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SpaceX 的“星舰”是什么?能用来干什么?

众所周知,马斯克的航天终极目标一直都是移民火星,星舰 Starship 是 SpaceX 用作太空任务的大型航天器。

众所周知,马斯克的航天终极目标一直都是移民火星
星舰 Starship 是 SpaceX 用作太空任务的大型航天器,是整个系统的第二级,高50米、直径9米、重120吨,有大约1100立方米的增压空间,比国际空间站还大,能配置40多个机舱空间,有观景台、大型公共区域、私人休息舱、储藏区、太阳风暴避难所等。
首次使用了甲烷 + 液氧的燃料组合,比传统的液氢 + 液氧占用更小的储箱尺寸、成本低、复用性好,同时易于在火星上生产,并且便于在轨加注和转移。会在储箱内另设一个较小的球形储箱专门装载反推着陆所使用的推进剂,是为了防止侧身进入大气层时推进剂的自由液面和流致振动引起发动机熄火。
箭体材质由之前的碳纤维复合材料改为了不锈钢,一是可以降低成本,二是太空超低温状态下不锈钢的强度更高,为了达到同样的强度,碳纤维材料需要增厚,综合下来不锈钢反而更轻,三是不锈钢材料的延展性更好。
2018年签下了第一笔商业订单,搭载前泽友作和他邀请的艺术家团队进行绕月之旅。
可作货运飞船,近地轨道、月球、火星最大运力为100吨,一次可部署3颗同步地球卫星或440颗星链小卫星,或者各种卫星拼车发射,还能完成太空试验台、卫星回收、天文台等各种太空任务,也可以作为另一艘星舰飞船的加油船使用。
可作载人太空船,一次最多搭载100人进行太空旅游、太空任务,其他载人飞船最多搭载10人左右,通过在轨补充推进剂,还能前往月球、火星等更远的地方,除此之外,还将打造全球1小时内直达的地对地航班服务。
最大的亮点是能再入大气层并垂直降落,再入大气层时采用类似航天飞机的滑翔式再入减速,着陆前发动机点火、控制姿态、俯仰翻转,反推减速、垂直着陆,而且无需翻新即可快速重复使用,大大颠覆了之前大多数航天器的设计。
使用6台“猛禽”发动机,外围3台大的海平面优化版用于反推着陆、中间3台小的真空优化版用于推进,比冲约380秒,总推力约1.15万千牛。该发动机是第一个投入实用的全流量循环发动机,使用液态甲烷 + 液氧推进剂,具有高可靠性和低成本的优势,推力面积比最高:1.3m喷管直径能提供200多吨推力,室压最高:330bar,同级别发动机价格最低:造价低于220万刀,是完全为重复使用优化的发动机。
最近,NASA已选定星舰作为阿尔忒弥斯计划的登月着陆器,并授予了价值28.9亿美元的合同。宇航员将乘坐SLS火箭发射的“猎户座”飞船前往月球,然后进行为期多日的绕月之旅,在轨转移到 SpaceX 的星舰人类着陆系统(HLS)上、前往月球表面,完成探索后通过着陆器返回,再乘坐“猎户座”飞船返回地球。后期月球空间站“门户”建好后,宇航员将通过人类着陆系统来往返月球表面和月球空间站,便于进行长期探索,同时为以后的人类火星探索做准备。
超重鹰 Super Heavy 是整个系统的第一级重型助推器,高72米、直径9米,起飞重量3680吨,使用28台“猛禽”发动机,总推力约7.2万千牛,因为“猛禽”发动机的测试功率比以往更高,安装的发动机数量暂定为28台,以后有可能是20台。
超重鹰能再入大气层并垂直降落在发射台上,类似于猎鹰9火箭,可快速重复使用,马斯克设想了新的着陆方式,由发射塔支臂接住超重鹰,利用栅格舵(一种火箭飞行姿态控制装置)来承受载荷,这样可以省下支腿重量和成本,让火箭能够立即在发射台上重新就位,在不到1小时后再次升空飞行。
SpaceX 的开发测试理念是“测试、飞行、失败、修复、重复”,原型开发测试从2018年12月开始,至今已经建造并测试了十几个原型。

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