N1附体?马斯克29台发动机的大火箭上架,星舰完全体似曾相识
最近,SpaceX"星舰"的第一级,也就是70米长的"超级重型"助推器安装29台"猛禽"发动机,让人们似乎重回冷战时期人类航天那个风云激荡的年代。其总体设计与备受诟病的苏联N1火箭几乎一样,要知道当年N1火箭就是因为并联了太多发动机,安全性急剧降低,四次发射四次全部失败,直接葬送了苏联人登月的梦想,如今马斯克的"星舰"重走N1的老路子,真的靠谱吗?很多人都要这样的担心。
星舰是在走N1火箭的老路子吗?
首先,我们来看看"星舰"的发动机布置,第一级"超级重型"计划安装33台"猛禽"发动机,现在的试验样机B4安装了29台。其中外圈是20台"猛禽"RB,只在发射阶段提供推力,而中间的9台则是矢量推力型"猛禽"RC,它们具有喷口矢量摆动能力,除了在上升段提供推力外,还将在火箭下降阶段,帮助助推器调整姿态和飞行方向,顺利回收。
超级重型B4的29台发动机
两种猛禽发动机
而苏联的N1火箭,用24个液氧/煤油NK15(NK-33)环形布置在火箭一级周围,中间还装了6台NK15,虽然两者发动机数量和布置略有不同,但可以看出,"星舰"助推器的基本思路和N1火箭几乎是一致的。
N1火箭的发动机布置
不过,N1真正的问题,不是并联的发动机太多了,而是无法解决共振问题,因为它为了赶时间,连一些必要的地面试验都没有做,且由于科罗廖夫的去世,不得不换总设计师,新任总设计师的设计理念又和科罗廖夫不一样,中途修改连设计,所以N1其实是一个"狗尾续貂"的半成品。
N1连一些必要的地面试验都没做
现在到了"星舰",技术和冷战时期已经完全不同了,特别是传感器技术、故障模型分析、流体分析技术、飞行控制技术都已经脱胎换骨。在地面试验期间,就能发现很多设计上的隐患。而且SpaceX借助有利的舆论环境,通过"一炸再炸"的方式,实现了技术上的快速迭代,比传统的动辄一两年的"归零"过程更有效率。
正在吊装中的超级重型B4
一般来说,多发并列的火箭,都有很大的冗余设计,即使N1也是这样。而SpaceX的核心技术,就是解决了N1火箭多发并列故障频发的问题,它于2011年9月开始研制的"重型猎鹰"可重复使用火箭,采用的就是多发并联方案。虽然"重型猎鹰"选择的是两个助推器和一个第一级火箭,也就是3X9的方案,但是每个助推器也并联了9台默林1D发动机,周边8台,居中1台,起飞时允许一台发动机故障,飞行一段时间后,允许2台发动机故障。
重型猎鹰3X9布局
当然,猎鹰9也有同样的冗余设计,比如在2020年3月18日,SpaceX第6次发射"星链"时,猎鹰9一级的1台发动机就因故障提前关机,其余发动机立刻提高推力,仍成功将卫星送入预定轨道。
1台发动机提前关机,猎鹰9仍将卫星送入预定轨道
而动力冗余的前提,是单台发动机的故障不会扩散到其他发动机和其他系统。比如在在2012年10月7日,猎鹰9第一级的1台"梅林"1C发动机在发射79秒后提早关机,导致未能将OG2卫星送入轨道。由于发动机压力释放,导致其保护罩破裂,但其他8台发动机均没有受到影响,而N1四次发射失败,都是因为单台发动机故障,很快扩散至全身。
猎鹰9发动机布局的改变
当然,"星舰"超重型助推器也不是完全没有风险,它现在面临的最大问题,主要就是燃料输送系统能不能正常工作,但这并不是无法逾越的难关,最多有一两次失败,就可以彻底突破。
超级重型的燃料输送管道
换个角度看下
这里出现问题的可能性更大
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