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2019-11-11 0:23:30
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  译/Flying_Pencil (企鹅媒体渠道:航天喜好者)

  间隔 SpaceX 在 9 月 1 日发作的爆破事变已通过来两个月了,事变查询报告仍未最后出炉,但依隆·马斯克在克日承受 CNBC 单家采访的进程中走漏完事变的最后起因,为理注释清此次航天史上从未有过的新奇爆破事变,咱们专门翻译了一篇外文剖析文章,指望能为你答疑解惑。而有关考察结束后康复发射的最新音讯,详见注释后主页君的平常絮聒。本文原作者:JonathanBarnhart 翻译:Flying_Pencil

  若是你忘了 9 月 1 日发作了甚么,看这个视频就好!http://v.qq.com/page/b/9/b/b0021th6s9b.html

  译注:事变起因逐步浮出水面,起因是与 COPV 间接打仗的少点超冷液氧在氦气加注进程中固化,跟着氦气的充入,金属内胆逐步收缩并将固体氧揉捏入包裹在外的碳纤维中,最后二者发作化学反馈诱发爆破。这打消了咱们之前有关于描绘缺点的担忧,只需求稍批改加注流程,如许的喜剧便能防止,看起来 12 月的复飞愈来愈近了。

  到当前为止,关于 9 月 1 日的那场新奇事变,我尚未看到最后查询报告的出台。但当克日依隆·马斯克在 CNBC 对他的采访中重复说起几个词时,这一下引爆了我的思想。——他说的是液氦和固态氧。此次的紧张访谈让咱们可以理解他们今朝的境况是甚么,为何 SpaceX 可以云云自傲的判别:他们的猎鹰-9 火箭能够鄙人月(12 月)康复发射。

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9 月 1 号的事变击碎的不只仅是一次发射,而是火箭复用的现实。

  现已有一段时刻了,咱们晓得爆破是由“复合股料环绕纠缠压力容器”(COPV,Composite Overwrapped Pressure Vessel)惹起的(译注:猎鹰-9 火箭的 COPV 由铝制内衬和碳纤维外壳构成,内衬的效果仅仅阻隔容器表里,强度由外面环绕纠缠的碳纤维供给。)。COPV 是在高压下用于保留气体的罐子。在猎鹰-9 火箭中,它用于保留氦气。氦气在猎鹰-9 火箭中具备宽泛的用处,比方罐体加压和级间别离。

  COPV 并非一个新颖事物,它被用于火箭中现已有几十年了。COPV 具备良好的力学机能和极轻的布局分量,它首要由纤维构成,因而在某些方面它的性子更趋势于织物而不是金属。

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某次发射使命后突如其来的猎鹰 9 火箭的 COPV,底部能够明晰地看到显露来的碳纤维,纤维包裹的内胆选用的则是铝合金,详细工艺和合金商标不详。

  在这里我要说的,SpaceX 做的另外一件事是它给火箭加注濒临冰点的液氧而不是其余火箭遍及选用的濒临沸点的液氧。因而,这组成了这次爆破事变第二个紧张的要素——濒临三相点的液氧。偶然分,COPV 将吸引少点的液氧。然而事物其实不会简略的相加,液氧曾经冷却得更冷,但它依然是液体,这两本来风马牛不相及的货色是怎么带来的固态氧的呢?

  凡是状况下,若是不断的给一个牢固巨细的储箱充气,气领会放出很多的热。咱们能够发觉,当我在给自行车轮胎打气时,轮胎会变得十分热。这能够由抱负气体规律 pV=nRT 来描绘,当把 COPV 添补到猎鹰-9 的 5500 psi 时,发生的热量将非常惊人。(主页君注:p是指抱负气体的压强,V为抱负气体的体积,n示意气体物资的量,而T则示意抱负气体的热力学温度;R为抱负气体常数。psi 单元则是磅每平方英寸,一种老美的罕用压强单元)

  若是在一般火箭中,COPV(译注:译文云云,但理论上很少有火箭间接将 COPV 浸于液氧中运用)是浸在低沸点的液氧罐中的,这不是成绩。液氧将跟着 COPV 充气的停止而被加热,过热的液氧将蒸腾带走这局部额定的热量。而后,空中设施会将别的的液氧写入火箭来补救这局部的丧失。

