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復盤「星艦」試射失敗全過程: 隱患很多?問題出在了哪裡?

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復盤「星艦」試射失敗全過程: 隱患很多?問題出在了哪裡?
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復盤「星艦」試射失敗全過程: 隱患很多?問題出在了哪裡?

2023年04月22日 13:40 最後更新:13:51

SpaceX名為「星艦」的重型運載火箭,在德州首次試驗發射,火箭升空約4分鐘後爆炸。

這次發射試驗是馬斯克的星艦飛船與超重助推器,首次以組合完整體的面貌出現在人們面前,受到外界高度關注。它被人們稱為「人類史上最強、最大的火箭」。它的高度達到120米,起飛時的發射推力超過了7000噸,這個量級已經超越了美國「阿波羅」時代的「土星」5號、蘇聯N1火箭。

「星艦」火箭升空約4分鐘後爆炸。

「星艦」火箭升空約4分鐘後爆炸。

內地航空航天科普期刊《航空知識》主編王亞男指出,不出意外的是確實出了意外,主要的原因是馬斯克「超速」的進度表。但SpaceX在對外發佈的消息中,並沒有稱這一次試驗為「爆炸」,而是說試驗最終是發生了快速的「計劃外的解體」。換句話說,火箭最終的解體甚至不是由地面操控完成的,很有可能是在某些極端情況下,火箭的結構發生了解體,最終導致試驗的失敗。

而對這樣的結果,NASA的掌門人比爾·納爾遜甚至有積極的表述,認為「快速建造-快速發射」模式是SpaceX的特色。即使失敗也非常迅速,但很快就進入了迭代和再次發射,這樣的模式很可能是商業企業的新特徵,他期待SpaceX能夠在後續的實驗中取得更多的進展。

但是考慮到美國目前「阿爾特彌斯」登月工程依賴馬斯克的「星艦」飛船作為登月系統,將人類送上月球表面這樣一個藍圖,王亞南指出,實際上,馬斯克的壓力並不小。因為從現在算起到2025年,僅剩兩年多的時間,而「星艦」的首次完成體測試並沒有取得預想的成功,後面的壓力很可能會持續增大。

復盤「星艦」發射過程,失敗原因為何?

雖然SpaceX目前還在收集數據,結果如何可能還需要時間。但是從發射直播中已經可以看出一些不正常的端倪。比如,它的一級火箭裝備有33台發動機,而在發射的瞬間就有三台發動機未能點火。後來,在發射的過程中,有另外的兩台發動機也發生了故障。

事實上,「星艦」在個別發動機故障的模式下,它的總推力仍然是足夠的。但是發動機發生故障並不正常:在33秒的時候,火箭曾經發生過一次閃光,原因尚不清楚。

在火箭發射升空約80秒的時候,火箭已經經過了最大的動壓點,此時火箭承受的空氣作用力,包括自身的載荷強度達到了最大值,這說明馬斯克不鏽鋼的火箭結構強度不錯。

但與此同時,「星艦」也有很多其他的問題。

有些分析人士指出,馬斯克的芯片讓人聯想起當年的蘇聯N1火箭,它的發射失敗主要在於液氧的渦輪泵的故障在系統內發生了爆炸,導致了火災,同時造成發動機大面積的關機,最終火箭墜毀在發射台附近。

蘇聯N1月球火箭於1969 年2月21日首次升空,以失敗告終。

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與N1相比,馬斯克的「星艦」要好得多,直到3分59秒前,大部分的火箭發動機都在正常工作。但是在3分鐘的時候,另外一次嚴重故障發生了,除了火箭發動機的個別故障之外,在3分鐘的時候本應進行一二級的分離,可分離並沒有完成。

「星艦」火箭的姿態嚴重失控,發生了翻轉。AP圖片

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而且由於發動機沒能夠預期在三分鐘的時候關車持續工作的發動機,加上內部可能隱含的故障,導致火箭的姿態嚴重失控,發生了翻轉,這也是最終導致火箭結構破損並且解體爆炸的最終原因。

馬斯克未來要解決的問題不少。在個別發動機故障的情況下,火箭的振動模式;動壓的變化模式;故障的擴展的可能以及級箭分離系統在這種環境下可能出現的故障幾率等,這些問題都要重新排查。

而值得注意的是,當年蘇聯的N1火箭,現在被認為一個重要的失敗原因就是,在發射之前並沒有進行過全系統的測試。比如,一級火箭沒有進行過全系統的測試工作,而馬斯克的重型助推器同樣也沒有進行過如此複雜的測試。但如果每次都以試射的方式來進行,成本相當之高。

