太空探索技术公司 在 Starhopper 周年纪念日继续与 Starship 合作

by 李金山 & 阿德里安贝尔

2019 年 8 月 27 日美国中部时间下午 5:02 左右,SpaceX 成功发射了 Starhopper 测试飞行器,进行了 150 米飞行测试。在上升到 150 米后,Starhopper 成功降落在约 160 米外的着陆平台。 

这次 150 米的飞行是 Starship 计划中的第一辆车 Starhopper 进行的一系列测试中的最后一次。它基于 2018 年的 Big Falcon Rocket(BFR,Starship 的旧称)设计。 Starhopper 使用了一个 Raptor 引擎和三个不可伸缩的腿。

经过几次静态射击、一米系绳跳跃和几次擦洗后,Starhopper 于 2019 年 7 月 25 日进行了 20 米跳跃。 这是 Starhopper 的第一次主要飞行,也是第一次使用猛禽飞行。 

星斗 于 2019 年 8 月 27 日进行了最后一次和主要的飞行,当时它进行了 150 米飞行测试。这次飞行证明了当时的新型猛禽发动机。 

星斗 永久位于 Boca Chica 的发射场,作为在 Boca Chica 进行的操作的水箱、通信、天气和跟踪站。  

在成功的 Starhopper 测试活动之后,其他 Starship 测试车辆 MK1、SN1 和 SN3 也进行了测试,但在冷冻过程中失败。 SN4 是第一个通过低温测试的,第一个完成静态点火的,后来又完成了三个静态点火,然后在第五次静态点火失败之前。

这些测试最终导致 SN5 及更高版本的飞行测试成功。

SN5、SN6 和 SN7.1

在 150 米 Starhopper 试飞后不到一年,2020 年 8 月 4 日,SpaceX 将 Starship SN5 发射到 150 米。当时仅由坦克部分、用作星舰前锥体质量模拟器的“帽子”和单个猛禽发动机组成,150 米的测试将有助于证明星舰的整体结构。 SN5 使用猛禽 27 从亚轨道发射台 A 发射并降落在着陆台上,进行了完美的试飞。 

SN5后来被保存并放置在构建现场进行存储。它的双胞胎 SN6 稍后将开始其测试和飞行活动。 

星舰 SN6 于 2020 年 8 月 12 日从 Boca Chia 建造场地推出到发射场地。 它在抵达后不久就被放置在 Pad A 上。四天后,SN6 装载了低温液氮并进行了低温测试,以确保它能够承受低温推进剂的压力和应力。

8 月 18 日,猛禽 29 被交付到 A 垫,安装在 SN6 上进行静态射击和飞行测试。两天后,猛禽在飞行操作前进行了成功的静态火灾测试,第一次呼啸而出。成功的测试让SpaceX开始了SN6飞行测试的最后准备工作。 SN6 在 Starhopper 150 米飞行一年后的 8 月 27 日收到了它的“帽子”

SN6 的前两次飞行尝试发生在 2020 年 8 月 30 日,第一次尝试因技术问题中止。由于大风,第二次尝试被擦洗。经过四天的大风和技术问题的修复,SN6 开始了发射准备工作。大约在 CDT 上午 11 点 47 分,猛禽 29 再次呼啸而起,将 SN6 抬离 A 平台。爬升到 150 米后,SN6 开始下降到着陆平台并成功着陆。

SN6 的主要目标是完成与 SN5 相同的测试活动和飞行,但速度更快。 SN6 的活动持续了三周,而 SN5 的活动持续了五周。成功着陆后,SN6 被扣押。和SN5一样,SN6也被带回施工现场存放。 

在双试飞之后,SpaceX 考虑如何处理 SN5 和 SN6。一种选择是让他们测试 Starship 的可重用性并进行更快的发射活动。然而,SpaceX 决定反对这一点并退役了这些车辆。

(Starship SN5 的发射。图片来源:SpaceX)

SN6 紧随其后的是 SN7.1 测试坦克。 SN7.1 是基于 304L 不锈钢的第二个测试罐。 SN7是第一个304L测试坦克;它在 2020 年 6 月完成了两次测试。SN7.1 的目标是测试新的制造技术。

9 月 8 日,SN7.1 从建造现场推出并被带到亚轨道垫 B,在那里进行了低温测试。完成测试后,它于 9 月 14 日和 15 日被带到测试罐架进行另外两次低温测试。 

