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星舰第四飞硬件进化细节考

按计划我们将在今年5月份见证星舰第四飞,如同快速进化的巨无霸,在不断蜕变和迭代中,必将越来越强悍。现在我们就来走近星舰第四飞双主角B11、S29,看看这对星舰组合相比于之前星舰组合,都有哪些性能进化,哪些细节改变?至于软件升级不在谈论之列。

以下主要信息来源:ringwatchers.com、starship-spacex.fandom、wikipedia.org;图片来源:NASASpaceflight、WAI Media、RGV Aerial Photography、SpaceX

●超重型火箭B11简历

星舰第四飞指定星舰系统的第一级,是星舰基地打造第5枚升级款超重型火箭(继B7、B8、B9、B10后)。2023年3月开建,2023年6月建成。现已完成两次低温加压测试、一次全发动机静态点火测试。

箭高71米,直径9米,干质量200吨,发射质量3600吨,推进剂质量3400吨,装配33台二代猛禽发动机,最大推力7590吨,海平面比冲327秒或3.21公里/秒。

无论从外观上,还是公开信息上,说实话,超重型B11与B10相比进化不大。因为从研制代序来看,B10与B8、B9、B10、B11都属于同一代。尽管如此,我们还是发现一些细节上的进化和变化。

●改进甲烷舱排气口倍增构件

在甲烷舱排气口处使用改进型的双层钢板,特点是减少了用料,蒙皮表面变得平滑,也便于安装。目前这种改进仅针对液态甲烷舱。

▲左图是B8甲烷舱排气口,右图是B11甲烷舱排气口

●增加甲烷舱内部纵梁

B11甲烷舱内部纵梁数约为74列,比之前超重型火箭增加了24列。纵梁是推进剂舱内部用于加强结构的金属梁。这意味着会进一步加强火箭在减压时具有更大的刚性。

▲左图是B10,右图是B11,清晰可见增加纵梁密度

●加固牛铃分流器

4个液氧舱排气口上的牛铃分流偏转器已得到加固,在箭体与分流器衔接处横向增加了多个焊条。防止氧气高速排出时分流器本身被破坏,以及直接冲击超重型箭体,造成损坏。

▲左图是B10,右图是B11,牛铃状分流器边缘新增了多个焊条

●增加液氧舱纵梁加固板

位于B11液氧舱顶部,内部纵梁上安装了许多大型加固板。这些加固板在其他区域没有出现过,也未出现在以前超重型上。纵梁是液氧舱内部用于加强结构的金属梁。加固板是安装在纵梁上的金属板,用于增加纵梁的强度和刚度。液氧舱纵梁上新增的加固板,是为了增强该区域的结构强度。

▲左图是B10,右图是B11,白色框线内新增了加固板

●栅格翼底座纵梁加固板

B11与B10相比,外观上明显变化之一是,在栅格翼底座区域增加了新的支撑。每个圆形切口下方的纵梁都添加了加固板,有效地将它们下面的材料厚度加倍,从而减轻该区域所受的压力。一体化全不锈钢制成的栅格翼,是超重型火箭的控制面,用于控制箭体的飞行姿态。

▲左图是B10,右图是B11,白框内新增了两个手指模样的支撑

▲左图是B10,右图是B11,白色箭头所指就是新增的纵梁加固板

从以上变化细节,我们不难发现,星舰团队重点升级了B11箭体强度,尤其是推进剂舱结构强度、用于飞行姿态控制的栅格翼区域强度,目的就是为了确保B11更有能力顺利飞完全程:从发射到返航再到垂直溅落。

●星舰飞船S29简历

星舰第四飞指定星舰系统的第二级,既是第三飞S28的姊妹舰,又是星舰基地总计建造的第6艘轨道级星舰,也是目前研制的5艘星舰飞船之一。S29高50.3米,直径9米,干质量100吨,发射质量1300吨,推进剂质量1200吨,装配6台二代猛禽发动机,最大推力1250吨,海平面比冲327秒或者3.21公里/秒,真空比冲380秒或者3.7公里/秒。2022年7月开始打造零部件,2023年5月开始组装,2023年9月建成。现已完成3次低温加压测试、一次发动机涡轮启动测试、两次全发动机静态点火测试。

●更换头锥隔热片

S29飞船头锥顶端的隔热片被全部换掉,隔热片下方的不锈钢表面也被打磨,可能是为了增加附着力,更好地粘合新的隔热片。头锥是星舰最前端的圆锥形部分,在飞行过程中承受最大的热防护部位。更换和重新贴合隔热片,显然是为了确保热防护系统的完整性和有效性,为S29能够顺利闯过再入大气层这一关更好地备战。星舰第三飞S28正是最终迷失在再入阶段。

▲S29头锥顶端隔热片被全部换掉,准备换新

●删除一条水平接缝

为了减少隔热罩的水平接缝数量,面积较小的隔热片过渡部分已移到船尾部分的焊接处,从而去除了位于液氧舱中段的一条水平接缝。移除接缝是为了减少隔热罩的潜在失效点,从而提高再入可靠性。

▲左图是S28,箭头所指是S28的水平接缝,右图S29则出掉了这条水平接缝。

不难发现S29进化之处很少,至少是外界看得出来的。星舰团队重点优化了飞船隔热罩,目的再明确不过,就是尽可能让飞船闯过再入这个鬼门关。要知道,星舰第四飞最大测试目标——就是让S29成功挑战再入大气层。SpaceX期待最好的结果:能够闯过高温考验而幸存下来,直至腹部拍水式执行海面溅落。最坏的结果:还是像星舰第三飞的S28,最终毁于再入阶段。

对于超重型火箭B11的测试目标,重点挑战垂直着陆,也就是受控垂直海面溅落。期待最好的结果:能够平稳执行垂直海面降落,以模拟飞临、精准穿过捕获机械臂(昵称筷子),为不久的将来尝试真实回收超重型火箭收集第一手数据。

让我们拭目以待,马斯克的乐观加注+星舰团队的神助推,星舰第四飞有望得出最好的结果。

星舰第三飞勇闯多道关,任务完成率超过80%

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