翔说航天 22小时前
星舰第13飞喜忧参半!V3上面级越来越稳,超重助推器却连续两次摔海里:猛禽3发动机有啥毛病?
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北京时间 7 月 25 日清晨,星舰第 13 次综合飞行试验结束后,印度洋上出现了一个过去没有的画面。

星舰上面级完成再入、翻转和着陆点火,落入海面后没有立即爆炸,而是完整漂浮在水中,并继续向外传回遥测数据。

在此之前,它已经在亚轨道飞行中释放20 颗星链 V3 卫星,并完成一次猛禽发动机太空重启

再入过程中,防热瓦的整体状态也明显好于过去几次飞行。

最后的翻转、减速和软溅落同样顺利完成。

这 20 颗卫星没有进入稳定轨道,完成相关测试后,将随亚轨道轨迹重新进入大气层。

但载荷释放、太空重启、再入和完整落水接连完成,星舰上面级距离一艘能载货、能返航的运输飞船,又近了一步。

第 12 飞的上面级其实已经表现得相当不错。

它在上升过程中损失了一台真空猛禽发动机,原定的太空重启因此取消

但剩余发动机继续工作,上面级仍然释放了 20 颗星链模拟星和两颗经过改装、用于拍摄星舰的卫星,随后完成再入、翻转、着陆点火和软溅落。

第 13 飞是在第 12 飞已有成果的基础上,把太空重启补上,防热、姿态控制和落水状态也更完整。

上面级越来越稳,下面的超重助推器却连续出了问题。

第 13 飞完成级间分离和返程后,在最后的着陆点火阶段,没有点着足够数量的发动机。

助推器减速不足,以明显偏高的速度撞入墨西哥湾。

第 12 飞的一级情况更严重。

级间分离后,超重助推器进行了翻转和返程点火,但没有点着全部计划发动机,燃烧也提前结束。

到了最后的着陆阶段,发动机仍未能建立足够推力,助推器高速入海。

星舰 V3 前两次飞行,就这样出现了一个很明显的反差。

以前经常拖后腿的上面级,连续两次完成了大部分任务;此前表现更稳定、还多次被 " 筷子 " 接住的超重助推器,反而连续两飞没能完成海上软着陆。

超重助推器以前真的已经很稳了吗?

