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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?

博客文章

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。

蘇聯N1月球火箭於1969 年2月21日首次升空,以失敗告終。

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

「星艦」火箭的姿態嚴重失控,發生了翻轉。AP圖片

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

在波譎雲詭的現代海權博弈中,水下空間的寂靜正被技術爆發的浪潮徹底打破。

內地澎湃新聞報道,長期以來,潛艇作為「深海沉默者」的地位不可撼動,但其昂貴的造價與有限的數量,使得各大國在面對高烈度、廣覆蓋的「反介入/區域拒止」(A2/AD)體系時,愈發顯得捉襟見肘。在這樣的背景下,美國洛歇馬丁公司在近期的防務展會上正式公開了其研製多年的機密項目——「七鰓鰻」(Lamprey)多任務自主水下無人潛航器。這是一種可沉底、可附著、可發射魚雷和無人機的多任務無人潛航器。

該型無人潛航器不僅在外觀上極具科幻感,其核心作戰邏輯更是對傳統水下戰法的一次顛覆。它不追求單純的噸位與航程,而是將「寄生」與「跨域」發揮到了極致,預示著美軍對於水下非對稱作戰的作戰理念,正朝著全新的「無人化、集群化、寄生化」時代全速邁進。

制約當代水下無人潛航器(UUV)發展的最大瓶頸莫過於動力與航程的矛盾。即便採用了高能量密度的鋰電池或燃料電池,微型潛航器也很難在保證隱蔽航速的前提下,獨立完成跨越數千海浬的戰區投送。如果使用大型潛艇作為母艦,魚雷管發射的數量極其有限,且母艦本身極易暴露。「七鰓鰻」項目正是為了解決這類問題。洛歇馬丁的工程師從自然界中的七鰓鰻的寄生方式裡汲取靈感,為這款潛航器裝備了一套非破壞性的水下吸附裝置。這套裝置允許「七鰓鰻」像寄生魚一樣,緊緊地吸附在各類水面艦艇、民用商船甚至是核潛艇的船體外殼上,就此化身為「海洋吸血鬼」。

七鰓鰻又稱八目鰻,是一種原始的無頜類魚類。牠沒有上下顎,卻擁有強力的圓形吸盤口。鎖定獵物後,其會貼附魚體,用角質齒和舌狀結構刮破宿主皮膚,並分泌抗凝物質,持續以吸血為食。洛歇馬丁宣傳片中,描繪了「七鰓鰻」寄生在美海軍「弗吉尼亞」級核動力攻擊潛艇底部的場景。

七鰓鰻又稱八目鰻,是一種原始的無頜類魚類。牠沒有上下顎,卻擁有強力的圓形吸盤口。鎖定獵物後,其會貼附魚體,用角質齒和舌狀結構刮破宿主皮膚,並分泌抗凝物質,持續以吸血為食。洛歇馬丁宣傳片中,描繪了「七鰓鰻」寄生在美海軍「弗吉尼亞」級核動力攻擊潛艇底部的場景。

這種「搭便車」式的部署方式在實戰中具有驚人的價值。通過寄生在大型母艦的吃水線下,「七鰓鰻」能夠以母艦的速度跨洋過海,且在此過程中完全不消耗自身的動力儲備。更重要的是,通過先進的流體動力感應技術,它在高速航行中能與母艦保持極高的耦合度,不會產生額外的湍流噪聲,從而完美地消失在母艦巨大的聲學特徵之中。對於敵方的遠程監測系統而言,這僅僅是一艘正常的貨輪或驅逐艦,卻無法察覺其船體陰影中正蟄伏著數個隨時待命的深海「刺客」。

如果說寄生機制解決了「如何到達」的問題,那麼其內核技術則決定了「到達後能做什麼」。洛歇馬丁為「七鰓鰻」配置了先進的氫燃料電池(H2FC)系統。相比於傳統的鉛酸電池或鋰離子電池,氫燃料電池能夠提供更長的任務持續時間,且排放物僅為純水,具有極低的熱信號與化學特徵。在脫離母艦進入獨立自主航行模式後,「七鰓鰻」能夠以低噪聲巡航狀態在目標區域維持數周乃至數月的存在。

「七鰓鰻」最大的特點在於其前所未有的跨域作戰能力。在傳統的認知中,水下無人機僅僅是水下的延伸,但「七鰓鰻」打破了水面這一物理隔閡。「七鰓鰻」展現出了極強的「模塊化」特徵。其機身設計了一個容積約為24立方英尺(0.68立方米)的通用載荷艙,這種「即插即用」的設計思路類似於現代戰鬥機的多功能掛架。根據戰場環境的變化,地勤人員可以在短時間內為其更換不同的任務模塊。這使得「七鰓鰻」從一款偵察設備,搖身一變成為了多維度的武器平台。

在對海作戰中,它能攜帶先進的主被動聲吶陣列,化身為分布式的海底監聽網絡,將敵方潛艇的活動範圍壓縮至極限。而在執行進攻性任務時,它可以攜帶微型雷彈甚至干擾裝置,對敵方高價值目標實施近距離的「自殺式」突襲。此外,洛歇馬丁在研發中甚至賦予了它釋放微型無人機(UAV)的能力。

「七鰓鰻」的效果圖,顯示其配備三個雙管無人機發射器。

「七鰓鰻」的效果圖,顯示其配備三個雙管無人機發射器。

不妨設想一個這樣的場景:在敵方防禦嚴密的軍港外圍,數個「七鰓鰻」悄然脫離潛伏的母艦,潛入淺水區域。隨後,它們通過伸縮式的發射管,在水下或半潛狀態下釋放出成群的小型攻擊無人機。這些微型飛行器迅速升空,利用機載傳感器搜索敵方的防空雷達、指揮中心或露天停放的戰機。由於發射位置極近且隱蔽,敵方的防空體系幾乎沒有預警時間。

這種「水下發射、空中打擊」的模式,實際上將水下無人潛航器從一種輔助戰術武器,直接提升到了能夠塑造戰場態勢的戰略威懾的高度。它不僅能對地攻擊,還能對低空飛行的反潛直升機和巡邏機實施反制。

長期以來,反潛平台對潛艇擁有絕對的「高度優勢」,而「七鰓鰻」的出現,意味著水下平台開始具備反向剝奪對手制空權的能力。這種跨域打擊的突然性,將極大改變近岸作戰的攻防天平。

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