星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功
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  • 2024年10月19日 18:41
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三、飞行实况

本章节主要根据官方直播介绍星舰飞船与超重助推器的实际飞行过程。点火指令于北京时间2024年10月13日晚20时25分正式发出,以此为基准时间进行统计。

4.1 超重助推器飞行状况

T-00:00:02,星舰超重助推器同时启动内圈与中圈共13台发动机,并在2秒内启动剩余所有发动机。

最终在距离发动机点火后4秒,星舰起飞,正式进入飞行阶段。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图34 超重助推器发动机点火顺序 

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图35 星舰起飞

T+00:01:00,星舰达到最大动压状态,此时根据遥测参数,星舰整体速度为1116km/h,高度为9km。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图36 星舰达到最大动压

T+00:02:34,星舰启动超重助推器关机程序,并从外向内关闭总计30台发动机,仅剩三台中心发动机继续工作。

此时根据遥测信息,星舰速度为5275km/h,高度为64km。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图37 超重助推器发动机关机顺序

T+00:02:39,星舰迎来起飞后的第一项重点程序。

此时星舰飞船依次启动外圈与内圈发动机,并于3秒后助推器与星舰飞船成功热分离。此时星舰速度为5227km/h,高度为69km。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图38 星舰飞船点火顺序

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图39 热分离箭上图像

T+00:02:46,超重助推器进行返回点火,启动所有中圈发动机,并将姿态角从小倾角调整为水平。

超重发动机最终于点火1分钟后全部关机。此时速度为1899km/h,高度为95km。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图40 超重助推器第一次姿态调整

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图41 超重助推器所有发动机全部关机

在直播中,并没有超重助推器抛出热分离适配器的特写画面,但通过地面视角可以看到,热分离适配器已经顺利抛出。

从视频上看,超重助推器进行了多次调整,避免与适配器距离过近。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图42 超重助推器抛热分离适配器过程

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图43 热分离适配器(红圈处)

T+00:03:49, 发射指挥人员表示发射塔的状态允许超重助推器返回进行回收。

T+00:05:10, 主持人确认超重助推器返回指令已发送,机械臂准备执行超重助推器回收流程。

T+00:06:30,超重助推器进入亚音速段,并迅速启动中心发动机,为最后的着陆做准备。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图44 超重助推器发动机着陆启动顺序

T+00:06:37,超重助推器将速度减小至237km/h左右后,依次关闭中圈与内圈发动机,并最终以3km/h左右的速度被机械臂捕获。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图45 机械臂捕获超重助推器

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图46 超重助推器关机时刻

根据回收时的两处特写镜头,可以看到机械臂上有明显的压缩,结合图37与图38来看,此时超重助推器的发动机均已关闭,压缩机构可能是用来抵消超重助推器自身重力。 

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图47 直播中的回收特写(双视角)

4.2 星舰飞船飞行状况

T+00:07:58,在超重助推器被机械臂成功捕获后一分钟左右,星舰飞船启动发动机关机程序,从外至内关闭所有发动机并开始滑行阶段,轨道最终高度为212km,与第四次飞行试验相同。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图48 星舰飞船发动机关机顺序

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图49 星舰飞船达到轨道最高点

T+00:37:24,星舰飞船开始对姿态进行调整,为接下来的再入大气层做准备。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图50 星舰飞船为再入做准备

T+00:45:30左右。飞船边缘开始出现等离子体。星舰飞船开始进入黑障区。

在整个再入的过程之中,星舰飞船受到的热逐渐增大,并于T+00:49:00左右达到最大温度。

在星舰进入最大动压状态前,根据SpaceX新增的鼻锥处以及尾部襟翼摄像头可知,星舰飞船鼻锥处襟翼与舰体连接处在大于T+00:58:39开始烧蚀。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图51 襟翼处开始出现烧蚀(白圈)

值得一提的是,在T+00:58:42,直播人员表示,星舰S30上布置了的银色防热瓦,是在标准防热瓦外表包裹了铝材料,因为铝熔化的温度是不锈钢开始失效的温度,以此来指示结构的受热问题。这也解释了S30的相关变化。

星舰飞船最后于T+01:00:38达到返回段最大动压状态。此时,星舰鼻锥襟翼处烧蚀逐渐严重,但烧蚀情况远好于第四次飞行试验。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图52 星舰飞船达到Max Q 以及此时襟翼的烧蚀(白圈)

T+01:03:05,星舰飞船顺利进入跨音速飞行状态,根据遥测数据,此时的速度约为979km/h,高度为20km。星舰飞船于25秒后进入亚音速状态。

此后,飞行图像因星舰飞船所在时区为傍晚而较差,只能隐约观察到襟翼是否摇摆。

T+01:05:23,星舰飞船发动机启动进行着陆点火。此时星舰飞船速度为332km/h。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图53 星舰飞船着陆点火

从遥测信息来看,星舰飞船的着陆点火以及着陆调姿(“神龙摆尾”)似乎是同时进行的,这一点与官方时序不同。

由于此前的光线原因,无法进行进一步判断。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图54 星舰飞船最后阶段姿态变化

T+01:05:43,星舰团队宣布着陆点火结束,溅落成功,不久后星舰自毁,根据遥测,此时速度为7km/h。

溅落位置处于浮标摄像头处,可判断其精度符合官方预计。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图55 星舰溅落与自毁

4.3 飞行参数

4.3.1 本次飞行试验飞行参数

根据直播数据,本次飞行试验理论与实际飞行时序的差异见下表。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 表7 实际飞行时序与官方飞行计划对比

根据前述直播视频情况整理得到的飞行时序及特征参数见下表。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 表8 实测飞行时序与特征参数对比

以下为超重助推器的实际飞行参数时间历程曲线。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图56 超重助推器实际v-t与H-t曲线

以下为星舰飞船的飞行参数时间历程曲线。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图57 星舰飞船实际v-t与H-t曲线

以下为本次飞行试验的整体飞行参数时间历程曲线。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图58 星舰飞行全程v-t与H-t曲线

4.3.2 与上一次飞行试验的对比

4.3.2.1  超重助推器

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图59 超重助推器IFT-4(蓝)与IFT-5(红)数据对比

4.3.2.2  星舰飞船

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 图60 星舰飞船IFT-4(蓝)与IFT-5(红)数据对比

4.3.2.3  飞行时序差异对比

下表为第四次飞行试验中,实际飞行时序与官方飞行时序的对比。

星际荣耀详尽分析SpaceX星舰第五飞:瑕不掩瑜 99.9%成功 表9 第四次飞行试验中实际飞行时序与官方飞行计划对比

4.3.3 小结

从本次实际飞行时序以及官方飞行时序对比可以看出,星舰在上升段以及超重助推器返回段,飞行时序的差距在±3s以内,可以认为精确执行。而星舰飞船的再入则比官方时序晚约1分钟,但后续任务执行精准。

从超重助推器以及星舰飞船在两次飞行试验中的速度与高度数据来看,在本次飞行试验中,超重助推器整体的飞行高度与速度均小于上一次飞行试验。由此可以推测,这是为了降低超重助推器返回时的热环境。


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