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Starship System2022技術報告總結

2022年的目標是大約50次軌道級發射,這代表著SpaceX每週至少需要發射一枚運載火箭。

Starship System2022技術報告總結

截至目前,SpaceX成功完成144枚運載火箭的發射,106次著陸/著船,83次複用一級/助推器的發射

Starship將改變目前的入軌規則,將大量的物體發射到軌道上。世界迄今為止的入軌質量約為15517噸;當每週發射三次Starship時,每年可以向軌道上發射約15500噸的物體;當每天發射三次Starship時,每年可以向軌道上發射約109500噸的物體;當每天發射三次,每次10發Starship時,每年可以向軌道上發射約1095000噸的物體。

Starship System2022技術報告總結

軌道發射物體質量圖

這張表其實就是為了宣傳Starship的發射能力強,具體的“幾天發射幾次”以及入軌質量基本沒有參考價值。

Musk:需要一百萬噸的載荷才能在火星建立一個自給自足的城市。Starship有能力做到這一點,這也是歷史上第一次出現這個可能。

Starship高50m,主直徑9m,推進劑質量約為1200t,6臺猛禽發動機(3臺海平面Raptor 2.0發動機,下文均用Raptor 2.0 sl.代替;3臺真空Raptor 2.0發動機,下文均用Raptor 2.0 vac.代替)提供約1500t的最大推力。這意味著平均下來每臺發動機的推力為250t,再根據Raptor 2.0 sl.和Raptor 2.0 vac.的效能差距和已知訊息可以不嚴謹推算,Raptor 2.0 sl.的推力約為230t,Raptor 2.0 vac.的推力約為270t。

Musk表示,發動機的推力將會隨著時間的推移而提升,而火箭的直徑是不會改變的(在航天中改變一款火箭的直徑是非常“要命”的事,這意味著要重新設計包括髮射臺、服務塔臂、生產機器等一系列配套設施)。Starship的高度可能會在之後的設計中更高一點。對於近地軌道來講,Starship System應該可以打150t的載荷並且回收。而發射Starlink的時候,由於軌道更高,所以運力可能會到100t左右。(理想狀態下)在近地軌道可以加註約200噸的推進劑,這對於去火星來講是十分重要的。平均下來,每一噸甲烷推進劑需要大約三噸半的氧助燃劑。

Starship System2022技術報告總結

Starship基礎資料圖

Starship使用的是世界上最大的航天器隔熱瓦整合,這些隔熱瓦是SpaceX在卡納維拉爾角附近的一家小工廠製造的。這些隔熱瓦需要抵禦極端的高溫,但Musk再三強調它並沒有那麼貴(太空梭的隔熱瓦貴是因為需要大規模的定製不同形狀的隔熱瓦並且人工安裝,但是SpaceX Starship的隔熱瓦絕大多數是同樣規格的,所以相對更廉價。但是SpaceX以後最好還是解決一下如何機械化安裝隔熱瓦才可以進一步提高效率和降低長期人工成本)。

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Starship隔熱瓦

Musk:“這是Starship推進劑補加時的場景,但這個情形可能有點糟”

Starship放棄了從BFR時代就在延續的“交尾”式推進劑補加策略,轉而使用類似ITS的側貼式補加策略。而軌道補加樂觀來講需要到2023年底,正常的話兩年以內。

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補給飛船正在與星際飛船對接補加推進劑

Super Heavy原設計高70m,但因為設計團隊去掉了半個鋼環所以變為了69m。直徑9m不用多說,推進劑容量約3400t,後期可能會增加至3600t甚至是3800t。最大推力7590t(其實就是Raptor 2.0 sl.的230*33)是土星五號的兩倍多,這也將使Starship System成為屆時世界上最大的運載火箭。

Super Heavy

Booster 4明確無法用作軌道級飛行,其上面的29臺Raptor 1.0 sl.未來的去向也不得而知(可能就直接當展品了),首次軌道級飛行可能將使用Ship 21+Booster 7的組合。

