SpaceX星艦飛船發射後化為火球後之液氧甲烷火箭發動機的發展─深度政經分析(25)

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(本文最近一次更新在2023/11/18)
作者:陳華夫
SpaceX星艦飛船高度為 119 米,起飛重量為 5,000公噸,是有史以來最大、最強,也是第一個完全可重複使用的飛行器。它由第一級Super Heavy助推器和第二級Starship航天器組成。都由高效的全流量分級燃燒動力循環中燃燒液氧天然氣推進劑的猛禽火箭發動機提供動力,並都設計為在發射塔上進行受控著陸並在數小時內重新飛行。它擁150-250公噸有效載運送到地球同步軌道月球火星之能力。(見SpaceX 星艦飛船─維基百科
SpaceX星艦飛船計劃可以追溯到 2005年,最早的概念類似於 2016 年宣布的現代運載工具。星際飛船的開發遵循迭代和漸進的方法,涉及不完整運載工具的頻繁且通常是破壞性的試飛,飛行數據指導未來的工程努力。第一次軌道發射嘗試原先預計在2023/4/17於德州墨西哥灣沿岸發射,不過最後一刻停止,並於
2023/4/20再發射,但在飛行器僅成功升空4分鐘左右,就爆炸為火球。此任務中沒有客戶有效載荷飛行。迄今為止,據估計SpaceXSpaceX星艦飛船計劃上至少花費了數十億美元。(見SpaceX 準備押注 Starship 從德克薩斯州 Starbase 進行的首次軌道發射)
美國國家航空航天局NASA)也花費了數十億美元和十年建造了太空發射系統SLS)火箭,該火箭在2022年底進行了幾乎完美的首次飛行。但NASA是國家機構,發展SLS火箭必需謹慎的遵循線性設計方法,完成廣泛而昂貴的分析,任何發射的“失敗”都將遭受嚴重質疑。但伊隆·馬斯克於2002年創辦的 SpaceX公司已經製造了另外三枚幾乎可以發射的超重型火箭,因此能夠承受較多的“失敗”。
至於,2023/4/20SpaceX星艦飛船發射後化為火球到底是成功還是失敗?
美國的媒體說:「事實上,SpaceX可以在 NASA 建造一枚SLS火箭所需的時間內建造 10 個超重型第一級。如果前五個失敗但後五個成功,哪個結果更好?兩三年後,當SpaceX 發射和降落十幾枚或更多超重型火箭而 NASA 的方法允許它每年發射一次時怎麼樣?所以,是的,SpaceX 的火箭在周四爆炸了。公司會學習的。它會再次飛翔,也許是在今年秋天或冬天的某個時候。很快,它可能會經常飛行。」(見那是什麼?Starship 的發射是失敗還是成功?
美國聯邦航空總署(FAA)在一份聲明中說,在其進行調查之前,火箭將繼續停飛,以確保“與事故相關的任何系統、過程或程序不會影響公共安全”,這是標準做法。(見發射幾分鐘後發生爆炸,美國聯邦航空局將 SpaceX 的星際飛船火箭停飛
英國《金融時報》報導:「前美國國家航空航天局 (NASA)官員、現爲Astralytical太空顧問的勞拉•福奇克(Laura Forczyk)說:「這次取得了部分成功,並不是很大的挫折。最重要的是它發射出去了—這對於一枚新型火箭來說是相當大的成就,尤其是像『星艦』這樣複雜的火箭。」(見SpaceX火箭在進入軌道前爆炸
星艦太空船爆炸,伊隆·馬斯克的股票一天之內就損失130億美元,他SpaceX的董事長寶座卻不動如山。相對於SpaceX,美、中的國家隊如NASA中國運載火箭技術研究院之領導團隊就無法享有如此境遇,若萬眾矚目下,火箭爆了,必定丟官下台,所以,他們根本不可能下令如SpaceX的連續燒錢換數據,不計代價的發展星艦太空船,因此發展時間上就會比SpaceX慢很多。(見馬斯克的1天:130億美元財富蒸發、星艦爆炸、推特難賺
SpaceX公司的SpaceX天龍號太空船在2020/6/1將兩位太空人送入「國際太空站」,如今又發展了有史以來最大、最強,也是第一個完全可重複使用的SpaceX星艦飛船,顯示了美國商業SpaceX公司相對於國家隊的NASA,更可能發展出一流的航天科技,足為挑戰美國太空主宰地位的其他太空大國之借鑑。(詳細,見拙文極具爭議的埃隆·馬斯克之SpaceX對接「國際太空站」啟示錄─深度政經分析(24)
中國朱雀二號遙二運載火箭2023/7/12在中國酒泉衛星發射中心發射升空,火箭進入預定軌道飛行,發射任務圓滿成功,朱雀二號成為全球首枚成功進入預定軌道的液氧甲烷火箭。朱雀二號為兩級構型,全箭高度 49.5 米,起飛重量 219 噸遠低於SpaceX星艦飛船高度為 119 米,起飛重量為 5,000公噸。