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结合发射同盟旗下的“半人马座”下面级,它的氦气瓶吊挂于储箱尾部。

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咱们来比照一下,图为猎鹰-9 火箭的二级液氧储箱,图中液氧液面曾经降落了很多,而在二级焚烧前 COPV 都是浸泡在满满的液氧中的,这类描绘至关罕见,乃至能够称得上是 SpaceX 原创。

  然而,谋求技能先进性的 SpaceX 常常不走平常路。SpaceX 运用的是濒临三相点的超高温液氧(主页君注:也那是咱们常说的“预冷液氧”或“过冷液氧”,猎鹰-9 加注的液氧温度比失常火箭所选用的还要低,用意应用过冷液氧的高密度特点,在储箱标准稳定的条件下储存更多的液氧推动剂,然后榨干火箭的运力,火油预冷相似),云云低的温度便不同意 COPV 的热量进入液氧。热量的开释将惹起推动剂温度的回升,而密度和温度有关,更高的温度象征着只能照顾更少的推动剂,然后招致火箭运载系数的降落。以是,谋求更大运载才能的 SpaceX 不会选用今朝通例的 COPV 充气办法。

  那末氦气是怎么充入 COPV 的呢?固态氧又是怎么样发生的?在此之前的咱们还不清楚 SpaceX 是如那边置液氧加热成绩的。直到今天,采访中的马斯克说到他们会运用液氦添补 COPV,而不是彻底充入氦气。这类加注法式能尽量的保障液氧高温:在 COPV 写入液氦来吸引加热发生的热量。热量会使液氦沸腾,而不会加热它们外部的液氧。(主页君注:那是说,SpaceX 为了避免加压用的氦气加热液氧,作用预冷作用,选用沸点低至-268.9 摄氏度的液氦来灌装 COPV,如许一来,液氧是不会吸热蒸腾了,然而液氧熔点只要-218.4 摄氏度,液氦反倒吸引了液氧的热量,招致局部渗透 COPV 碳纤维裂缝间的预冷液氧酿成了固态氧)

  只有去查一下表,咱们都晓得液氦三相点比液氧的更低。明显,SpaceX 晓得此中的差别,为何他们的火箭科学家不以为这会有成绩?

  现实证明,液氦是一种十分奇异的物资。它的一个特点是具备十分低的比热容。艰深来说,它只需求很少的热量,便能加热到很高的温度。明显,SpaceX 的工程师们以为只需在液氧中留住充足的热量时,液氧便不会熔化成固体。可悲的是,仅仅大大都时分,他们是精确的。

  当濒临三相点的液氧浸入 COPV 纤维时,它发作了很少量的解冻,这是一场苦难。COPV 具备 5500 psi 的压力,纤维被强力地紧缩。这时,若是和 COPV 纤维交错在一同的氧气是液体或是气体,那末它将被挤出。但它不是,它是固态氧。

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COPV 剖切开后的横截面,银色的那是铝合金内胆,液氧那是渗透了箭头所指的这类资料裂缝中。

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典范的碳纤维环绕纠缠进程。

  更糟的是,碳纤维会和液体或固体的氧气反馈,很简单爆破,这一点咱们早已晓得。并且,这所有只需求一点点机器应力,便能触发。一切这些碳纤维与固态氧,需求的仅仅一点点(主页君注:依据译文,液态氧也会反馈,但因为受压可以挤出,以是不会爆破,现实上碳纤维复合股料跟液氧的相容性成绩从 90 年月曾经很驰名了,只不外不是这类模式)。造成了这类组应时,碳和氧会爆破,领前,会涉及到全部 COPV。

  从开真个查询报告中咱们能够得知,爆破破坏了 COPV,很多的氦气突入二级火箭储箱中,超压诱发了全部二级的爆破。

  用马斯克的话来讲,这是一场前所未有的事变。是的,在新技能的谋求之路上,总会有献身。这点小波折,就当是交给世界征途中的一点小膏火了。

  事变说完了,实在炸就炸了,马斯克如今在复合股料上交膏火不管怎么也比去火星的时分再交要廉价多了!并且最新的音讯是,SpaceX 曾经停止完事变考察中的紧张一步——事变复现。(若是最后事变论断与咱们翻译的剖析有差别,咱们会另行撰文)

