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龙飞船空中逃逸实验小抄

2020-01-17 21:56 作者:PureCosmos  | 我要投稿


新鲜的官方任务图标哟

一、啥是空中逃逸实验

空中逃逸实验指测试飞行器(通常为载人用)在飞行过程中遇到严重的异常情况时,能否自主将重要部分(客舱)紧急脱离,并随后降落至安全区域的测试。

任务海报一张

二、为啥要进行逃逸实验

为了验证和演示飞船的安全性,即使发射了最糟情况下依然可以从飞行事故中的逃生能力。除了对硬件的检测和实验,也是对包括地面、海面团队的软件系统的训练。

三、如何进行这次的逃生实验

此次的实验SpaceX将使用已经飞行过三次的一级B1046.4,连带装满推进剂的二级和龙飞船来进行。前半段完全模拟正常的发射任务,中段人为制造事故现场,“炸掉”火箭,检测龙飞船是否能启动其逃生系统,快速脱离事故区域并安全降落在附近海域并由海面队伍回收。

具体来说,是在火箭升空后约90秒(80-100s)左右,接近Max-Q的位置切断引擎和控制。此时龙飞船应当检测到异常,并启动SuperDraco引擎,快速但以不得超过 6g 的加速度(NASA的安全规定,实验预计最大加速度为4.4g)脱离下方的火箭。随后失去姿态控制和头部保护的火箭会在巨大的空气动压加龙飞船SuperDraco的尾焰双重压迫下解体。此时猎鹰九号的一级内还有这过半的燃料和液氧,二级更是仍在满油箱状态,于是这新年前最为昂贵的一枚烟花就此被点燃……

说回龙飞船,分离时高度大约为19km,或14--26km(参考DM1任务),自身推进器启动前的速度已经达到约2.5马赫。短暂启动SuperDraco引擎后速度进一步增加到约3马赫,之后随着惯性会继续上升一段时间,最大高度可能会达到约40--60km左右(我自己进行的估算,使用DM1的参数,下限假设T84s分离,上限假设T96s分离,假设SuperDraco引擎启动6-7s,平均加速度3g。网上的最高估算为75km)。到达最高点时,龙飞船将丢弃外部非加压货舱,随后姿态调整用Draco引擎调整飞行身姿,屁股就此开始朝向飞行方向。降落至高度约10km左右时两个牵引伞打开,降落至约1-3km时四个主降落伞放出并逐渐展开,最终降落在离岸约33km处的海面,并由前去该海域的回收船回收。同时派出其他船只前往火箭残骸坠落区收集火箭碎片和龙飞船的货舱。

全任务时长约10+分钟,任务手册和演示动画见下方。

任务手册第一页
第二页

四、时间和地点?

载人任务的预演,地点自然是佛罗里达州肯尼迪太空中心历史悠久的39A号发射台。

预定1月18日东部时间8点左右,窗口开放四个小时,国内则是18日晚间9点至次日凌晨1点间。除了常规发射要求外,能见度为最重要的天气考虑因素。(窗口开放的8点至12点也有可能是考虑了光照条件)

天气预报(更新于15日)首日放行率90%,次日30%,再次日40%,因为窗口时间很长,于首日进行持乐观态度。但同时观众需要做好漫长等待时间的心理准备。

1月15日更新的天气预报


五、火箭非牺牲不可么?幸存几率?没法抢救下么?

就结论而言,火箭在空中的解体和爆炸不可避免。老马也表示曾试图设计过拯救过B1046的方案,但没有可行的。

至于为什么火箭会解体,上面已经简略地提过,(或者按老马的说法“毁于龙炎”)这里可以稍详细地再讲一下。

被问到火箭是自然解体还是会启动飞行紧急中止程序来起爆火箭,老马答到:“毁于龙炎”

老马的说法自然是有打趣的成分,虽不严格正确,却也不算错误。如上文所说,火箭的解体大体来说来自于巨大的空气动压和龙飞船的巨龙引擎的尾焰(SuperDraco这样翻译没问题吧)的双重打击。所以“龙焰”确实会是摧毁火箭的因素之一。

