今天凌晨5点20,马斯克旗下的SpaceX首次成功完成星舰回收,创造了人类航天历史性时刻。
随后马斯克也发布了祝贺恭喜SpaceX创造历史。
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对于这个重磅成就网友表示,泪水止不住地流出来!能生在这个时代太棒了。
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看得我直起鸡皮疙瘩,简直就像科幻电影里的情节。
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我感觉我刚见证了历史。我爸当年看的是人类登月,而我刚才看的是一艘飞船从轨道飞回来,直接被接住,准备再次出发!太牛了!
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朋友们,你们刚刚见证了正在被书写的历史。这是人类文明史上屈指可数的转折时刻之一。
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回收星舰到底有多难
说实话看完整个回收视频,我也是相当的激动。以前马斯克总是说要带领人类移民火星是吹牛,但这次成功回收星舰把太空运输费又给打下来了。
老马曾经说过星舰的运输能力能达到每年1000万吨,会源源不断地向太空运输大量物品,看来真的要实现了。
这次试飞的星舰绕地球飞了14圈,高度大概265公里。在这个高度上,星舰以每秒将近7.8公里的速度在飞。
换算成小时就是差不多28000公里。上海到成都的直线距离大约1700公里,按照这个速度3分左右就能到。
你想想,一个几十米长、几十吨重的东西,带着这么大的能量往回冲,光是把这个速度安全降下来就已经很头疼了。
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传统航天飞行器一般靠发动机反推减速,再靠大气层帮忙消耗剩下的速度。星舰也是这个思路,大面积的结构扎进大气层,用空气阻力来刹车。
但问题来了,这么快的速度撞进空气里,前面的空气根本来不及让开,直接被压缩成高温气体。
飞船就像迎面撞上一堵看不见的火墙。NASA以前公布过航天飞机的数据,机头和机翼前缘要承受大概1650摄氏度的高温,腹部有些地方也超过1200度。
普通铝合金六百多度就化了,所以没有专门的热防护根本扛不住。星舰选了另一条路,主体用不锈钢,外面贴大量耐高温的隔热瓦。
这些瓦片看着不起眼,但每一块都得同时满足好几个要求。
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得耐烧,得隔热,得扛得住飞行中的气动载荷,还得尽量轻。因为多一公斤重量,火箭就得多烧一份燃料。更麻烦的是几千块瓦片之间不能出岔子。
2003年哥伦比亚号航天飞机的事故就是一块泡沫材料打坏了左翼前缘的防热板,返回时高温气体从破损处钻进机翼内部,最后整架航天飞机在空中解体。
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所以这次星舰再入之后SpaceX说热防护系统表现良好,这句话背后其实是航天历史很大的一步。
精准卡进机械臂中间
我们可以粗略想象这个画面,一台从地球另一端飞过来的巨型装置,没有跑道可以停靠,在空中稳住姿态悬停,精准卡在两只机械臂中间。对比普通飞机,限制要多得多。
整个星舰立起来有124 米,差不多等同于一栋40层楼房。
没有常规机翼用来维持升力,也没法依靠旋翼稳稳悬停在空中,姿态和轨迹的调整,全部依靠发动机、气动翼面还有飞控系统互相配合。
靠近地面之前,会依靠襟翼调整下落路线和机身角度,临近捕获位置的时候重新点燃发动机,完成最后的减速翻转,垂直向着塔架靠近。
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整套流程里制导导航与控制模块起到决定性作用,持续确认自身位置,锁定目标航线,实时调整推力和姿态。
这套系统要不停读取位置速度,还有机身倾斜角度,跟着预设轨迹持续修正偏差。
误差会随着飞行一路累积,高空阶段一点点微小的角度或是速度偏移,一路往下落,最后会放大成很明显的位置偏差。
而留给机械臂捕捉的窗口并不大,两边要在同一个时间点,对上同一个空间位置,巨型飞行器和庞大的塔架结构,必须完成一场严丝合缝的配合。
为什么不直接降落,非得用机械臂夹住
这其实是星舰挺有意思的一个设计。SpaceX给发射塔的机械臂起了个名字叫Mechazilla,外形像电影里的机械怪兽,大家通常叫它筷子。
核心目的是快速完整地重复使用。传统火箭就算成功返回,降落支腿要承受巨大冲击,着陆后要检查结构,还得从着陆区转运到维修设施。
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用机械臂直接捕获就有机会减少支腿带来的重量,省掉部分地面转运流程。而且机械臂不光负责接,理论上未来还能参与后续的地面操作。
检查维护加注再发射准备,有可能在发射塔附近直接完成。
过去的模式是发射返回回收运输检查维修重新发射,SpaceX想慢慢变成发射返回捕获检查加注再次发射。进一步节省成本提升效率。
马斯克想改写太空运输成本
马斯克一直死磕完整复用,最底层的动机,就是想要把航天运输的成本打下来。
传统火箭大多属于一次性耗材,每发射一次,整套精密制造的发动机箭体结构跟着任务消耗殆尽。
如果主体结构可以回收检修之后再次投入任务,长期来看就能把单次发射的开销压下去。
Spacex曾经做过估算,对比传统发射每公斤接近 18500 美元的历史价格,猎鹰系列依靠部分复用,把单位载荷入轨成本压低接近 85%。
这就指明了一个清晰方向,航天赛道比拼的不只是谁能送更重的东西上天,谁能用更低开销更高频次完成运输,同样至关重要。
如果星舰最终稳定实现全套复用,带来的连锁变化会覆盖很多方向。
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大批量部署卫星的门槛会进一步降低,搭建月球基地需要的设备材料补给,可以依靠高频次往返持续输送,太空科研和商业探测能拿到性价比更高的运载工具。
等到在轨加注还有长期驻留配套技术慢慢成熟,人类向着深空出发的能力也会跟着上一个台阶。
NASA 已经选定星舰作为登月计划里的着陆方案之一了,未来载人重返月球会用到这套技术。
不只是马斯克面向火星的一场个人实验,已经深度嵌入美国载人深空探索的整体规划中。
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