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二代星舰完成收官之战——超重-星舰第十一次综合飞行测试情况分析 最近更新| 安卓软件| 安卓游戏| 电脑版| 手机版

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二代星舰完成收官之战——超重-星舰第十一次综合飞行测试情况分析

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语言:中文 更新:2025-10-15 17:13 等级:
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二代星舰完成收官之战——超重-星舰第十一次综合飞行测试情况分析2024更新

就觉得有些辣眼,而且金属摩擦的声音恐怕就很恐怖。

> 厂商新闻《二代星舰完成收官之战——超重-星舰第十一次综合飞行测试情况分析》特朗普继续对日本施压:日本需要开放市场 时间:2025-10-15 22:25

    • 编辑:CN

    来源:中国航天

    二代星舰完成收官之战

    ——超重-星舰第十一次综合飞行测试情况分析

    龙雪丹1  杨开1  王林1  褚洪杰2

    (1.北京航天长征科技信息研究所;2.中国航天科技集团有限公司)

    当地时间2025年10月13日(北京时间10月14日),SpaceX成功执行了超重-星舰的第十一次综合飞行测试(IFT-11),完成试验既定目标。本次试飞为二代星舰的试验历程画上了句号,后续将逐步从原型试验迈向应用发射。本次任务与上一次飞行(IFT-10)仅仅相隔48天。

    一、试验目标与计划飞行时序

    本次试飞采用了超重B15助推器和星舰S38飞船。任务基于IFT-10收集的数据开展,重点如下。

    (一)超重助推器试验目标

    再次复用超重助推器:超重B15曾于2025年3月执行IFT-8,本次搭载24台经飞行验证的猛禽发动机,是继IFT-9任务的超重B14后,第二枚重复使用的超重助推器。

    海上溅落:不返回星基地,而是返回墨西哥湾溅落。

    为三代超重助推器验证着陆点火流程:最后着陆点火阶段,先启动13台发动机减速,随后切换至由5台发动机工作调整飞行剖面,在着陆最后阶段切换至3台中心发动机,在海面上方实现悬停,之后关闭发动机并坠入墨西哥湾。该测试的核心目的是验证在不同数量发动机工作状态切换过程中的动特性。此前飞行剖面调整阶段使用3台发动机完成,而三代超重助推器计划使用5台发动机,以提供额外冗余。

    (二)星舰飞船试验目标

    星舰飞船试验目标与IFT-10基本一致,具体包括:

    有效载荷部署能力测试:部署8颗三代星链模拟器,总质量约16吨,模拟器在部署后会再入大气层并烧毁。

    猛禽发动机在轨二次点火测试:在轨重启1台猛禽发动机,此前,SpaceX已在IFT-6和IFT-10任务中两次实现发动机重启。

    热防护系统再入性能测试:为评估星舰结构再入大气层时的承载能力,SpaceX特意移除了部分区域的热防护瓦,以对星舰热防护系统和不锈钢箭体结构进行压力测试。

    图1 历次任务星舰瓦片故意缺失情况的对比图

    模拟星舰返回发射场的机动动作:星舰飞船再入大气层后,尝试控制滚转角度来改变飞行路径,并利用亚声速制导算法,模拟返回发射场捕获回收塔的机动动作(Banking maneuver)。最终,星舰飞船级在印度洋指定区域溅落。

    表1 超重-星舰IFT-11的计划飞行时序

    图2  超重-星舰IFT-11计划飞行剖面图

    二、试飞情况

    美国中部时间2025年10月13日6:25(北京时间10月14日上午7:25)超重-星舰从博卡奇卡星基地轨道发射/集成塔A起飞,顺利完成了全部试验目标。

    (一)上升段

    起飞后,一级33台发动机全程正常工作;

    起飞后约1分13秒,箭体通过最大动压(Max-Q);

    起飞后2分39秒,一级按预定程序关闭30台猛禽发动机(MECO),只保留3台中心发动机继续工作;

    起飞后约2分45秒,二级6台发动机启动,一、二级热分离,此时速度为4706千米/小时。

    (二)一级返回

    起飞后约2分50秒,一级与二级分离后,进行姿态翻转调整飞行方向,同时进行返回点火(Boostback Burn),本应重启中圈10台猛禽发动机,但1台中圈发动机未能重启。上次试飞中同样在该环节有1台中圈发动机未能重启;

    图3 一级返回点火时,1台中圈发动机未能重启

    起飞后约3分25秒,一级中圈9台猛禽发动机关机;

    起飞后约3分50秒,一级中心3台猛禽发动机关机。此时高度为88.2千米,速度为1106千米/小时;

    起飞后约3分55秒,一级抛掉热分离级;

    起飞后约6分16秒,一级相继启动中心3台和中圈10台猛禽发动机进行着陆点火(Landing Burn);高度约2.1千米;

