SpaceX 的星际飞船火箭在 4 月 20 日的首次试飞中发生了灾难性的旋转,在升空仅 239 秒后就发生爆炸并解体。
在SpaceX就故障原因发表官方声明之前,该公司的中国竞争对手声称,火箭的智能飞行控制系统可能在最需要的时候出现故障。
据北京航天系统工程研究所称,如果智能推力矢量控制系统按计划工作,即使出现多个发动机故障,星舰火箭也可以进入太空。该系统旨在实时检测和诊断问题,从而可以更快、更准确地响应紧急情况。
北京研究所是中国长征运载火箭的总设计单位。官方报纸《中国航天报》于 4 月 27 日在其微信社交媒体账户上发布了对该研究所进行的星际飞船发射的分析。
4 月 29 日,埃隆·马斯克在 Twitter Spaces 关于首次星际飞船发射的讨论中证实了这一理论。
他说,Starship 在 T+85 秒(预定发射后 85 秒)失去了推力矢量控制。
“如果我们保持推力矢量控制并加大油门,这是我们应该做的……那么我们就会进入分段阶段,”马斯克补充道。
Starship 火箭是有史以来最大的火箭,高 119 米(390 英尺),发射时重约 5,000 吨。它被设计为完全可重复使用,能够携带多达 100 人或 100 吨货物执行前往火星和其他太空目的地的任务。
火箭的发动机被编程为在飞行过程中节流,以减少火箭的负载。根据该研究所的报告,这是 SpaceX 使用的标准程序,类似于猎鹰 9 号火箭的程序。
不过,中国研究人员分析称,在这次飞行中,部分发动机出现故障,失去了推力,但节流过程仍在按程序进行。
他们说,如果智能控制系统一直在工作,它可能会检测到推力的损失并相应地调整发动机输出以维持火箭的爬升。
SpaceX 的猎鹰 9 号火箭具有飞行故障诊断和处置能力。
他们在报告中说:“在飞行测试任务中,火箭至少有两次能够关闭故障发动机并完成轨迹重新规划,最终实现准确入轨。”
这表明“SpaceX对飞行故障诊断和在线处置技术有了初步了解”。
因此,超重型星舰应具备一定的在线故障处理能力,以应对首飞过程中可能出现的各类故障。
报告称,对发射视频的逐帧分析表明,在大约 80-90 秒的飞行过程中,一些发动机发生故障并产生干扰扭矩。
根据中国研究人员的计算,其余11台具有旋转能力的发动机只需旋转1度左右,就可以弥补至少8台固定发动机的损失。
“这是因为旋转发动机的力臂比产生干扰力的固定发动机大得多,”他们说。
根据他们对视频和数学模型的分析,有八台发动机出现故障,比 SpaceX 遥测显示的数量还要多。
但他们补充说,“火箭的姿态控制能力应该足够,火箭的姿态不应该偏离”成致命的旋转。
中国团队表示,它不得不主要依靠视频进行分析,因为 SpaceX 的遥测数据似乎是错误的。
马斯克也证实了这个问题。 “在 T+27 秒,SpaceX 由于某种能量事件而失去通信,”他说。
据中国研究人员称,Starship 可能遇到了 AI 未被编程处理的意外故障或异常,导致系统关闭或故障。
例如,Starship 的伺服系统使用发动机排水作为驱动能源来操作 13 个摆动发动机。发动机故障可能导致伺服系统能量不足,导致部分摆动伺服机构发生故障,导致航天器姿态控制不稳定。
发动机运行异常还可能导致控制电路故障,导致伺服运行异常,失去稳定航天器姿态的有效控制力。
但报告称,当星际飞船火箭发动机的高速喷射流在升空过程中对发射台造成损坏时,星际飞船发动机的命运可能已经注定。
研究人员表示,根据实时视频和发射后照片分析,高速急流直接破坏了发射台的水泥基础,部分岩石飞入数百米外的海中。
飞扬的碎片还对附近的油箱、起重机和广播车辆造成了不同程度的损坏。一些星际飞船的热瓦被发现散落在发射场附近。
“作为世界上起飞推力最大的火箭,Starship在升空过程中由于发动机高温高速喷射流,经历了极其恶劣的力、热和噪声环境。这可能是一些发动机在点火期间无法正常工作的原因,”报告称。
但马斯克不同意。他说,由于条件不理想,SpaceX 在发射开始时故意关闭了三个引擎。他说,SpaceX 没有“看到岩石龙卷风实际上以物质方式损坏发动机或隔热罩的证据”。
这家总部位于北京的研究所正在领导长征九号火箭的开发,这是一种与星际飞船大小和设计相似的两级可重复使用火箭。
长征九号火箭旨在支持中国的深空探索目标,包括载人登月和未来的载人火星任务。
“这次测试是 SpaceX 如何尝试新事物并快速做出改变的一个例子,”该研究所的研究团队在报告中说。
“此次试验对超重型推进系统的性能进行了部分评估,但由于没有对推力下降等故障进行在线智能响应,无法完成星舰飞船的轨道飞行评估,”他们表示。