盘点星舰第三飞的双主角迭代亮点

2024-01-16 13:01

针对星舰第三飞，SpaceX给出最新时间表：1月准备就绪，星舰团队完成发射前准备工作；2月有望获得FAA发射许可。由于不再需要环境审查，只需安全审查和事故调查，因此会比之前两次审批快得多。最早2月、最迟3月必将见到星舰第三飞。

作为星舰第三飞的双主角：超重型火箭B10、星舰飞船S28，与星舰前辈仔细对比下，我们会发现有很多很多硬件升级，下面就来看看都有哪些进化？哪些亮点？

B10

先来看看星舰系统第一级：超重型火箭B10，具有哪些新变化、新技术：

作为第一款编号达到两位数的原型超重型火箭，B10从2022年7月开建，一直到2023年3月组装完成，历时9个月建造期之后，进入测试期，迄今为止已进行过5次低温加压测试、1次全发动机静态点火测试。

▲2023年12月30日，B10启动33台猛禽长达10秒试射，这是超重型最长一次静态点火。而且是在未经涡轮启动测试(Spin Prime Test)下，直接进行的全发动机静态点火测试。这可能跟安装发动机的新方法有关，新方法使得安装发动机比以前更容易、更可靠、更精确。

▲加注时间变得更快

静态点火测试之前，B10加注推进剂的时间只用不到40分钟，这比B9加注时间更快。据悉，即使为B10+S28全舰加满5000吨的推进剂，也不过50分钟，这比重鹰火箭加满推进剂仅仅多出5分钟。而比之前加满星舰需耗时97分钟，足足缩短了47分钟。加注时间之所以变得更快，原因在于添加了新泵和副冷却器。

▲新款共用圆顶更为扁平

B10作为第4枚改良版超重型（继B7、B8、B9之后）新变化之一：采用新设计的油箱共用圆顶（Common Bulkhead），使用不锈钢板制成一款更为扁平的圆顶。这可能意味着圆顶上面的液态甲烷舱体积略微缩小一点，但几乎可以忽略不计。

▲栅格翼去除细钢条

B10栅格翼（右图）去除了B9栅格翼（左图）边缘上一条细钢条线。之所以给B9焊上一条细钢条线，可能是为了B9在测试飞行中增加强度和稳定性。经过对星舰第二飞数据分析后，现在星舰团队对超重型火箭更有信心，因此认为钢条线不再是必要的。而且去除钢条也有助于减轻超重型重量，从而让星舰携带更多有效载荷或者飞得更高。

▲添加新款星链终端

B10携带两款星链终端通信天线，图左边是旧款终端，图右边是新款终端。这款新的星链终端通信天线，形状不再是圆形而是六边形，并且黑色材料几乎覆盖了套盒的整个顶面。看起来更像星舰飞船上的星链终端。

▲新式挂载点

B10挂载点（右图）与B9挂载点（左图）相比，周围增加一个更坚固的钢制外壳。挂载点用于捕获机械臂（昵称筷子）固定和抓握超重型火箭的受力点。

S28

与第一级超重型火箭B10相比，作为第二级星舰飞船S28，进化更多、改变更大。

S28从2022年7月开建，直到2023年4月底组装完成，建造期10个月，比B10多出1个月。迄今为止已进行过3次低温加压测试、1次涡轮启动测试、2次静态点火测试。

2023年12月20日首次启动6台猛禽静态点火，意在模拟星舰第三飞在热分离阶段首次全发动机点火；12月30日执行单台发动机静态点火测试，意在模拟太空机动点火、脱离轨道再次点火。

▲新增高位排气口

与S25高位液氧罐排气口（左图）相比，S28新增两个牛铃状的排气口，目的是向下排气更顺畅。

我们知道，液氧（LOX）和液态甲烷（LCH4）必须持续冷却在-180°C以下，所以又被称为低温推进剂。无论是液氧舱、液氧罐、甲烷舱都没有绝缘材料（因为太重），所以很容易透过一层不锈钢进行热传导，升温达到沸点。由于气体比液体占据空间大得多，如果不及时释放气体，就会积聚压力过大，对推进剂舱罐直接构成威胁，甚至导致爆裂。于是，为了将压力控制在可接受范围内，就需要通过排气口释放多余的推进剂气体。这些低温气体遇到空气中的水分就会冷凝形成白色蒸气。