当然这里需要说明的是,即使没有来自龙焰的摧残,火箭的解体依然不可避免。这里就需要在解释下空气动压和Max-Q。听过我解说的老伙计应该非常熟悉Max-Q,即最大空气动压点的概念。火箭在上升过程中随着速度的不断增加,受到的空气阻力越来越;另一方面这阻力又随着上升过程中空气密度的降低而增加的越来越慢,在上升过程中的某个时刻达到最大,这即为Max-Q点。一般而言,在Max-Q点时火箭受到的箭身负荷最大,也是最有可能出现事故的节点之一。这次逃逸实验的逃逸时刻点就设在通过Max-Q之后不久(几秒后),此时箭身受到的空气动压会相当于0.3-0.5个大气压。虽然乘上箭体表面积大概可以得到约3万吨的可怕数字,对于正常飞行的火箭,这是完全能够承受的,压力相对均匀的分布在表面,不会有局部结构受力过大。

然而一旦火箭身姿失去控制就不一样了。注意,像是带尾羽的箭矢是通过风阻被动调节飞行身姿,而火箭是靠微调引擎喷口方向来实现身姿的主动控制。一旦关闭全部引擎,在Max-Q处的火箭顿时如同身处狂风中的一根吸管,不再有半分可能性保持正常方向飞行。一旦飞行身姿崩坏,比如变为侧飞,巨大的风阻将在箭身产生巨大的扭矩,(想象从高速上200km/h的车上打开车窗并伸出一根细树枝),而这些扭矩随即将把火箭撕成数段。所以,及时没有龙飞船的脱离,失去控制的火箭也不可能幸免于难。

此外,雪上加霜的是,龙飞船会在火箭失控后随即脱离,这意味着在火箭头部的空气学保护结构的丧失。依然来想象高速上行驶的私家车吧,想象你坐在开到了200 km/h的车上,突然之间挡风玻璃消失了,你会露出怎样的表情呢?大概就是下面这个样子吧:

那么如果当时的车速是2000 km/h呢?脸会变成啥样恕我想象不了,但应该不难想象小车就此被吹散架的画面。如果这还不够,就在这最糟的时刻龙妈驾着她的孩子飞到你面前一声"Dracarys"……

说到这里,大家应该也十二分地感受到B1046.4将面临的悲惨境遇了。话说,雪上加霜这词是不是应该换成狂风加龙焰才比较合适呢。

关于这次任务的内容差不多就说明到这里了吧。这绝对是今年最好看的一次发射哟!从发文开始算起大约就是24小时后,大家一定不要错过了哟~(B站试了下还是不能直播的样子,各位还是要等录像啦,不好意思。有条件的可以去管子那里支持我一波哈~地址之后弄好号动态贴)

其他相关图片动态:

1月16日下午,由Ciro Morales望远拍摄的B1046.4出仓
同由Ciro拍摄的装载了龙飞船的猎鹰9号前往39A号发射台
另一个角度的拍摄
1月16日22点,由SpaceFlightNow确认的已装载龙飞船并竖直的B1046.4
16日抵达佛罗里达的WB-57,将为此次逃逸实验提供空中拍摄
空叉不到一小时前(东部时间7点50分)发布的图,说不定会当直播封面用
17日日出时的现场图,By Ciro Morales


话说各路摄影师已经在摩拳擦掌,准备大战一场,誓夺最佳影像~(我们只要在屏幕前等着就行,真好)

John Kraus 小哥准备器材中
航天摄影师Erik Kuna准备就绪
Trevor Mahlmann小哥也来晒一把器材
NASASpaceFlight出发前的器材汇总


题:


B5元老三飞三降,猎九终幕焰闪青苍,岂可空留一声脆响
脚架起,长镜举,万目向天齐,炫烈将印众心迹

现在B站允许文章编辑三次,如发现错误请一定指出来哈。另外稍微插播下,下次星链任务预定在1月20号,详情另外再贴。因为在不同的发射台(40号),不用担心场地问题哈。

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