昨晚有应酬,无法看到直播。深夜回家倒头便睡,最后是今晨补看发射-3视频。有的地方反复看了几次。
毋庸置疑,这次进步超大!猎鹰九号第一次警钟已经鸣响。
这次成功的部分包括:点火成功,热分离成功,发动机关闭和全燃烧以及调控成功,星舰飞船的燃料转移成功,打开/关闭星舰飞船舱门流程成功。
失败的是什么呢?黑障区通讯——这是非常重要的部分。很可能它导致最后部分的失败。这部分我在下面第二部分详解。
发射-3肯定给SpaceX带来极其丰富的数据。这些数据是星舰发展过程中必须获得的。
我们这样看问题:
1 实际上星舰分四步走。
第一步:实验,研发阶段(就是现在)
第二步:传统发射阶段。就是传统的,不回收的成熟发射技术。目标就是发射卫星等其它航天器。发完不要(助推器部分溅落)。
星舰的理想状态在于发射成本要低,发射质量(有效载荷)要多。最终目标是要双回收,这样才能降低成本。
实际上昨天的发射过程如果能够持续在接下来的每一次,理论上已经可以发射卫星了。目前不知道昨天那样的星舰发射一次成本是多少。以前说的是:当星舰开始回收重复使用的情况下,每次发射只要几百万美元。大约是猎鹰九号的10%。
第三步:回收实验阶段
在发射卫星的同时完成双回收的实验——一个较长期过程。
这部分很可能需要较长时间。我不敢预测时间。这次试飞的成果之大和效果如此之好都大大出乎我的预料。
在成本上算得过来的话,实际上回收实验阶段完全可以将发射和回收实验并行。特别是一级助推器。反射完了就做回收实验,不耽误。一级飞船的回收实验也可以做。这方面的经验不那么多但也做过。之所以这次的飞船序列号是28,就是因为已经做过很多次实验。那些实验的视频很多人应该都看过。
第四步:我们要注意的是:其实真正航天器发射都是理论上的相对垂直发射和回收,用不着像这次这样在大气层外飞翔那么远距离。这次回收完全是为了数据收集。发射卫星不这样玩。
但是,星舰项目的远期规划需要这样的实验。如果大家还记得的话,马斯克在几年前曾说过今后要将星舰作为客运航天器使用。比如1小时内从纽约到上海。而这次的试飞和远期目标非常相似。
2 这次的问题:
黑障区通讯
黑障,是航天器(包括中远程导弹弹头)返回舱等大气层再入时的通讯消失现象。返回大气层时,因再入体表面超高速摩擦形成高温等离子区导致无线电信号衰减至中断的飞行区段。很多看过阿波罗飞船系列的朋友都知道,总有几分钟静默区,然后再次获得信号。
这个区段一般有5-8分钟左右。温度高低依飞船使用的材料,再入角度不同而不同。最高可以到几千度。从昨天的视频看,28号飞船再入时最高会产生摄氏1400多度高温。这个温度很低了,SpaceX肯定经过运算算出了最佳再入角度。
因为要考虑今后飞船的回收,因此SpaceX必须要减少黑障区影响。为什么呢?因为在回收过程中地面控制中心必须时时刻刻有飞船内部的各种状态和数据信息,以调正发动机在每个点的开/关,该运转多少发动机,如何调节飞船侧面掌控方向的方向喷射器。所以不允许出现明显的通讯静默区(黑障区段)。更不要说数分钟的黑障区。注意,这就是与传统航天器回收不一样的地方。传统航天器回收直接往海里扔就行,蔑视黑障区。
到目前为止,SpaceX尚未给出问题的原因以及其它视频或照片。但我认为最后的失败极大可能就是黑障问题导致最后阶段失败。
我们先了解下黑障区的相关知识:
a 在12倍音速以上黑障影响作用明显,无线电通讯困难
b 在8至12马赫的过渡区间,无线电通讯受影响,但也可通过在离子鞘薄弱的位置如飞行器尾部建立通讯
c 在8倍音速以下黑障作用消失,无线电恢复
前年,当有人问马斯克如何解决这个问题时,马斯克的回答是:利用等离子层死角建立通讯。实际上马斯克就是准备利用上述b中描述的“离子鞘薄弱的位置”。但是要注意,这个薄弱位置实际上是朝上(朝向天空)的,因此马斯克决定利用太空的星链卫星接收信号,让星链卫星将信号折返到地面控制室。这在理论上绝对成立。
关于“等离子鞘层”的知识,有兴趣的朋友可以在网上查找资料。
现在我们看图一——图四,当高温区出现后,黑障现象已经开始出现(图三和图四),而且视像竟然消失了。很明显,利用“离子鞘薄弱位置”的计划失败。这是个技术问题,但可能比较难以解决。
上面我已经说过飞船部分不能失去空中通讯,一定要解决黑障问题。如果这个目的达不到会导致GPS定位功能失效,最后飞船失去控制落到任何未知区域。这是比较危险的情况。在这种情况下,炸毁飞船应该是大概率结果——即使这次从新选择了印度洋的一个安全海域。
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至少目前我是这样认为的。有可能完全分析错。我只是坚信黑障问题未能解决,也知道这个没解决的情况下后果是什么。
当然我也有狐疑。比如,黑障区一般出现在地球上空35-80公里的大气层间,那么我们假设任其产生黑障,无视黑障,剩下的50公里左右的空间无法及时调整飞船吗?就我所知,猎鹰九号是在100公里卡门线上下就开始调整。如果35-80公里或许是比较难。
还是等SpaceX的后续消息吧
@不读小说N年