藍箭航天創始人張昌武說:「未來我們還將圍繞『朱雀二號』運載火箭進一步開發出直徑更大的可重複使用的運載火箭,屆時推進劑的使用量會更多,對於價格就更加『敏感』。而液氧甲烷推進劑高比衝的優勢,應用於大尺寸火箭,有利於提高整體綜合性能,液氧甲烷的優勢因此會更加突出。」(見中國「朱雀二號」發射升空!全球首枚入軌液氧甲烷火箭中國首枚不銹鋼火箭要來了!朱雀三號們將怎樣攪動商業航太江湖
液氧甲烷運載火箭技術因「星艦」火箭而大獲關注。4月20日,裝載33具「猛禽」液氧甲烷發動機的星艦首次發射,結果升空數分鐘後爆炸,未能完成全球首次液氧甲烷運載火箭成功入軌壯舉,但該技術路徑被認為是未來人類太空技術發展主要方向。
藍箭航天的CEO張昌武近日接受《環球時報》專訪時表示,一旦液氧甲烷發動機技術成熟應用,未來這種推進劑作為一種可以大批量採購的工業品,成本更加可控,對商業航天公司而言非常友好。液氧甲烷推進對於未來發展可重複使用運載火箭綜合性能較優。燃燒完之後積碳問題較容易解決,能減少發動機重複使用時清洗的工作,降低維護成本。他稱,長遠來看,發展液氧甲烷火箭技術非常有利於商業航天的發展。未來創造的戰略價值和經濟效益將十分顯著。目前世界主要航太大國都爭相研製液氧甲烷發動機。除SpaceX,美國的藍色起源公司、歐洲的阿利安太空公司(Arianespace)以及俄羅斯國家航天集團均在開展液氧甲烷火箭的研製工作。(見全球首枚 大陸成功發射液氧甲烷火箭,及沒爆炸!陸液氧甲烷火箭升空 超越馬斯克的SpaceX
2023/11/2雙曲線二號驗證火箭在中國酒泉衛星發射中心開展垂直回收試驗,這是中國首次實現液體火箭全尺寸一子級的垂直起降與重複使用飛行試驗。
其中一大亮點是火箭燃料——液氧甲烷,這是中國首次進行液氧甲烷運載火箭回收試驗。隨著可複用火箭成為大勢所趨,液氧甲烷成為公認的未來優質燃料代表。相比其他低溫推進劑,液氧甲烷不易結焦積碳,方便發動機維護,且清潔環保、成本更低,在重複發射方面具有獨特優勢。
星際榮耀雙曲線二號驗證火箭型號總指揮何光輝還稱,根據市場需求,團隊接下來將同步研製中大型可重複使用火箭雙曲線三號。雙曲線二號火箭一次性使用的運載能力約為1噸,重複使用情況下為0.7噸左右,未來,雙曲線三號火箭的重複使用運載能力將是雙曲線二號的10倍左右,主要面向星座建設、大型載荷等市場。何光輝說:“目前雙曲線三號火箭已經開始研製,今年底將轉入初樣階段,最快將在2025年底實現首飛。”(見雙曲線二號火箭完成一子級回收試驗 專家:拿到可複用“入門券”
SpaceX第二此試射失敗:「美國有線電視新聞網(CNN)報導,SpaceX於2023/11/18日上午8時在德州波卡契卡(Boca Chica)附近的星際基地(Starbase)發射星艦火箭;搭載星艦火箭的超級重型推進器高70.7公尺,這次發射成功點燃全部33具發動機,推動星艦升空。
任務開始2分半鐘後,超級重型推進器耗盡燃料,星艦火箭於是與推進器分離,開始靠自己的6具引擎推動更快的速度,爬升到距離地表約93英里(約105公里),成功到達太空。
美國認定的太空邊緣是指距離地表50英里(80公里)處,國際公認的地表與太空界線(卡門線,Kármán line)則是距離地表62英里(100公里),兩者間有些灰色地帶。
星艦火箭進入太空,是任務開始約8分鐘後,地面上的控制室裡響起了歡呼,但很快就沉默下來,因為星艦隨後失聯,SpaceX表示失去了星艦的影像訊號。
任務開始11分半後,SpaceX確認與星艦完全失聯。SpaceX工程師兼直播主持人印斯布拉克(John Insprucker)表示,「第二節火箭的自動飛行終止系統似乎觸發了」,這是一種自毀功能,防止失聯或失控的星艦偏離航線造成更多危險。」(見SpaceX二度發射星艦火箭 與推進器分離後失聯自動炸毀
結論:
SpaceX公司發展了有史以來最大、最強,也是第一個完全可重複使用的SpaceX星艦飛船,中國朱雀二號成為全球首枚成功進入預定軌道的液氧甲烷火箭。朱雀二號為兩級構型,全箭高度 49.5 米,起飛重量 219 噸遠低於SpaceX星艦飛船高度為 119 米,起飛重量為 5,000公噸。但朱雀二號正在改進中。
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