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星舰原型机测试成功带来的思考

2021-06-07 09:47 ​少 谋 次阅读

北京时间5月6日6时24 分,美国太空探索技术公司(以下简称SpaceX公司)的SN15 星舰原型机从得克萨斯州博卡奇卡试验场起飞,上升到10千米高度后,完成“腹部拍水”“神龙摆尾”“反推着陆”等一系列动作,随后成功降落在发射场指定位置。整个测试持续约6分钟,标志着 SpaceX公司已掌握二级星舰安全着陆的部分关键技术,此次测试也成为星舰系列原型机的重要节点。

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在这次测试前,星舰系列原型机已经历若干次失利,共有9艘星舰原型机折戟沉沙。在最近进行的2次测试中,一次是SN10完成飞行测试并实现软着陆,但由于未控制好尾舱火势导致舰体爆炸。另一次是3月30日SN11在进行空中翻转动作时,发生爆炸解体。这次事故让SpaceX痛定思痛,对SN15星舰原型机进行了重大改进,主要针对控制系统和发动机工作的稳定性,以及舰上软件等。

尽管SN15星舰原型机测试成功距离登陆火星目标尚远,但SpaceX公司在星舰系列原型机研制过程中采取的种种做法,为世界航天带来诸多思考。

首先在发展模式方面。航天是高投入、高风险行业,世界主要航天大国均以明确目标为指导,遵循严谨的流程进行设计、生产和试验工作。各环节相互影响、相互关联,任何一个环节没有完成,都会影响到整体研发进度。以美国宇航局主导研制的SLS重型运载火箭为例,SLS重型运载火箭原计划于2017年首飞,由于动力系统试车数次推迟等原因,首飞被延后至2022年。这种以“SLS模式”为代表的国家主导发展模式以完成任务为目标,通过严密的研制流程,确保每个产品质量。因此,整个SLS重型运载火箭的研制过程未出现过较大的方案调整。整体研制进度虽慢,但火箭综合性能和技术仍保持较高水平。

另一种是以“SpaceX模式”为代表的商业航天模式。这种发展模式以产品开发为目标,通过频繁的产品迭代实现功能优化,达到缩短开发时间,节约成本的目的,缺点是失败率较高。因此,无论是“猎鹰”系列运载火箭,还是SN星舰系列原型机,试验失败似乎已成为“家常便饭”。然而,无论是“以稳妥换可靠”的“SLS模式”,还是“以风险换效益”的“SpaceX模式”,均各有优缺点。在未来相当长一段时期内,这两种发展模式将在世界航天领域内并存。

其次在运输方式方面。随着人类探索和利用太空的广度和深度不断增加,人们的宇航需求也更趋多样化。例如,有向近地轨道发射卫星组网的需求,也有向地球同步轨道发射通信卫星的需求,还有载人登月、登陆火星等深空探测需求。要高效完成某项任务,需要研制与其相对应的运载工具,否则将造成不必要损失。“超重-星舰”的发展理念是在二级“星舰”可重复使用的关键技术基础上,加上一级“超重”助推器,形成完全可重复使用的运载火箭。由于箭体可重复使用,执行不同任务效率仅仅与推进剂的消耗有关。相对发动机、舰体结构、仪器设备等价格昂贵的产品,推进剂成本几乎可以忽略不计。未来,如果SpaceX公司进一步突破推进剂在轨加注技术,执行不同宇航任务即可通过不同的在轨加注次数实现,这将对传统的火箭运输方式造成一定影响。

此次SN15成功着陆,推动星舰系列原型机研发进度加快。与此同时,中国的空间站建造大幕已拉开,核心舱成功发射,“天问”探测器在火星着陆,标志着中国将为人类探索太空做出更卓越的贡献。放眼望去,人类航天“大航海”时代的号角似乎已经吹响。(来源:中国国防报)

初审:孙世奇

复审:成自来

终审:陈光中

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