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Booster 4發射臺雅座

Booster 7將使用33臺Raptor 2.0 sl.而不再是29臺,其外圍的發動機排布並沒有變化,內部則由9臺增至13臺,33臺發動機是目前Super Heavy的最優解。

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Booster 7發動機排布示意

Super Heavy的熱氣RCS將會安裝在甲烷儲罐和液氧儲罐的中間處,從而簡化佈線設計。Falcon 9一級使用的是冷氣RCS,也就是使用氮氣,直接將氮氣噴出提供反作用力從而控制一級在太空中的朝向。而Super Heavy使用的是熱氣RCS,讓甲烷氣體在氧氣的助燃下燃燒,從而獲得更高的效能。

Starship System2022技術報告總結

圖中Falcon 9一級上部噴出的白氣就是冷氣RCS工作時噴出的氮氣

可以看到演示片中Super Heavy的中間部分有氣體冒出,這就是Super Heavy的熱氣RCS,以甲烷氣體和氧氣作為工作介質

在Super Heavy回收時,會點燃最中心的三臺猛禽發動機,由於出色的節流能力和“相對”較小的引擎,Super Heavy是擁有懸停能力的,這對於Super Heavy的回收是一個好訊息。

由於Super Heavy使用的是不鏽鋼,耐高溫,所以並不需要像獵鷹九號一樣進行載入點火,回收僅需要返場點火和著陸點火。

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著陸點火中的Super Heavy

Super Heavy將使用回收臂進行回收,而不是兩年前所說的著陸回收。

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Starship System的發射綜合體從設計到投入使用總共使用了13個月的時間。而選擇Starbase的原因是除了卡納維拉爾角和這裡以外沒有其他更好的選擇了。

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Starship System的發射綜合體

雖然Raptor 2.0 sl.相對於Raptor 1.0 sl.更簡潔(但基本沒有減少體積),但是其推力卻比Raptor 1.0 sl.大了45t,達到了230t,後續可能會增加至250t(測試時已經可以達到247t的峰值推力)。Raptor 2.0 sl.相對於Raptor 1.0 sl.幾乎是重新設計,包括材料、管線、渦輪等重要部件。

Starship System2022技術報告總結

Raptor 1.0 sl.與Raptor 2.0 sl.的對比

Musk表示很榮幸NASA選擇SpaceX為重返月球製造載人登月器,SpaceX會把它完成的。前澤友作的Dear Moon任務公告即將釋出。

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Dear Moon任務宣傳海報

SpaceX對FAA的決策還沒有什麼瞭解,順利的話大概是三月份可以拿到軌道級發射的批准,其他的就不知道了。

SpaceX目前的生產目標是逐漸接近一天一臺猛禽(目前已經到了一週5臺左右),發射成本目標是低於1000w(這個目標需要等待長期的檢驗)。如果SpaceX無法拿到來自FAA的批准,那麼SpaceX將會啟動Plan B——在肯尼迪航天中心LC-39A花費6-8個月建造軌道級發射塔並實施發射任務,因為SpaceX早已拿到在LC-39A發射Starship System的許可。

如果FAA需要進一步的環境影響報告(將要比目前的環境影響評估更費時間),那麼SpaceX就不得不考慮從LC-39A發射Starship System了,但Staebase仍然是測試中心。

Starship沒有逃逸裝置,如果一級出現問題,二級的Starship將會啟動發動機飛離。未來猛禽發動機進一步增推,Starship就可以在發射臺上直接逃逸(推重比大於1),Starship的生命維持系統將參考和擴大載人龍的設計,可以維持1-2周,而去火星等其他遠距離任務就需要額外的東西了。

幾個月後Starship的軌道級首飛應該就會執行,但可以保證的是今年肯定會有至少一個Starship入軌。

如釋出會所說,就像之前Raptor冒出的綠光,Raptor 2確實是發生了多次融毀現象,目前SpaceX正在透過更多的測試和修正來決絕這個“最後的攔路虎”。

分類: 遊戲
時間: 2022-02-11

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