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Nature » 天文(五)——Starship

2020-08-08 :: 4781 Words

SpaceX(续)

小布什签署的美国航天发展规划,直接规定了要求NASA退出近地空间,要求他们重新带领美国航天天顶科技。与此同时,美国的商业航天开始全面崛起,后来大名鼎鼎的space-x,bigelow,blue origin大都从此时起步。

奥巴马任期内美国商业航天的崛起就不必说了,经过全面扶植,space-x迅速成长为可以对抗任何一个国家发射市场的公司,在2018年甚至有能力挑战美国之外所有国家的总和。而NASA的焦点则全面转向深空,各种大型空间望远镜、昂贵的火星探测、木星土星探测,都达到人类历史上的巅峰。


目前最出风头的三家私人航天公司,按技术水平来比较,大致是这样的:

维珍:本科在读。

蓝色起源:名校博士,目前在某知名教授手下做博士后,未来很有可能拿诺贝尔奖。

SPACEX:靠博士论文拿了一个诺贝尔奖,刚当教授又拿了一个诺贝尔奖,公然宣称本学科内除了自己外,都是傻B,在学界名声很坏。

Blue Origin飞行高度倒是实打实的超过了100km的卡门线,算是真正进入太空了,比前几天维珍银河布兰森上到的耍流氓高度86km要靠谱一些(只有美国认的太空界限标准80km,国际标准100km)。

新谢泼德号火箭(New Shepard Rocket Ship)是蓝色起源公司所属的火箭。

人类第二个宇航员,美国的Alan Shepard,仅仅也就比加加林晚了23天!不靠搜索引擎,没人知道他的名字!连美国人自己都不熟。

美国这一轮商业航天浪潮最大的特征之一就是各大航天企业纷纷主动对航天”祛魅”,把过去那种航天员需要严苛的训练、过人的身体素质等宣传概念尽数打碎,不管是SpaceX还是蓝色起源等航天企业,这些年都在把癌症患者、残疾人、老人等群体往天上送,航天员需要训练但是不需要像很多人刻板印象中那样”特种兵”训练。

1962年2月20日,John Glenn乘坐友谊7号飞船升空。他驾驶水星飞船在260千米高的轨道上进行了3圈轨道飞行,历时4小时55分23秒,完成美国首次轨道飞行。

Alan Shepard首次飞行高度达到了约187千米(超越卡门线),降落点距发射地点约486千米,但未入轨。

https://www.zhihu.com/question/469479395

如何评价维珍银河创始人布兰森成功完成首次亚轨道旅行,全程失重4分钟,最高点海拔86千米?

https://www.zhihu.com/question/473476687

世界首富贝索斯7月20日完成太空旅行,全程持续11分钟,有哪些信息值得关注?

https://mp.weixin.qq.com/s/RPcbBqUP7wl-4fgfiiUAVg

为什么亿万富翁都想上天?

https://www.zhihu.com/question/9743739318

如何评价2025年1月16日蓝色起源新格伦火箭首飞?

https://www.zhihu.com/question/1971013958128367353

蓝色起源的“新格伦”火箭搭载火星探测器升空,第一级首次成功回收,哪些地方值得关注?(2025.11.14)

https://www.zhihu.com/question/1974649803846746777

为何火神火箭采用回收主发动机方式而不选择猎鹰9或新格伦那样回收火箭一级的方式?以及各自优缺点是什么?


先开发一台具有垂直起降能力的小号原型机,在这个基础上放大推力、优化参数,开发更大型号的原型机。重复这个放大过程直到技术足够成熟。

https://www.zhihu.com/question/352621717

为什么贝索斯拥有和资助的蓝色起源公司没有实现SpaceX的成就?


在航天飞机完蛋后,空射方案一度是最主流的低成本发射思路。其实从经济角度来看并不是很合算,因为大型运输机的速度不会超过音速,而火箭入轨至少要23倍音速,飞机能提供的速度增量太低了。白嫖高度带来的节约就更少了。真正有用的也就是减少了1万米以下这段的空气阻力,节约的燃料很有限。

被寄予厚望的微软创始人投资的平流层发射系统,造一架史无前例的大飞机,运火箭到高空发射,下一步是开发专用航天飞机。

结果SPACEX发明了垂直回收火箭,把桌子掀了。

原本空射火箭还有最后一个优点,就是快速发射。一些军方的紧急任务只有飞机空射能满足,这也是为什么轨道科学很早就搞出了空射火箭。但是现在SPACEX两次任务的间隔只有几天,再也不是以前准备一枚火箭需要几个月的时代了。

https://www.zhihu.com/question/592998807

维珍轨道宣布将裁掉几乎全部员工,并停止运营,从商业角度如何看待企业此举?