馬斯克在接下來的發射過程中會有怎樣的調整尚未明確,目前所知的是馬斯克有很多星艦都已經在製造,後面的試射會一次接一次展開。因此,相信美國人「快速建造—快速發射—快速失敗—快速迭代—再次發射」這個模式還是會堅持下去。




止戈堂

** 博客文章文責自負,不代表本公司立場 **

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SpaceX

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不過,火箭發動機也帶來續航能力相對較低的問題,因此美方推測無偵-8應該不能依靠自身動力起飛,需要借助外力在空中投放。

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無偵-8採用火箭發動機

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轟-6M起飛之後飛行到預定空域後,在空中投放無偵-8,無偵-8與載機分離之後,火箭發動機啓動,爬升到3萬米以上高空,然後開始衝刺。無偵-8會以3馬赫以上的速度進入目標上空,對目標進行偵察和探測,然後按照預定航線返回。

後半段飛行過程中,無偵-8的燃料基本耗盡,會進入高速滑翔的階段,按照預先設定的程序不斷降低速度和高度,然後返回沿海的備降機場,自主降落到跑道上。無偵-8在經過地面檢查後,會被重新掛上轟-6M,然後飛回位於內陸的基地。

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按照美軍推測,無偵-8現在布署解放軍東部戰區安徽六安某機場,轟-6M從六安起飛,在福建上空施放無偵-8無人偵察機,無偵-8以高空高速穿越台灣本島上空,對預定目標進行偵察和探測,然後在大陸東南沿海機場降落。

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由於無偵-8飛行高度超過3萬米,最高速度超過5馬赫,一般防空系統對它只能「望空興嘆」。以台島內的防空體系為例,一般戰鬥機作戰高度在2萬米以下,根本無法攔截無偵-8,天弓-2、愛國者-2/-3等中遠程防空導彈最大射高也不到3萬米,自然也打不到無偵-8。

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現在台灣地區唯一能夠對無偵-8造成威脅的防空武器是天弓-3,它的最大射高為40公里,理論上可以攔截無偵-8。不過無偵-8隱身性能好,壓縮了雷達發現距離,而且速度又快,導致攔截窗口極短,只需一兩分鐘就會離開防空系統的防區。天弓-3防空系統從值班轉向接敵,再到發射導彈,一兩分鐘的時間根本來不及,甚至連火控雷達都不一定能準時開機。

加上3萬米以上高度已經接近天弓-3導彈的性能極限,這裡空氣稀薄,導彈機動困難,所以天弓-3想攔截無偵-8也不是一件容易的事情。更多情況下,台軍最多只能做到讓搜索雷達發現和跟蹤無偵-8。

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對無偵-8束手無策,台軍也是心知肚明,而且他們認為美軍也無法有效應對無偵-8。台灣地區中山科學技術研究院航空系統研究部主任池立平就對華盛頓郵報坦言:「無偵-8是一種尖端無人機系統,美國現有防空系統很難探測和攔截。」

也就是說,台軍即便能看見,也攔不了。

無偵-8列裝有效提高解放軍反介入/拒止能力,中國轟-6M作戰半徑大約是2000公里,如果配合無偵-8無人機自己的航程,那麼這個組合可以偵察3000-5000公里範圍內的目標。如果是空中加油型轟-6N,這個數據可能還會增加,因此解放軍就能對西太平洋廣大海域進行快速偵察和探測。

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無偵-8獲得的信息可以通過C4ISR系統傳遞給解放軍海軍航母編隊、火箭軍反艦彈道導彈,為它們提供戰場態勢和目標指示。無偵-8飛行速度快,可以快速抵達數千公里以外的目標區,獲取目標近實時的圖像,因此它的機動能力是太空衛星無法比擬的。

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另外它的飛行高度比偵察衛星要低,可以獲取更加詳細的信息。由於實現了「人在迴路」,後方控制員可以根據戰場實際情況重新設定無偵-8航跡,偵察突然出現或者更有價值的目標,也可以對目標進行重復偵察和探測,進行目標確認和識別。

人在迴路,可以靈活決策和識別目標

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無偵-8的服役,再度強化了解放軍對第一島鏈內的控制能力。北至韓國,南到東南亞,美軍聚集了大量的軍事基地和軍事資產,對這些目標,無偵-8都有能力給解放軍帶來小時級的戰場情報。對於國土面積狹小的國家和地區來說,無偵-8飛一次,幾乎就能把所有的軍事部署一覽無余,第一島鏈對解放軍來說,再無秘密可言。

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