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固然了,确定不是拿一个全新的猎鹰-9 二级来做试验,而是相似于图中这类的损坏性实验模仿情况,模仿预冷加注进程中固态氧招致的 COPV 破碎爆破。

  如许一来,前段时刻哄传的 COPV 与储箱加注造成声致共振招致 COPV 破碎的实践只能被扫入故纸堆了。不外幸亏证实了 COPV 自身的描绘并无成绩,火箭自身的描绘并非招致此次事变的底子原因(这个论断能够略微果断了一些)。然而奇异的在于猎鹰-9 火箭的一级也是这类相似的加注形式,然而却并无呈现过这类事变,今朝也没有依据显现1、二级的 COPV 在加注流程上存在差别,SpaceX 也没有阐明二者区分。然而 SpaceX 以为,咱们曾经找到了成绩,并且找到了成绩的处理办法——对加压用氦气的加注流程作出批改,防止发作液氧固化的景象,临时没有波及硬件上的窜改。

  如许一来,SpaceX 该当筹办康复发射了,由于底下的客户曾经急得像热锅上的蚂蚁了。。。此中铱星公司更是能够称得上“哭晕在茅厕了”,原今年末要有两次发射,共 20 颗铱星入轨,后果如今连个毛都看不到,仓库里的卫星每在空中多呆一天,白花花的银子就会不绝流走。别的据《华尔街日报》报导,SpaceX 的很能够要由于这次发射痛失大客户 Inmarsat PLC 的卫星(无声无息的海事卫星)发射定单,而在之前这家欧洲卫星通讯公司曾山盟海誓地抒发过对 SpaceX 重启卫星发射方案的信心,没方法,究竟时刻不等人。

  已然 SpaceX 没有挑选退回先辈们所选用的浸泡冷却氦气瓶的传统形式——钛合金氦气瓶,那末康复发射看来现已是遥遥无期了,之以是接续冒险,正由于 COPV 相关于钛合金气瓶在分量和本钱两个方面照旧有着凸起的劣势。而各人都晓得,老马对省钱这件事儿的迷醉甚于毒品。。。

  所以乎,今朝一切的音讯源都指向 SpaceX 将于 12 月康复发射,详细时刻和详细任务待定!

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十月末,德州测验场迎来了编号 031 的新火箭一级,全时长焚烧测验曾经完结,该一级曾经运往卡纳维拉尔角的 LC-39A 发射工位,成为康复发射的火箭。

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焚烧测验前的康复发射用的二级,实在最醒意图是右边红框中的布局测验箭体,依据外媒音讯,如今立在这里的是重型猎鹰火箭的助推器布局测验箭体,芯级测验箭体曾经完结测验拉走。

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固然另有更惊人的音讯——重型猎鹰火箭首飞箭的摆布两个助推器将运用收受接管后的猎鹰 9 火箭一级改装而成!(红框中)我真的想说,马斯克,你能再抠门点儿么?开初音讯放进去我是不信的,然而如今愈来愈多的外部音讯证了然这个做法。

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二级焚烧测验画面

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以色列 Spacecom 公司:Amos-6 卫星制作商 IAI 说,它将从稳妥公司收到 1.96 亿美圆,而信威的收买将接续,固然正如我所预言的,估值上确定要有所变更了

  除此以外,关于来岁的载人龙使命,为了可以腾出更多精神预备暂定于来岁的载人龙发射,SpaceX 决议从 CRS-11 补给使命(下一次使命是 CRS-10)开端,运用收受接管并翻新后的货运龙飞船为国际时间站送去补给。SpaceX 民间示意,复用货运龙飞船进程中最难处置的成绩那是淡水的侵蚀,这也是下一代龙飞船选用陆上反推着陆的起因之一,但不管怎么,货运龙的复用也是人类航天史上的一次全新测验了,一样值得称许。

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图为海上回回收来的货运龙飞船,底部七扭八歪的喷口是 Draco 引擎,阁下的大叔是“梅林”(Merlin)系列发起机的创立者 Tom Muller,曾任 TRW 公司总描绘师

  说真的,追寻古人的脚步停止描绘的确可以少走许多弯路,然而老马宁肯交着膏火,顶着危险,面临着各类航天史上从未呈现过的八怪七喇的事变来一竖立异,固然交膏火简直是板上钉钉的事件,不外咱们仍是指望他少交点儿比拟好。究竟如今违心这么做的人真的未几了。

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