马斯克又晒一张星舰的发动机照片,跟三个月前那张没区别,玩不动了?




三个月了,马斯克又晒了一张星舰一级的发动机照片,跟三个月前那张没区别啊,难道一直在摸鱼?其实呢,还是挺冤枉人的,变化还是有的,三个月前照片是图2,首先这段时间主要工作是更换了大量正式发射用猛禽发动机(我要说上次总装是摆拍估计会有很多人骂我)。此外,当时很多爱好者明显有一个疑问,这么多管路和设备就暴露在外么?这多危险啊,猎鹰9发动机当年还包在里面呢!但这次图1发布后,细心的网友就会发现,外圈的固定发动机多了一套保护罩,当然,这只是一部分,里圈的发动机后续也会被保护起来的,只是暂时还没安装。图3是另一个角度,红圈里可见保护罩,但没全包上,还留有维修开口。


今天就闲聊下这个发动机舱保护罩的故事,还记得年初一次星舰静态点火测试时候,巨大的发动机尾流直接把地皮吹起来了,吹起的碎片恰巧切断了底部的电缆管路,该事故导致火箭贮箱无法泄压,险些导致“箭炸台平”的惨痛结果。后续到了火箭一级,29台发动机同时工作的工况下,最终正式发射升空倒是还好,毕竟管路在背风面,但在回收过程中发动机舱将改为迎风飞行,直接承受高速气流的不断冲刷,根据级间比估算,星舰回收过程的气流冲刷会比猎鹰9一级还惨烈。不保护起来怎么能行呢?



但只是加个罩子就行了么?没那么简单,猎鹰9在发动机护罩上可以说没少吃亏,估计X粉都知道猎鹰9一级发动机舱结构为OctaWeb,但是该结构不能完全包络和保护9台梅林发动机,因为这9台发动机都是可摆动的(俯仰和滚控都靠这个了,这点有文献引证,User Guide和国内文献都有,不过实际发射可能少有人见过)。所以不能简单的一罩了之,最开始采用的方案是柔性防火布,详见图4红圈处,这样既可以提供摆动空间,又可以保护发动机。但是!这个方案到了回收时候就不行了,尤其是高速任务(GTO),返回时底部迎风面最高速度可达6-7马赫(NASA有一篇论文专门研究猎鹰9再入气动),妥妥的钝头超音速导弹,这时候柔性防火布根本扛不住,好多次任务回收后都会发现防火布早就被吹烂了,甚至出现过防火布失效导致发动机受损而回收失败的情况,当时称为猎鹰9可靠稳定回收复用的一大障碍。



进入Block5时期,SpaceX做出了改进,细心的爱好者发现开始部分改用活动的硬质挡风板(图5),这样发动机即使摆动,较大的挡板也能封住发动机舱内部,不让其受高速气流的冲刷。至此,这个问题才告一段落,也成就了“一箭十飞”的复用记录。


回到星舰上,星舰外圈20台发动机都是固定的,这已经是确定的,中间九台是可摆设计,还是负责俯仰和滚控。大家经常说星舰是N-1再世,其实两者的一级控制方式还是不同的,细心的爱好者会发现,N-1一级所有发动机都是固定的,其俯仰控制都是通过发动机的推力差动实现的,这其实是一个很精巧的设计,可惜生不逢时。星舰由于要回收和神龙摆尾,所以还是双摆更成熟一些,但是既然还是双摆,就回到类似猎鹰9的问题了,这几台怎么保护?会不会有新型的活动挡板?还是新型的柔性防火布呢?


至少从真空版猛禽来看,发动机直接内置挡板了,装好后管路自动就被包络了,以上说了半天,肯定有人问了,其他火箭发动机咋包的呢?其实一次性火箭上,这个问题很不突出,尤其是火箭的二、三级上,细心看过发射的都会发现,这阶段的发动机基本都是裸奔状态了,基本无需包络。比如德尔塔4火箭二级,基本就是裸奔的,细心的网友还会发现喷管上有四根延伸喷管导轨,今年首飞可能是够呛了,耐心等吧。