星舰|马斯克的星舰爆了又爆,背后可能是在跟燃料较劲儿!

星舰|马斯克的星舰爆了又爆,背后可能是在跟燃料较劲儿!
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马斯克推特截图
在SpaceX公司老板马斯克与网友的对话中可以看到 , “SN10的发动机在二次点火的时候动力不足 , 这可能是由于顶部燃料箱中氦气泄漏导致的 , 所以SN10才会以大约10米每秒的速度落地 , 较大的冲击力震坏了一个降落支架和部分裙板” 。 最终剩余的燃料也不断地泄露出来 , 导致了试飞着陆后8分钟的爆炸 。 马斯克表示 , “这些问题会在未来的SN11上得到改进” 。
可能有的网友看出问题来了!不是燃料箱么?怎么还有氦气?
卧推100公斤的壮汉 , 却抓握不住1公斤的液体
花几分钟懂点儿啥 , 这是科学懂点儿啥的第30篇原创
SN8、9、10 , 三枚星舰实验火箭的测试结果都以部分失败告终 , 毕竟飞行姿态控制的很漂亮 , 空中机动动作也都做出来了 , 不过落地过程都不太顺利 , 8号和9号直接坠毁 , 10号勉强落地 , 但也还是摔坏了 。
这其中的根源可能是火箭在空中二次点火的难题 , 不同于我们在地面上开车 , 就算是熄火了启动起来也很简单 , 但是火箭不同 , 不同的飞行高度、速度以及它们所对应的空间环境 , 都会对火箭发动机的二次点火造成极大的影响 。
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SN10着陆后 , 爆炸前留照
以这次的星舰SN10为例 , 它选择在降落阶段 , 火箭姿态由水平转为竖直的过程中二次点火 , 难点就在这里 。 我们抛开火箭整体 , 只看其中的燃料箱和发动机 , 此时 , 火箭处于自由落体状态 , 整体可能轻微失重 , 这就像是坐电梯下楼 , 当电梯启动的时候电梯里的人会跟着一起加速下降 , 如果你恰好吃的有些饱 , 或是喝了不少饮料的话 , 此时你或许有种想吐的感觉 , 这对于实验中的SN10火箭而言有些相似 。
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看过此图之后 , 每次坐电梯都有点带感
水平下落的时候 , 火箭燃料箱中的燃料就如同胃中的食物 , 也想着跑出来 , 所以它们不会像静置时或是加速上升时那样乖乖的呆在燃料箱的底部 , 而是跑到上面去了 , 这对点火过程是非常糟糕的姿势 。
当SN10通过襟翼开始调整姿态并减速的时候 , 此时的火箭处于超重状态 , 就像是坐电梯下楼时快到一楼了 , 会有一个减速刹车 , 给人身体有向下被压紧的感觉 。 此时燃料会运动回燃料箱底部 , 不过由于它们是液体 , 所以不会就此停止 , 而是在箱体内来回的“晃荡” 。 一来燃料泵入压力低不利于二次点火 , 二来火箭的重心也被它们给荡歪了 。
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SN9火箭调姿赏心悦目 , 内部可能翻江倒海
SN10的工程师们通过给燃料箱加氦气的方式 , 以此来“稳住”这些燃料 , 让它们尽可能地乖一些 。
疑问来了 , 为什么是氦气呢?
因为轻!
但是气体能有多大点儿分量?!!
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两个球型header tank , 储存高压气体约800立方米
星舰二次点火时要求把液氧打到10米高 , 而且需要在一定过载(约5g)的情况下持续足够长的时间 , 才能满足发动机二次点火的要求 , 如同通过氧气来加压 , 算下来需要携带近6吨才行 , 实在太重了 , 航天发射可是一寸空间一寸金呐!哪能这样浪费 , 所以才有了氦气加压的方案 , 而最终SN10也因氦气泄漏 , 导致发动机二次点火后燃料供给情况不佳 , 无法提供足够的升力来减速 , 最终造成爆炸的后果 。
这个问题解决起来确实很有难度!
【星舰|马斯克的星舰爆了又爆,背后可能是在跟燃料较劲儿!】星舰|马斯克的星舰爆了又爆,背后可能是在跟燃料较劲儿!
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每次实验后对残骸的调查都至关重要
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2006年马斯克蹲在猎鹰1号残骸旁


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