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Starship 從發射台起飛一刻。(Space X 視頻擷圖)
由太空探索公司(Space X)研發的、被譽為史上最強大火箭的星際飛船(Starship),在美國中部時間4月20日上午8時33分,在太空探索公司位於得克薩斯州的發射場進行第一次試發射。在升空約2分半鐘後,火箭姿態控制出現問題並開始翻滾,最終在升空4分鐘後由地面控制中心發出自毁指令,整支火箭隨即爆炸墮落墨西哥灣。火箭在整個發射過程中達到最高離地高度為 39 公里,最高速度達每小時 2157 公里。
The tallest and most powerful rocket ever built launching. The liftoff of SpaceX Starship pic.twitter.com/meav59yVmn
— Massimo (@Rainmaker1973) April 20, 2023
在試發射後,Space X 在網站公布中指出,Starship 爬升到墨西哥灣上空約 39 公里的遠地點,是迄今為止所有 Starship 試射中達到的最高高度。火箭在飛行過程中有多台發動機熄火、失去高度並開始翻滾,最終「飛行終止系統」(即自毁裝置)在助推器和船上都被啟動。
在 Starship 首飛的直播畫片中可見,火箭在升空約 2 分鐘後姿態開始出現大幅度變化,2 分半鐘後更出現翻滾情況。而火箭上的 33 台發動機,有 3 台在升空時已不工作,在飛行過程中最多曾有 6 台發動機同時熄火。(視頻擷圖)
Space X 在公布說「Starship 給我們帶來了一場精彩的表演」,測試是成功的,因為從中學到了東西,「我們今天學到了大量關於火箭和地面系統的知識,這將幫助我們改進 Starship 未來的飛行」。
Congrats @SpaceX team on an exciting test launch of Starship!
Learned a lot for next test launch in a few months. pic.twitter.com/gswdFut1dK— Elon Musk (@elonmusk) April 20, 2023
Space X 創辦人馬斯克也在其推特帳號上發言,祝賀團隊對 Starship 進行了「激動人心的測試發射」,並預告下一次試射將在幾個月後進行。
整個 Starship 由兩個主要部份組成,第一級是稱為 Super Heavy 的火箭箭體,其上則是可進入軌道飛行的 Starship,兩級都被設計成可重複使用,以達到減省發射成本的目標。
按 Space X 原來的發射計劃,這次的試射沒有安排回收兩級箭體。Super Heavy 在飛行2分49秒後關閉發動機,2分52秒與 Starship 分離,隨後 Super Heavy 會嘗試再啟動部份發動機使其可控地墮落在離墨西哥灣海岸約32公里處。上面的 Starship 與 Super Heavy 分離後會啟動發動機 560 秒,使 Starship 上升到大約 233 公里高度,速度達每小時 28,160 公里的軌道上向東飛行,在圍繞地球飛行約 3/4 圈後,重返大氣層,最後在夏威夷的考艾島西北約 100 公里處落入太平洋海面,整個飛行時間大約 90 分鐘。
首次試射前,航天愛好者繪製的 Starship 計劃飛行軌跡圖。(sattrackcam 網站擷圖)
Space X 首席集成工程師因斯普魯克(John Insprucker)在現場直播發射時表示,Space X 並不期望一切順利,新火箭經常在第一次試飛時失敗。他強調,今次試射的重點是收集數據並對最終發生的任何事情做出適當的反應。畢竟 Starship 的設計比大多數火箭更大膽、更複雜。
Starship 的試射之所以備受全球航天愛好者關注,是因為它是目前推力最強大的火箭。它的第一級 Super Heavy 上併聯安裝了 33 台猛禽發動機,使它的起飛推力達到驚人的 7,590 噸力(Ton-force)。相比之下,美國太空總署(NASA)的重返月球計劃(Artemis I)去年成功發射的太空發射系統(SLS)起飛推力只有約 3,976 噸力,而實現首次載人登月任務的土星五號火箭的推力則只有 3,518 噸力。
強大的推力使得 Starship 能夠一次將 150 公噸載重送入近地軌道,國際太空站的總重量有 450 公噸,即是只需要 3 次 Starship 的發射任務,就可以將整個國際太空站送入軌道。由 Starship 改進而成的載人登月系統(Starship HLS)已獲得 NASA 的合約,在阿耳忒彌斯3任務中,作為宇航員登陸月球表面的載具。而馬斯克開發 Starship 的目標,最終是實現載人登上火星。
Starship 及 Super Heavy 組合體。(Space X 網站擷圖)
Starship 另一項備受關注的技術,是它所使用的燃料:甲烷。以甲烷作為火箭發動機的推進劑,產生的比衝雖然沒有採用液氫發作為推進劑的發動機高,但它的工業化提取成本遠低於液氫,而且甲烷也是天燃氣的主要成份,獲取方便儲量大。低成本的燃料加上可以重複使用的箭體,使得 Starship 的發射成本遠低於現有的各國非商業火箭載具,馬斯克希望最終能實現每公斤載荷的發射成本減至10美元。
使用甲烷的另一個優點是它普遍存在於太陽系中除地球以外的地外星體,火星大氣中就存在甲烷。在人類未來的太空開發中,航天器在降落地外星體後,可以提取星體上的甲烷作為燃料,航天器則不需要携帶大量燃料作為星體間飛行的回程燃料,可以就地取材。
目前,多個航天強國都在發展以甲烷為燃料的火箭,包括中國正在論證的重型火箭長征九號,但尚未有一型以甲烷為燃料的火箭能成功將載荷送入軌道。
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