9月23日,SN7.1正常加载低温氮气,开始加压至失效。 SN7.1 在底部达到 9 bar 和在空量处达到 8 bar 后爆裂。 SN7.1 一直留在试验罐架上,直到 10 月 4 日报废。 

SN7 和 SN7.1 的成功促使 SpaceX 继续使用 304L 不锈钢代替 SN6 及之前使用的 301 钢。

SN8

下一艘星舰 SN8 将是第一艘采用运动尾翼、304L 钢和鼻锥的星舰。没有鼻锥的 SN8 于 2020 年 9 月 27 日交付给 Pad A。

星舰 SN8 于 10 月 6 日在没有其鼻锥的情况下进行了低温验证测试。 然而,第一次测试因测试过程中的泄漏而失败,马斯克随后在 Twitter 上证实了这一点。经过一天的修复,SpaceX 于 10 月 7 日在另一次深夜低温测试中重新进行了测试,但由于未知原因而失败,不得不在第二天重做。

这一次,冷冻测试完成,这使 SpaceX 能够将飞行器移至飞行前活动的下一步,其中包括对其三个发动机的预燃器和静态点火测试:猛禽发动机 30、32 和 39。

10 月 19 日进行的第一次预燃器测试在最后一秒中止。第二天凌晨 1 点 21 分,SpaceX 成功地进行了预燃器测试。两小时后,SpaceX 点燃了三台猛禽引擎,使 SN8 首次成功静态点火。这是三台猛禽发动机第一次同时着火。

静火后,猛禽 39 被猛禽 36 取代,SpaceX 安装了飞行器的鼻锥。随后,SpaceX 进入第二次防冻行动,以确保鼻锥中的液氧集流箱按预期运行。 LOX 集水箱用于为腹部翻滚和着陆动作提供液氧。

11月4日进行了集水箱的第一次测试。一周后,SpaceX使用液氧集水箱进行了单引擎静态点火。 

到目前为止,Starship SN8 的测试活动只遇到了一些小问题;然而,随着第三次静态射击活动发生了变化,重复了液氧总管静态射击,这次使用了所有三架猛禽。 

11 月 12 日,美国中部标准时间下午 7 点 14 分,三台猛禽发动机点火。在点火过程中,其中一台发动机因垫子上的碎屑而损坏,导致车辆气动装置完全丧失。 

由于失去控制,SpaceX 唯一能做的就是等待集水箱中的爆破片爆炸。由于沸腾的 LOX 在它们内部膨胀,罐中的压力增加。当地时间晚上 8 点 36 分,爆炸盘终于爆炸了,在车辆顶部释放出一股液态氧。车辆没有其他损坏。 

测试后猛禽32从SN8上卸下,换成猛禽42。经过几天的维修和猛禽更换,猛禽30、36和42发动机在11月24日成功进行了静态点火,为重头戏:计划中的星舰SN8 12.5公里试飞。

(为 SN8 尝试着陆点燃猛禽引擎。图片来源:SpaceX)

2020 年 12 月 9 日,星舰 SN8 进行了 12.5 公里的上升,按照设计,从第一台发动机开始,在 T+01:41 关闭了猛禽发动机。在第一次和第二次停机之间,发动机舱发生了一场小火,但很快就被扑灭了。 

在 T+03:13,第二台发动机停止工作,只剩下一台发动机在剩余的爬升过程中燃烧。在 T+04:40,最后一个引擎在启动腹部翻转动作后关闭。在这个序列中,车辆使用其空气动力学襟翼将自己引导回停机坪,同时降低其垂直速度。在滑翔中,前后襟翼都移动以引导船,而猛禽则等待最后的点火,在点火时,他们将尝试将车辆从水平位置翻转到垂直位置并降落在相邻的着陆垫上。

SN8 将使用 2-1 发动机着陆配置,因此其中一台发动机关闭,而一台发动机将着陆车辆。在此期间,液氧联管箱失去压力,无法按设计为发动机提供最终着陆燃烧。车辆无法减速并撞击着陆场。硬着陆导致星舰SN8丢失。