轨道科学公司:

发动机方面:跑去俄国廉价采购了一批退役封存的苏联时代的NK-33液氧煤油发动机。

火箭方面,火箭第一级找到乌克兰的尤日诺耶设计局设计,在乌克兰的尤日玛什工厂负责制造。嗯,先不管是否有助于自己技术培养,估计以乌克兰的工资水平确实能省下一大笔钱。

飞船倒是自己研制的,但也只是传统的一次性飞船,中规中矩。

比较搞笑的是这些库存几十年的老发动机确实不可靠,2014年,一枚安塔瑞斯火箭因发动机故障在发射时爆炸。

事故后,轨道科学公司停止使用这款发动机,怎么办呢,找到俄国购买另一款前苏联技术遗产,RD-181发动机。


Space X的ABC轮都是马一龙和其它高管自己的钱,D轮开始才有外部投资,F轮才开始拿VC的钱。

A股上市公司利欧股份斥资5000万美元投资马斯克旗下的Space X,不料惨遭退回。


不使用火箭的航天技术路线:质量加速器 (Mass Driver)、发射回路 (Launch Loop)、张拉整体环 (Tethered Ring)、轨道环 (Orbital Ring)。

https://www.zhihu.com/question/652394786

如果地球所剩火箭发射资源不足以支持一次发射任务,人类是不是就被困死在地球了?


马斯克不去支持懂王,starship会被民主党卡住,飞不了死在地上。

马斯克去支持懂王,starship会因为缺少管理,而炸在天上。

https://www.zhihu.com/question/14286078806

如何看待SpaceX的Starship第八飞二级失控?(2025.3.7)


因为梅里迪斯热推力效应,火箭在海平面静推力大于全部发动机海平面推力和。

梅里迪斯效应效应冷却器通过绝热压缩增加截面积、定压加热缩小截面积、绝热膨胀增加截面积三个阶段对流经梅里迪斯效应冷却器的空气做功增加空气排气速度产生额外推力。

早在20世纪20年代,美民间航空爱好者Eugene Michael Gluhareff制作了一种简易的三级燃烧室梅里迪斯效应的小型无转子喷气发动机。

https://www.zhihu.com/answer/3547416540

梅里迪斯效应

https://www.zhihu.com/question/52796057

什么是梅里迪斯效应?


https://mp.weixin.qq.com/s/sPTRKfuhEc0xx7GacomxkA

霍尔效应推进器

https://www.zhihu.com/question/425823778

重力多大的星球无法发射化学火箭?


原本要排队打的单子,拼车任务,一次报销了十几二十个小卫星任务。一般商业卫星走星链拼车就行了,现在要单买火箭打的商业卫星只有高价值货了。

Starship

整个火箭及其二级名为星舰(Starship),其助推器的名称为超重(Super Heavy)。

星舰这个运力的火箭,能够把单次发射成本压低到5000万美元,意味着只需要200美元一千克。

一个人55千克,加上额外45千克的毛重的话,进入太空的成本只要2万美元!

项目 Starship V1 Starship V2
火箭长度 121.3 米 约 123.1~124 米(增加约 3 米)
近地轨道运力(可重复使用) 约 100 吨(理论值,不回收) 100~125 吨
发动机 猛禽 V1 或 V2 发动机 升级为 猛禽 V3,推力更高、结构更简化
推进剂容量 较小 一级 3650 吨、二级 1500 吨,总容量显著增加
干重 较低 Super Heavy 增加 8 吨至 319 吨,Starship 增加 8 吨至 126 吨
结构设计 鼻锥前襟翼较大,有效载荷舱较长 襟翼变小并后移,舱段缩短以容纳更多推进剂
重复使用能力 部分可重复使用 完全可重复使用,助推器和飞船均可回收
回收方式 助推器着陆腿回收 改为“筷子”机械臂捕获,减少结构复杂度
热防护系统 陶瓷防热瓦 增加烧蚀层,提升再入热防护能力

假设一枚火箭长径比不变,重量增加至原来的8倍,但火箭底部的面积只会增长至原来的4倍。火箭的发动机全部安装在底部,这就导致总推力增加至8倍,但推力盘的面积只有4倍。所以发动机的推力/面积比必须提高1倍。

做小型/中大型火箭,不必太在意推力/面积比,但是如果做重型和超重型火箭,发动机推力/面积比就是极为重要的指标。

而星舰需要在9米直径下实现土星五号两倍的推力,将来可能增加至3倍。


https://sat.huijiwiki.com/wiki/%E6%98%9F%E8%88%B0

星舰Wiki

https://mp.weixin.qq.com/s/0zAIoiflCgwC2jMEdnJ6WQ

马斯克的星际飞船,爆炸了

https://mp.weixin.qq.com/s/odjANeqbHuZAX4t_OhFwjw

终于不再爆炸了!马斯克的星舰原型SN15挑战10千米高度,稳稳着陆

https://mp.weixin.qq.com/s/Bvk-jZ4tbi3jXfDkYwiMlQ

首次成功着陆:SpaceX星舰试飞实现突破

https://www.zhihu.com/question/595930014

SpaceX“星舰”发射计划因压力阀问题而推迟,“星舰”发射面临哪些技术困难?需要突破哪些技术障碍?

https://www.zhihu.com/question/596821956

SpaceX星舰发射失败,是什么原因?还有哪些信息值得关注?(2023.4.20)

https://www.zhihu.com/question/629931897

SpaceX星舰第二次试飞,发射及分离成功后失联,哪些信息值得关注?(2023.11.8)

https://www.zhihu.com/question/648580491

SpaceX星舰第三次试飞,达到环绕速度,重返大气层过程中失去信号,任务提前结束,有哪些看点?(2024.3.14)

https://www.zhihu.com/question/657852759

星舰第四次试飞取得成功,本体在印度洋溅落,本次试飞有哪些突破?(2024.6.6)

https://www.zhihu.com/question/859153715

如何评价SpaceX星舰第5次试飞,筷子塔成功捕获?(2024.10.13)

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