自“星舰”曝光以来,人们都在好奇SpaceX公司如何能够解决高可靠、低成本、可复用热防护系统的设计,“星舰飞船”入轨后返回地球时要高速再入大气层,并设想返回后仅需少量翻修和检查即可再次发射,这对其热防护系统提出了极高的要求。
因此,SpaceX公司放弃了龙飞船使用的烧蚀防热材料,换用了X-37B使用的整体增韧抗氧化复合结构,英文缩写TOFROC。
它作为一种陶瓷基隔热瓦,解决了早期航天飞机使用的RCC材料在耐温能力、强韧化性能和制备尺寸等方面的缺陷,不仅能够承受再入时产生的高温,还解决了陶瓷瓦在高温环境下的热裂和抗氧化等瓶颈问题,翻修工作量也大幅下降。
根据设计,隔热瓦将覆盖“星舰飞船”整个迎风面,像极了当年“成也隔热瓦,败也隔热瓦”的航天飞机,而航天飞机的热防护系统既是成功的范例,又是失败的典型。
航天飞机实际上使用了4种防热材料,2万多块形状各异的隔热瓦。限于当时技术条件,航天飞机热防护系统虽然可靠支撑了上百次再入任务,但其可维护性堪称一场灾难。为不重蹈航天飞机的覆辙,SpaceX公司针对TOFRUC开展了各种试验,甚至包括部分替换龙飞船大底热流峰值区的实际再入试验,不要小看这些“贴瓷片”的验证,由于贴敷技术不成熟,航天飞机研发初期就曾被隔热瓦大量脱落问题所困扰。
除此之外,马斯克称,“星舰”为了继续降低再入难度,引入了航天飞机的蛇形机动,两侧翼面以一定规律交替受热,从而降低热流峰值。
此外,由于“星舰飞船”采用垂直反推着陆,其轨道设计和翼面结构将不再受滑翔能力的约束,因此该公司拟引入跳跃式弹道。这样做的好处是,每一次飞船擦过大气层边缘的时候,气动加热的时间较短,弹回寒冷的近地空间期间正好借机将热量耗散掉,这样一凉一热,直到动能被耗散到一定程度后,直接进入大气。
可以说,“星舰”近期的设计迭代正在不断汲取航天飞机的技术遗产,但能否“取其精华,去其糟粕”地学习借鉴,并最终“青出于蓝而胜于蓝”地实现快速、可靠、低成本的复用设想,确实是一个极大的挑战。
【 在 MidNiter 的大作中提到: 】
: 航天飞机以后NASA也有新的型号发展,我提到波音你应该会想到37B。
: 至少SpaceX的龙飞船上,还有烧蚀设计。至少目前该公司并没有展示出可靠的可复用隔热技术。
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