太空探索技术公司 得出的结论是,测试取得了圆满成功,因为它证明了 Starship 飞行器可以执行上升、翻转到身体襟翼位置并移动到着陆垫。

SN9 和 SN7.2

星舰 SN9 是第二艘全尺寸 Starship 原型机。虽然它是在成功的 SN8 测试活动之后出现的,但 SN9 的历史将有问题。

SN9于11月25日在高湾竣工;这是第一艘在高湾完成的星际飞船。 12 月 11 日在高架时,它在交付前的过程中翻倒并撞到了高架的一侧。第二天,SN9 被垂直放回原处。 SpaceX 花了一些时间检查车辆,结果证明损坏并不严重。 SN9 必须更换四个襟翼中的两个。  

维修完成后,SN9 于 12 月 22 日推出到 Pad B,已经安装了两架 Raptor;交付后不久安装了第三台 Raptor。在 Pad B 一周后,SN9 完成了其防冻测试并开始了静态防火准备。

SN9 的第一次静态火灾发生在 2021 年 1 月 6 日。大约在美国中部标准时间下午 4 点 07 分,三人组点火但不久后中止。

一周后,1月13日进行了第二次静态射击。这一次,这个测试是名义上的。不到两个小时后,SN9 第二次发动了引擎。这次静态射击也取得了成功,一小时后,大约在 CST 下午 3 点 37 分,SpaceX 继续进行了第三次静态射击,这是第一次在同一个战役中进行了三次静态射击,以帮助证明猛禽可以进行多少次无需任何翻新即可点燃。

尽管三场成功的静态火灾,埃隆马斯克宣布其中两台发动机被归类为“可疑”并被关闭。猛禽 44 和 46 发动机被猛禽 45 和猛禽 48 取代。 

太空探索技术公司 于 2021 年 1 月 20 日尝试为新猛禽再次进行静态点火,但两次尝试都在发动机点火前几分钟中止。 1 月 21 日,SN9 尝试了第五次静火,但就在点火时,静火中止并没有完成。在对猛禽发动机进行快速检查后,1 月 22 日,就在美国中部标准时间上午 9 点之前,SN9 第六次点火。这一次是完整的持续时间。 

静态点火完成后,SpaceX 准备进行 SN9 的试飞;然而,当 SN8 推出时,它没有获得 FAA 的批准。这导致 FAA 对 SpaceX 进行调查,并导致 FAA 批准 SN9 的航班延误。

1 月 25 日、28 日和 29 日,SN9 进行了飞行尝试,但由于缺乏 FAA 批准和大风而被取消。在此期间,SN7.2于1月26日进行了防冻测试。 

就在 1 月 29 日 SN9 飞行磨砂之后,SpaceX 趁机将 Starship SN10 推出到 Pad A,并将其放置在发射台上。这是两艘星际飞船第一次同时出现在发射台上。  

(SN9 开始冷却发动机以便着陆。图片来源:SpaceX)

2021 年 2 月 2 日,美国中部标准时间下午 2 点 25 分,SN9 进行了 10 公里的飞行测试。测试按计划进行,通过 3 号发动机重新点火以开始翻转动作。此时,2 号发动机未能重新点火,SN9 翻转并撞向着陆台。 

虽然SN9未能着陆,但该测试成功复制了SN8的大部分飞行,证明SN8并非侥幸。这次飞行还证明了使用氦气来帮助保持甲烷总箱加压的临时解决方案。

SN9刚起飞不久,SN7.2就进行了退役前的最后测试。 SN7.2 坦克测试了新的 3 毫米厚不锈钢,而不是以前使用的 4 毫米厚钢。 3mm 钢将使 Starship 的干质量减少 25%。 

SN10

SN10 是第一款使用新的和改进的着陆燃烧点火序列来点燃所有三个发动机而不是两个发动机,然后在不需要着陆燃烧时用最少的杠杆臂关闭发动机的车辆。

星舰 SN10 于 2 月 8 日开始了其测试活动,对坦克结构进行了低温验证测试。在这一点上,车辆完全安装了气动襟翼。

第一次静态点火是在 2 月 23 日使用所有三个安装的猛禽发动机进行的。仅仅两天后发生了第二次静态火灾,展示了 SpaceX 在短时间内更换和集成新引擎的非凡步伐。

3 月 3 日,SpaceX 进行了首次 10 公里的飞行尝试。由于意外的推力水平,尝试在发动机点火时中止。同一天计划进行第二次尝试,SpaceX 增加了发动机推力的容差。

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