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04-25 实时新闻

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北京时间4月20日21时许,美国SpaceX公司研制的新型运载火箭“星舰”在美国得克萨斯州博卡奇卡的自建发射场点火起飞。火箭升空后即发现一级有多台发动机工作不正常,升空2分30秒后火箭姿态失稳并开始旋转,最终解体爆炸,发射宣告失败。

作为一款有望刷新人类运载火箭多项纪录的型号,星舰此次首飞一如2018年的重型“猎鹰”首飞,一时间刷爆全网,只不过上次是首飞近乎完美,一片赞誉之声,而这次“星舰”则折戟沉沙,中途自毁,相应的舆论评价也有所分化,赞扬其创新精神者有之,批评其设计冒进者亦有。

起飞姿态就有所偏斜

由于时间有限,SpaceX官方目前仍未正式公布事故原因,只是留下了“通过这样的测试,我们今天学到了很多关于火箭和地面系统的知识,这将有助于我们改进未来的星舰”这样一段例行的官方说明。

因此发射失败的原因众说纷纭,让我们重新回顾整个发射过程,确实有很多不寻常的情况。首先就是起飞阶段,有媒体直观对比了“星舰”、土星5号、重型“猎鹰”三款火箭的首飞录像,明显可见星舰离架起飞的过程十分缓慢,足见起飞推力有所不足,而根据原设计星舰的起飞推力为7500吨左右,而起飞重量是5000多吨,起飞推重比约为1.5。这已经超过了一般运载火箭1.2-1.3的起飞推重比,较高的推重比可使火箭更快地升空离架,从而降低火箭发射的重力损失,但对箭体强度和结构设计提出了更高要求。因此按理来讲“星舰”应该是升空最快的,即使考虑此次发射中猛禽只开启了90%推力,其推重比也应在1.3以上。因此,此次慢悠悠的起飞虽然看起来壮观,但其实很可能已经埋下了发射失败的种子。

“星舰”起飞后逐渐远离发射台,炸平发射台的担忧终于没有了,但箭体并非径直爬升,而是略有偏航。目前对这一情况有两种说法,一种是说这是设计的起飞路径,为了快速远离发射设施;另一种则认为此时发动机已经出现推力不平衡状态,导致箭体偏航。

事实也的确如此,根据直播画面,火箭一起飞姿态就有所偏斜,与发射塔架并不平行。


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从网友拍摄的视频可见,星舰起飞就是歪的。


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网友整理的发射直播中各阶段火箭状态图,可见有多台发动机未能正常工作。

随后火箭进入爬升阶段,此时通过官方直播画面的发动机状态图可以清晰看出,刚一起飞就已有3台发动机未能正常工作。起飞40秒后,第4台发动机关闭。起飞约1分钟后,第5台发动机关闭。随后火箭通过Max-Q点,即最大动压点,这是火箭所受气动阻力最大的时刻,但该时间点相较最初设计推迟约半分钟。起飞后1分40秒,第6台发动机关闭,10秒钟后,刚刚关闭的第6台发动机再次重新启动。

火箭随后继续爬升,按照预定程序,将在2分30秒左右一级关机,并进行分离。然而此时火箭姿态明显不正常,无论是直播画面还是下方的姿态指示器都显示箭体开始横向滚转,姿态不断翻滚,火箭开始呈现“倒栽葱”状态。一级直到第3分钟还未能关机并分离。此时火箭一级开始漏出大量白色气体,根据直播画面的推进剂状态显示,火箭液氧贮箱的液位快速下降直至耗尽,疑似出现了液氧泄漏,显然此次发射已经不可能成功。4分钟整,火箭自毁系统启动,火箭凌空爆炸并解体,发射宣告失败。爆炸后,火箭的碎片落入墨西哥湾。

事实上,不只是官方直播中显示的状态,起飞后约3-5秒,观众视角中星舰某台发动机发生了肉眼可见的明显爆燃,随后第15-17秒,又一台发动机发生爆燃。


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起飞后约3-5秒,观众视角星舰某台发动机发生了明显爆燃。

不仅如此,起飞后约28秒,从观众视角还可发现箭体尾部有结构发生碎裂,多块碎片被崩飞,位置疑似为发动机摆动的液压油储罐外壳。


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图中红圈为崩飞的碎片。


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图中左侧脚手架位置就是液压油储罐外壳。

根据SpaceX直播的飞行数据显示,火箭达到最大高度24英里(约39公里),最高时速为1340英里/小时(约每小时2157公里),试飞达到了超音速并超过了最大动压点。

故障原因众说纷纭

对于首飞失败的具体原因,一时激起了媒体、航天从业者和网友的极大热情,各种原因众说纷纭。当然,最终原因仍应以SpaceX官方的事故报告为准,因为通常的事故分析是建立在遥测数据的整体分析,事件树的全面梳理,故障的合理复现基础上得出的。而“吃瓜群众”所能得到的信息极为有限,很容易被表面情况误导。但这并不影响我们对其失败原因进行猜测。

目前比较主流的观点有两个,一个是发射台“背锅”说,另一个是多发并联“魔咒”说。

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