任务更多,它需要完成完整上升段飞行,释放20颗星链V3卫星,进行太空中的猛禽发动机再点火,测试新的热防护方案,然后再入大气层,最终落到印度洋预定区域。
从结果来看,飞船一侧完成了绝大多数关键目标。而超重型助推器一侧,却在最后阶段掉了链子。所以说它“完全失败”显然不符合事实,说“圆满成功”同样不准确,只能说“实现部分目标”。
第13飞最重要的一项进展,就是这枚星舰第一次真正带着可工作的下一代星链卫星飞进太空。过去的星舰试飞也测试过卫星释放装置,但主要使用模拟载荷。这一次不同,20颗星链V3都是实际工作的测试卫星。飞船完成上升后,载荷舱开始释放卫星,20颗卫星全部成功离开星舰。
SpaceX确认,地面已经通过无线电和激光链路与全部20颗卫星成功建立通信,并下载了关键遥测数据。第13飞仍然采用亚轨道弹道,20颗星链V3卫星沿预定轨迹释放,在太空中完成一系列测试后,大约20分钟后进入大气层烧毁。
此外,星舰一台猛禽发动机在太空中重新点火成功,这一步实际上关系到星舰什么时候能够真正进行轨道飞行。
亚轨道飞行可以依靠发射时获得的速度沿着弹道飞行,最后自然掉回大气层。一旦进入稳定地球轨道,星舰想主动离轨、调整轨道甚至执行更复杂的深空任务,就必须具备可靠的太空发动机再点火能力。没有这一关,星舰即便能够飞上轨道,也很难安全回来。因此,SpaceX把这项测试称为未来轨道任务所需的核心能力之一。
如果说卫星部署决定星舰能不能真正“运货”,那么再入阶段决定的则是这套系统能不能反复使用。星舰从太空返回地球时,速度达到每小时两万多公里。如此高速撞进稠密大气层,飞船前方空气受到剧烈压缩,表面承受极高热流。
星舰腹部覆盖着大面积陶瓷隔热瓦,任务就是尽可能把这些热量挡在不锈钢船体之外。第13飞继续在热防护系统上做了大量试验,部分区域采用不同材料和结构,一些位置还专门模拟隔热瓦缺失的状态,通过高强度再入观察飞船能够承受多大的损伤。
这一次,星舰进入大气层后依靠四个襟翼控制姿态,还专门完成了一次动态转弯,用来模拟未来返回得克萨斯发射场时可能采用的轨迹。随后,飞船准确飞向印度洋预定区域。最后阶段,3台海平面猛禽发动机全部重新点火,星舰从近乎水平姿态快速翻转成竖直状态,完成减速,然后软溅落。
这次溅落海洋之后,飞船没有立即严重爆炸解体。画面中的星舰慢慢倾倒,随后完整漂浮在印度洋上,SpaceX甚至仍然能够从飞船收到遥测信号。V3星舰终于在一次完整的高速再入后,保持了相当好的结构完整性,这对下一步尝试真正回收飞船至关重要。
相比飞船近乎顺畅的表现,第一级超级重型助推器就没有那么幸运了,而且这个问题值得认真看。星舰起飞阶段其实非常正常,33台猛禽3发动机全部工作,火箭顺利升空。完成热分离以后,星舰的6台发动机继续把飞船送向太空,超重型助推器则掉头返回。
按照SpaceX公布的信息,助推器完成方向翻转后,33台发动机在返程高推力点火阶段全部成功工作,这是V3超级重型第一次做到这一点。
这次返程点火随后提前结束。真正到了接近海面的着陆点火阶段,问题变得更加明显。只有部分发动机成功重新点燃,助推器无法获得足够的减速能力,最后以远高于计划的速度撞入墨西哥湾。
SpaceX自己也承认,这是一次硬溅落。从现场画面来看,当时有多台发动机没有成功重新点火。
这已经不是V3超级重型第一次在返航阶段出现发动机问题,今年5月的第12次试飞中,V3超级重型首次出场。当时助推器同样在返程过程中出现多台发动机重新点火异常,最后高速撞入海面。
FAA随后调查发现,除了热分离后的姿态问题外,错误的发动机报警系统设置也影响了返程过程。SpaceX为第13飞修改了发动机启动程序、相关硬件以及报警和中止逻辑。有所改善,却依然没能完成最后的软溅落。
第13飞结束之后,SpaceX反而可能准备迈出更大胆的一步。马斯克在试飞后表示,如果任务数据复盘没有发现新的问题,SpaceX下一次飞行将尝试让星舰飞船返回发射场,由发射塔机械臂实施捕获。
注意,这里说的是第二级星舰飞船。过去SpaceX已经多次用发射塔抓住超级重型助推器,但还没有真正回收过从接近轨道速度再入的星舰飞船。如果这一计划最终落实,第14飞的难度将出现明显跃升。
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