2024 年 10 月,星舰第 5 飞首次用发射塔机械臂接住超重助推器。

此后,第 7 飞和第 8 飞又完成了两次塔架捕获。

第 4 飞、第 6 飞也完成了海上软溅落。

连续几次任务下来,超重助推器一度成为星舰系统中更让人放心的部分。

不少人因此形成了一个印象:一级回收差不多已经被 SpaceX 解决,剩下的难题主要集中在上面级防热、再入和着陆。

不过,把发动机状态单独拆出来看,一级并非没有故障。

第 7 飞返程点火时,计划启动 13 台发动机,实际点着 12 台。

到了着陆点火阶段,13 台发动机全部启动,助推器仍被机械臂顺利接住。

第 8 飞着陆点火时,也只点着了计划中的 12 台发动机,最后依然完成塔架捕获。

第 11 飞进行返程点火时,同样只有 12 台发动机完成重启。

以前的一级同样会遇到发动机故障,只是大多停留在单台或者少数几台的范围内。

其余发动机、飞控和推进剂管理系统,还有能力把后面的任务继续做完。

33 台发动机提供了很强的数量冗余。

一台发动机不工作,整枚助推器未必会失败。

第 12 飞和第 13 飞暴露的情况更麻烦:多台发动机在同一个工作阶段没有正常启动。

数量冗余能够处理个别发动机故障,却很难抵挡一组发动机同时受到影响。

第 12 飞开始,一级也换代了

第 12 飞和第 13 飞,是星舰 V3 的前两次飞行,也是猛禽 3 发动机首次进入完整飞行验证。

V3 超重助推器的改动很大,猛禽 2 换成猛禽 3 只是其中一项。

发动机周围的推进剂输送、供气供液、结构布局、热防护和控制关系都发生了变化。

热分离环进一步融入箭体,发动机舱和内部管路也经过重新设计。

SpaceX 自己对 V3 的概括很直接:新飞船、新助推器、新发动机。

猛禽 3 的推力更大,重量更低,外部管路明显简化。

纸面性能上去了,但原来围绕猛禽 2 积累的飞行经验,不能直接搬到新一级上。

发动机怎么预冷,管路压力怎么建立,点火按什么顺序执行,发动机舱会承受怎样的热环境,什么状态应该报警,哪些异常需要自动关机,都要重新跑一遍。

所以,第 12 飞和第 13 飞看起来像是发动机退步了,更可能的情况是,整套 V3 一级又进入了磨合期。

第 12 飞的调查已经给出了一部分答案

美国联邦航空管理局在 7 月 13 日关闭第 12 飞事故调查时,公布了两个最可能的根因。

一个是上升阶段产生的热效应影响了推进系统部件;另一个是发动机报警系统设置错误。

SpaceX 随后提出了四项纠正措施,包括硬件和软件配置更新,第 13 飞才获准继续。

这份结论没有把问题简单指向某一台猛禽 3 发动机。

热环境可能影响阀门、传感器、线路或者推进剂管路;报警设置有问题,也可能让仍具备工作能力的发动机被系统禁止启动或者提前关闭。

发动机本体、推进剂供应和软件判断连在一起,其中任何一个环节出现共同问题,都可能同时影响多台发动机。

第 13 飞发射前的异常,又给这条线索增加了一层压力。

7 月 16 日首次发射尝试时,部分一级发动机没有正常启动,系统在离地前自动终止发射。

直播画面显示,当时有 4 台发动机状态异常。

SpaceX 随后根据遥测排查并更换了 6 台发动机,完成重新测试后才进行正式发射。

正式飞行时,33 台发动机顺利完成起飞,上升段和返程点火也比第 12 飞好了一些。

但到了最后的着陆点火,多台发动机再次没能正常重启。

从发射台启动、返程重启到着陆点火,猛禽 3 在几个不同阶段连续出现异常。

第 13 飞一级的正式调查结果尚未公布,现在还不能认定它与第 12 飞属于同一个根因,但 V3 助推器的发动机启动链路显然还没有完全稳定下来。

为什么一级的发动机更容易掉链子?

一级与上面级面对的工作条件并不相同。

星舰上面级完成分离后,要经历持续加速、滑行、释放载荷、太空重启、姿态调整、再入、翻转和着陆点火。

超重助推器则要在六七分钟内完成 33 台发动机起飞、上升、热分离、快速翻转、返程点火、大气层下降和最后的着陆点火。

一级发动机刚经历完上升段的高温、振动和大推力工作,级间分离后很快就要重新预冷、建立管路压力并集体点火。

下降到海面附近时,还要再次启动多台发动机减速,随后关闭大部分发动机,依靠少数中心发动机精确控制速度和姿态。

这套动作挤在很短的时间里。

发动机、管路、贮箱压力、箭体姿态和飞控系统相互牵制,任何一处出现偏差,都可能影响下一步。

33 台发动机能够容忍一两台独立故障,却无法轻易处理共同原因。

如果公共供液系统压力异常,发动机舱热环境超限,或者同一套报警逻辑同时影响多台发动机,发动机再多也不管用。

这正是第 12 飞和第 13 飞与以前最大的区别。

过去更多是少数发动机没点着,剩余发动机还能把任务救回来;现在是同一阶段多台发动机共同失灵,已经开始碰到一级的系统边界。

猛禽 3 发动机退步了吗?

只看现阶段的飞行结果,V3 超重助推器的综合可靠性,似乎没有达到猛禽 2 后期的水平。

第 12 飞和第 13 飞连续出现多台发动机重启异常,第 13 飞发射前还发生了发动机集体启动失败。

这些问题不能用 " 试验拿到了数据 " 轻轻带过。

但现在就说猛禽 3 发动机本体不如猛禽 2,证据仍然不够。

猛禽 3 提高了推力,降低了重量,也简化了大量外部结构。

为了适配这台新发动机,SpaceX 同时重做了周围的管路、箭体结构和控制系统。

现在看到的故障,可能来自发动机本身,也可能来自推进剂供应、热环境、启动条件、传感器和软件判断。

FAA 对第 12 飞的调查结果,也更接近系统集成问题,而不是单独认定发动机制造质量出现问题。

猛禽 3 把性能推到了新的位置,V3 一级的可靠性却重新回到了早期验证阶段。

以前能够点着的发动机,现在未必还能在相同时间、相同压力和相同热环境下点着。

以前跑通的返程和着陆程序,也要围绕新箭体重新调整。

连续五次不接一级,怎么看?

从第 9 飞到第 13 飞,超重助推器都没有安排塔架捕获。

但这几次任务承担的试验目标不同。

第 9 飞首次重复使用助推器,并测试更高攻角再入;第 10 飞和第 11 飞继续在海上验证新的下降轨迹与发动机配置;第 12 飞和第 13 飞则进入 V3 时代。

把一级送往海上,可以远离发射塔和地面设备,把飞行条件推得更激进一些。连续几次不接一级,不能全部理解为 SpaceX 已经对一级失去信心。

不过,第 12 飞和第 13 飞连续出现发动机重启异常后,现在把一级重新带回发射塔附近,风险确实偏高。

在海上撞掉一枚试验助推器,损失还可以承受;如果在塔架附近失控,发射台、机械臂和地面设施都可能受到波及。

第 14 飞,镜头会追着飞船,老颜会盯着一级

马斯克在第 13 飞结束后表示,如果任务数据复核没有发现问题,SpaceX 将在下一次飞行中尝试用发射塔捕获飞船。

他说的是 "ship",也就是星舰上面级,不是超重助推器。

如果按计划实施,这将是 SpaceX 第一次尝试用 " 筷子 " 接住上面级。

第 14 飞的头条,大概率会是 "筷子接飞船"。

但一级仍然有几件事需要盯住:发射台上的 33 台发动机能不能一次点齐,上升阶段会不会再有发动机提前关闭,级间分离后的返程点火能不能完整执行,最后参加着陆点火的发动机能不能全部建立推力。

第 14 飞如果把这些问题解决,第 12 飞和第 13 飞可以看作 V3 早期的磨合。

如果再次发生多台发动机无法重启,就不能再归结为某一台发动机偶发故障。

V3 助推器的推进剂供应、发动机舱热环境、启动控制和故障判断,都要重新检查。

第 14 飞如果真去接飞船,镜头肯定都会追着上面级

现在,老颜反而更关注的是下面的那 33 台猛禽 3。

飞船被筷子夹住,当然会创造新纪录;一级还不能稳定完成返程和着陆点火,星舰距离高频复用就仍然差了一截。

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