    图4 一级着陆点火13台发动机运行

    起飞后约6分24秒,切换为5台发动机工作;高度约为0.6千米;

    图5 一级着陆点火5台发动机运行

    起飞后约6分31秒,切换为3台发动机工作;此时高度约为0.3千米,实现海上悬停;

    起飞后6分36秒,中心3台发动机关机,一级海上溅落,一级溅落时姿态良好。

    (三)二级飞行/再入

    二级点火启动后与一级分离,6台发动机开始长时间工作;

    起飞后约8分52秒,二级3台真空型猛禽发动机关机,此时高度149千米,速度25692千米/小时;

    起飞后约9分02秒,3台海平面型发动机关机,二级开始滑行,此时高度150千米,速度26486千米/小时;

    有效载荷部署演示:起飞后约17分,舱门开启;起飞后19分25秒,PEZ分配器开始部署星链模拟器;起飞后约25分,有效载荷模拟器部署完毕;在此期间达到最大飞行高度192千米,速度约为26312千米/小时;

    发动机在轨二次启动:起飞后约37分55秒,二级中心一台猛禽发动机重启;点火持续约3秒;

    起飞后约44分55秒,开始再入;

    起飞后约47分38秒,发射指挥人员呼号“飞船由襟翼控制”;

    飞船在起飞后约57分50秒至起飞后约1小时,进行了倾斜机动;模拟飞船未来返回发射场回收的制导导航控制;

    起飞后约1小时3分39秒,二级减速至亚音速;

    起飞后约1小时5分54秒,二级3台中心发动机进行着陆点火(Landing Burn);随后完成翻转机动。与此前先翻转机动后进行着陆点火不同;

    起飞后约1小时6分6秒,切换至两台中心发动机工作状态;

    起飞后约1小时6分12秒,发动机关机

    飞船以垂直姿态在海上溅落。

    三、试飞箭及其改进

    本次飞行试验采用了超重B15和星舰S38。

    图6 超重B15/星舰S38组合体

    (一)超重B15

    自2023年4月以来,SpaceX的超重助推器已完成10次飞行,其中3枚成功回收,分别是IFT-5任务回收的B12、IFT-7任务回收的B14和IFT-8任务回收的B15。B12已报废,B14在IFT-9任务中首次实现复用,周转时间131天。本次任务采用超重B15,周转时间为221天。它是最后一枚二代星舰,因此不再对其进行回收。

    B15在2025年3月8日完成IFT-8任务后,先被运回1号“巨型装配间”(MegaBay 1)处理,后被存放在星基地露天场地。直到2025年4月9日返回继续进行处理,到9月开启地面试验流程。

    表2 超重B15开展的地面试验

    注:IFT-8任务前,超重-星舰组合体没有进行全箭的射前演练(WDR),这是SpaceX第一次决定在未进行射前演练的情况下发射超重-星舰。

    (二)星舰S38

    星舰S38飞船是第六枚也是最后一枚二代星舰,于2024年年底开始装配,于2025年5月完成组装。2025年9月22日,S38成功完成了6台发动机静态点火试验。

    表3 星舰S38进行的地面试验

    星舰S38相比此前最主要的变化在于热防护系统,在陶瓷热防护瓦基础上,搭配使用烧蚀热防护层作为填缝材料,而对于上一次尝试中表现不理想的金属热防护未再提及。在IFT-10任务中,星舰S37再入返回后迎风侧的热防护表面呈现出一片锈橙色,是由于试验的少数金属热防护瓦在返回过程中剧烈氧化,因此后续将不再采用。另外,星舰S37顶部出现了明显的白色斑块,主要是由于隔热瓦缝隙间的热渗透,烧蚀了下层的烧蚀防护材料,挥发形成了白色斑块。针对隔热瓦缝隙问题,SpaceX采用“压折包覆层”(crunch wrap)密封技术,类似于一层包装纸,包裹在每块隔热瓦周围,利用机器人机械固定,当将瓦片按入时,这种材料会填充瓦片侧面的缝隙,然后再从表面切除多余部分,从而将缝隙填充密封。这种方法的优势在于可以避免使用航天飞机上的复杂填缝材料,后者容易在飞行中脱落。

    图7 用于密封隔热瓦缝隙的“压折包覆层”

    此外,SpaceX还在S38襟翼背风面采用螺栓安装少量热防护瓦,以测试不同的固定方式(当前采用的是销钉固定,一次性)。

    图8 在襟翼背面验证隔热瓦安装方案

    四、此三代超重—星舰的进展

    在二代超重-星舰谢幕的同时,三代超重-星舰(V3)的研发工作已加速推进,其三代猛禽发动机生产数量已经超过30台,正在密集试车。三代星舰计划在2026年初进行首飞,而更具挑战性的星舰飞船捕获预计在第13至15次飞行中尝试。

