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最近,SpaceX“星艦”的第一級,也就是70米長的“超級重型”助推器安裝29臺“猛禽”發動機,讓人們似乎重回冷戰時期人類航天那個風雲激盪的年代。其總體設計與備受詬病的蘇聯N1火箭幾乎一樣,要知道當年N1火箭就是因為並聯了太多發動機,安全性急劇降低,四次發射四次全部失敗,直接葬送了蘇聯人登月的夢想,如今馬斯克的“星艦”重走N1的老路子,真的靠譜嗎?很多人都要這樣的擔心。

星艦是在走N1火箭的老路子嗎?

首先,我們來看看“星艦”的發動機佈置,第一級“超級重型”計劃安裝33臺“猛禽”發動機,現在的試驗樣機B4安裝了29臺。其中外圈是20臺“猛禽”RB,只在發射階段提供推力,而中間的9臺則是向量推力型“猛禽”RC,它們具有噴口向量擺動能力,除了在上升段提供推力外,還將在火箭下降階段,幫助助推器調整姿態和飛行方向,順利回收。

超級重型B4的29臺發動機

兩種猛禽發動機

而蘇聯的N1火箭,用24個液氧/煤油NK15(NK-33)環形佈置在火箭一級周圍,中間還裝了6臺NK15,雖然兩者發動機數量和佈置略有不同,但可以看出,“星艦”助推器的基本思路和N1火箭幾乎是一致的。

N1火箭的發動機佈置

不過,N1真正的問題,不是並聯的發動機太多了,而是無法解決共振問題,因為它為了趕時間,連一些必要的地面試驗都沒有做,且由於科羅廖夫的去世,不得不換總設計師,新任總設計師的設計理念又和科羅廖夫不一樣,中途修改連設計,所以N1其實是一個“狗尾續貂”的半成品。

N1連一些必要的地面試驗都沒做

現在到了“星艦”,技術和冷戰時期已經完全不同了,特別是感測器技術、故障模型分析、流體分析技術、飛行控制技術都已經脫胎換骨。在地面試驗期間,就能發現很多設計上的隱患。而且SpaceX藉助有利的輿論環境,透過“一炸再炸”的方式,實現了技術上的快速迭代,比傳統的動輒一兩年的“歸零”過程更有效率。

正在吊裝中的超級重型B4

一般來說,多發並列的火箭,都有很大的冗餘設計,即使N1也是這樣。而SpaceX的核心技術,就是解決了N1火箭多發並列故障頻發的問題,它於2011年9月開始研製的“重型獵鷹”可重複使用火箭,採用的就是多發並聯方案。雖然“重型獵鷹”選擇的是兩個助推器和一個第一級火箭,也就是3X9的方案,但是每個助推器也並聯了9臺默林1D發動機,周邊8臺,居中1臺,起飛時允許一臺發動機故障,飛行一段時間後,允許2臺發動機故障。

重型獵鷹3X9佈局

當然,獵鷹9也有同樣的冗餘設計,比如在2020年3月18日,SpaceX第6次發射“星鏈”時,獵鷹9一級的1臺發動機就因故障提前關機,其餘發動機立刻提高推力,仍成功將衛星送入預定軌道。

1臺發動機提前關機,獵鷹9仍將衛星送入預定軌道

而動力冗餘的前提,是單臺發動機的故障不會擴散到其他發動機和其他系統。比如在在2012年10月7日,獵鷹9第一級的1臺“梅林”1C發動機在發射79秒後提早關機,導致未能將OG2衛星送入軌道。由於發動機壓力釋放,導致其保護罩破裂,但其他8臺發動機均沒有受到影響,而N1四次發射失敗,都是因為單臺發動機故障,很快擴散至全身。

獵鷹9發動機佈局的改變

當然,“星艦”超重型助推器也不是完全沒有風險,它現在面臨的最大問題,主要就是燃料輸送系統能不能正常工作,但這並不是無法逾越的難關,最多有一兩次失敗,就可以徹底突破。

超級重型的燃料輸送管道

換個角度看下

這裡出現問題的可能性更大

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