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唉,又炸了!

跆拳道大灰狼 航天爱好者 2021-06-23

主页君说

近两年的SpaceX可谓是顺风顺水,火箭发射全胜不说,重型猎鹰头两次发射均获成功,载人龙飞船无人试飞成功,似乎已经摆脱了往日“每年一炸”的噩梦。然而好景不长,北京时间2019年4月21日凌晨,公司在肯尼迪航天中心LZ-1的简易试车台对回收不久的载人龙飞船进行静态点火测试,结果测试过程中突发异常(官方原文anomaly)。具体损毁情况目前各种说法皆有,据目前爆料,实际上飞船是“原地爆炸”了,整船皆毁,再遇重挫。


当地游客看到试车台飘来大量橙红烟雾

准官方说明

以下视频来自于一位推特名为Astronut099的分享,看起来是围观测试失败录像时录屏得来的,据其自我介绍是一名来自肯尼迪航天中心的火箭工程师。


如果视频属实,这真就是传说中的“原地爆炸”了,幸亏飞船中没有航天员

时间所限,针对此次事故梳理了以下几方面内容,尤其是针对最极端糟糕的“药丸”情况做了说明,当然在最终事故调查报告出来前,还不好说这款飞船的未来会受哪些影响:

NASA局长也做了一个比较官方的回应

1.SpaceX的载人龙飞船是美国三款新一代载人飞船中最激进(先进)的一款(下图),其中最出色的设计就是自备动力逃逸,该设计免去了神舟、联盟、猎户座、阿波罗飞船的巨大逃逸塔,填补了以往逃逸塔分离后的逃逸空白区,具备全程逃逸能力。

飞船具体设计详见往期文章,有详细介绍:某大国卧薪尝胆刻苦攻关,历经七年誓破列强封锁,今朝独立自主载人飞天!

从左至右分别为星际线(Starliner)、载人龙(Crew Dragon)、猎户座(Orion)

2015年发射台逃逸试验录像,可以清晰了解逃逸系统的设计

2.载人龙的自备动力逃逸与波音的星际线(StarLiner)飞船还有不同,他的逃逸发动机和推进剂贮箱就安装在航天员的加压舱周围(图3球形贮箱位置示意),距离航天员仅“一板之遥”,这样整套逃逸系统可以随船回收有利回收复用,长期成本更低,星际线是返回前即抛,本质也是一次性的。


图3:这是货运龙结构图,但是贮箱位置基本一致,不信见下图

这是载人龙的静力试验机,红圈处是推进剂贮箱位置

波音星际线飞船的逃逸发动机和贮箱位置,在服务舱上,分离式即抛弃,距离航天员稍远

而飞船逃逸系统设计事关航天员生命安全,需要逃逸发动机点火可靠性高,推力大,响应迅速,因此以固体发动机为主,且为一次性设计,飞船升空过程中即与飞船分离并抛弃,无法重复利用。SpaceX则另辟蹊径,将逃逸发动机设置于飞船返回舱侧壁,采用推式逃逸方案。此外还专门为载人龙飞船研发了超级天龙座(Super Draco)逃逸发动机,两台一组,互为备份,每隔90度安装一组,总计8台。超级天龙座发动机使用四氧化二氮/甲基肼推进剂组合,挤压循环,推力约71000牛,可重复使用,燃烧室采用铁铬镍材料经激光3D打印技术生产,由于逃逸发动机贴近航天员座位,为防止发动机爆炸波及,SpaceX额外设计了发动机包容壳来约束飞射物。

绿色框线就是包容壳位置

3.但是问题就出在这个发动机和贮箱位置上,逃逸发动机采用的是四氧化二氮/甲基肼双组元推进剂(参数详见我做的下图),接触自燃,加注量高达2.2吨(1.36吨四氧化二氮,0.85吨甲基肼)。虽然发动机设计了包容壳(上图),但贮箱没有(图3),一旦贮箱发生爆炸,势必产生连锁反应,2.2吨推进剂爆炸之下,航天员几无幸存可能。

我们整理的飞船参数,可见推进剂加注量

你没看错,球形推进剂贮箱还是碳纤维复合材料缠绕压力容器,和Amos-6事故的“罪魁祸首”是同一种结构,强度高,重量轻,本图不代表任何事故原因猜测,最终以调查报告为准

有关Amos-6爆炸事故,详见我们的往期文章:

[分析]屋漏偏逢连夜雨—SpaceX的第三次低谷

如何按SpaceX的风格引爆一枚火箭——恢复发射前你应该知道的真相


4.逃逸系统是保护航天员在火箭出现极端情况(爆炸或解体)下安全离开火箭返回地面的最后保命手段,需要极高的可靠性和安全性,能自爆的逃逸系统几乎是不可接受的。

阿波罗飞船的发射台逃逸试验,相当壮观,但是这东西最好真实发射中永远用不上

猎户座飞船的逃逸塔,可以和载人龙的自备动力逃逸做一下对比

5.NASA一直以来其实对SpaceX的这套系统都有质疑,第一个证据就是砍掉了同样使用逃逸发动机的反推着陆设计,认为其风险性不足以弥补代替伞降的优势。不过对自备动力逃逸本身并未公开表态过,但是在发射台逃逸试验中,一台逃逸发动机关机不及时(类似下图,但不是),NASA进行过额外的专项审查。

橙红色烟雾是四氧化二氮高温分解成二氧化氮导致的,二氧化氮为橙红色

从左至右,四氧化二氮温度升高,逐渐分解成二氧化氮,这也是海边游客看到的大量橙红色烟雾的来源

6.NASA对于这批商业飞船有着极端苛刻的安全性要求,远高于人类历史上所有载人航天器,原有乘员损失率要求高达1000分之1(1000次任务死1人),后放水到270分之1,仍然非常之高,详见下图。

近乎变态但不过分的安全性要求,NASA已经被航天飞机吓怕了

7.根据NSF的L2消息,本次爆炸的确发生在逃逸发动机静态点火期间,与RCS姿控发动机(Draco)无关。


结论:在这样苛刻的安全要求之下,加之本身就对SpaceX的设计有质疑,此次爆炸将导致NASA对载人龙现有的整套逃逸设计方案产生彻底不信任(图9为NASA声明,暂无表态),进度上的推迟和拖延都是小问题。除非SpaceX能彻底证明事故与自备动力逃逸设计无关,否则不排除NASA要求飞船逃逸设计推翻重来的可能,这样一来,这款飞船设计将重新趋于保守,和其他几款飞船一样泯然众人,人类革新载航天方式的努力再次失败,这也是“药丸”的涵义所在。


创业的道路还真是异常的坎坷

俄罗斯和波音估计今晚做梦都能笑醒

好在,这家公司还在继续向前,祝他们未来好运吧:

猛禽正在重新安装,准备下一步试验

轨道版BFR成型中

(全文完)


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