    (一)热防护

    未来在星舰每天飞行数次的情况下,将需要成千上万块热防护瓦。目前SpaceX在位于卡纳维拉尔角的热防护瓦自动化生产厂房——“烘焙厂”进行制造。仅仅三年时间,该厂的热防护瓦产量就超过了航天飞机项目30年来的总产量。目前,该工厂每天能够生产约1000块热防护瓦,一片热防护瓦从原材料到成品大约需要40个小时。但为了支撑未来任务,其产量仍需提升,目标设定为每月为10枚飞船生产足够的热防护瓦,每天约7000块,每13秒生产一块。

    图9 热防护瓦生产线

    另外,SpaceX在三代超重助推器

    燃料贮箱顶部增加了一层非结构(non-structure)不锈钢材料,用于防止热分离期间二子级发动机对其产生的热环境影响。

    图10 三代超重助推器顶部的不锈钢防热层

    (二)在轨加注

    推进剂在轨加注是实现超重-星舰发射高轨载荷和探索深空目的地的关键技术之一。在具体操作中,SpaceX会先发射一枚满载货物的星舰入轨,接着发射多枚星舰,为其加注推进剂,加注80%液氧,20%液态甲烷。SpaceX计划2026年进行在轨推进剂转移的演示验证。2025年5月底公布的加注方案中,将原设计中的加注机构由一条中心加注带变为4个加注接口,见图11。近期,首枚三代星舰飞船——星舰S39的图片也初步表明其加注口设计,见图12。

    图11 在轨推进剂加注方案

    图12 三代星舰飞船上的在轨推进剂加注口

    (三)发射台扩建

    此次飞行为博卡奇卡星基地轨道发射/集成塔A目前状态的最后一次发射,此后为了适应三代超重-星舰的需求,将进行升级改造。除此之外,SpaceX正在建设和计划建设的发射台共有4个,包括星基地轨道发射/集成塔B,肯尼迪航天中心LC-39A工位上的1个发射台,以及卡纳维拉尔角SLC-37工位上的2个发射台。根据SpaceX的申请信息,上述发射资源全部投入使用后,初期发射能力上限为每年145次。

    星基地轨道发射/集成塔B建设进度最快,预计2026年投入使用,用于三代超重-星舰的首飞。LC-39A的超重-星舰发射台也在建设中,发射塔的关键组件如捕获机械臂等已安装。SLC-37的2个发射台正在进行环境评估,以及原有设施拆除工作。

    五、小结

    (一)两代星舰快速迭代,体现了SpaceX研制理念

    星舰已完成11次轨道级试飞,其中使用一代星舰进行了6次试飞,二代星舰进行了5次试飞。一代星舰的试验周期为19个月,进入二代星舰(7-11次试飞)后,试验间隔明显缩短迭代周期压缩至1.5-3个月,因此二代星舰的试验周期仅为10个月,并解决了一代星舰遗留的热防护、发动机在轨重启等关键难题。集中体现了SpaceX小步快跑迭代的研发特点,相较于更为注重地面测试覆盖性、保证充足余量的传统研制模式,SpaceX结合飞行试验暴露潜在风险的作法形成了一种新思路。然而,践行上述理念,不仅要具备容忍失败的环境,更是要有充足的数据驱动,还必须有足够的研制资源投入和保障,才能让超重-星舰在两年多内完成两代技术跨越,从无法稳定分离快速进阶到实现完整任务闭环。

    表4 星舰综合飞行试验(IFT)情况统计

    (二)二代星舰试飞任务圆满收官,为其向应用发射过渡奠定了坚实基础

    通过本阶段试飞星舰项目取得了长足的进展,虽然过程中经历了数次失败,但最终实现了助推级的复用,验证了热防护系统性能、发动机在轨重启性能、有效载荷部署能力和大气层内机动能力等,星舰的技术成熟度不断提高,为三代星舰的研发提供了重要数据和支撑。三代星舰预计在2025年年底开展地面测试,2026年首飞。此外,SpaceX在二代星舰上遭遇的各类技术问题和处置决策,会为三代星舰的飞行试验提供经验积累,降低后续遭遇同类技术挫折的风险。

    (三)三代星舰仍面临攻关难题,NASA登月项目进度存挑战

    NASA航空航天安全咨询小组此前明确指出,星舰的技术表现与迭代进度,将直接决定载人登月舱(HLS)的研发与交付节奏。而在星舰此次试飞成功后,NASA代理局长强调星舰对阿尔忒弥斯任务的推进至关重要。但从当前进展来看,美国登月项目的进度仍面临显著挑战,三代星舰还需攻克在轨推进剂转移等关键技术,以及三代猛禽发动机可靠性难题,但距离计划中的阿尔忒弥斯-3载人登月时间仅剩两年,后续测试与改装工作的容错空间极小,任何技术延误或验证偏差,都可能对整体任务时间表产生影响。

    更新内容

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    二、 1.修复已知Bug。2.新服务。

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