至于为何星舰需要设计一个高位液氧罐？也不难理解。当星舰飞船进入再入点火和着陆点火阶段，从液氧舱切换到高位液氧罐为发动机供给氧气，这样设计目的是为了避免这一阶段由液氧舱供氧，因为飞行阶段液氧舱里的液态氧不可避免地达到沸点，产生大量气泡，这样输送给推进系统会损坏猛禽发动机。所以，这时候就需要通过Copvs压力容器为高位液氧罐增压，进而为发动机提供高效、安全的纯氧作为氧化剂，助力星舰着陆反推。

▲删除低位排气口

液氧舱两个牛铃状的低位排气口被完全去掉，相反，调整到星舰头锥上，增加了两个牛铃状的高位排气口。S28低位排气口被去掉（右图），S25低位排气口位置（左图）。这种调整也是从S26变更的。尽管该星舰从未飞行过。

▲甲烷舱排气口调整位置

S28甲烷舱排气口（右图）恢复到S24原位置，目的是距离迎风侧更远些。而S25（左图）、S26则调整了排气口位置，变得更靠近隔热罩。两次试飞表明，距离迎风侧远些，更有助于燃料舱排气。

▲液氧舱排气口减到一个

S28液氧舱排气口从S25两侧各一个，减到只有一个。S25有两个排气口（左图），S28只有一个排气口（右图）。甲烷舱排气口、液氧舱排气口，与前面介绍的高位液氧罐排气口其实原理都一样，都是为了将舱内压力控制在可接受范围内，必须通过排气口释放多余的推进剂气体。

▲液氧舱滚转推进器变更位置

液氧舱的两个小型滚转推进器，已移至更靠近隔热罩的位置。S28液氧舱滚转推进器位置（右图），S25液氧舱滚转推进器位置（左图）。与前面那些排气口变化一样，这也是在星舰S26变更的。滚转推进器（Roll Thrusters）用于需要飞船侧滚控制时使用。

▲液氧舱下行管变粗

液氧舱下行管的扩展部分经过重新设计后变得更粗更大，并且边缘形状变得圆润平滑。S24液氧舱下行管（左图），S28液氧舱下行管（右图）。这也是从星舰S26开始变化的。可以说S26成了S28的探路者。

▲裙边切口变得对称

在星舰裙边部分，S28再次换成S25发动机防护罩上方的切口，不过数量有所不同，并且呈对称分布。对称的裙边切口，有助于改善飞船的空气动力学性能。所谓裙边是星舰发动机周围的圆柱形结构，有助于保护发动机免受气动加热及其他损坏。

▲新增3个液氧排气口

在星舰裙边底部，新增3个接连到液氧罐的排气口。这些倾斜的排气口可能用于某种姿态控制推进器。

▲隔热片拼图变得更平直

S28隔热罩有一些非常明显的变化。最明显变化是在头锥。隔热片平铺图案在边缘处变得更平直，几乎形成一条平顺的直线。S25头锥隔热片平铺图案（左图），S28头锥隔热片平铺图案（右图）。目前尚不清楚这是否纯粹是为了美观，还是为了提高再入阶段的热防护能力。

▲优化前翼周围隔热片

S28前翼周围铺设的隔热罩有许多优化，减少很多微小不规则隔热片的数量，似乎还减少了空隙数量。S25前翼周围的隔热片（左图），S28前翼周围的隔热片（右图）。

▲多出一条接缝

S28隔热罩还出现一条从未见过的奇怪之处。这条水平的直线接缝（上图）出现在甲烷舱圆顶焊缝处的最外侧。这不是一小部分拼接而成的隔热片，而是整个隔热片被整齐切成两半后拼接而成的直线接缝。以往星舰此处贴满完整的隔热片。目前尚不清楚这种拼接尝试有何特定目的。实测效果是最好的验证。还是看看S28最终能否闯过再入大气层吧。

▲减少一条接缝

S28在甲烷舱圆顶焊缝处多出一条接缝，却在液氧舱焊缝处减少了一条接缝。这真是有加法，就有减法。对比S25三条隔热片接缝（左图），S28减少至两条接缝（右图）。

▲前翼没涂隔热材料

S28前翼铰链区域不再涂装黑色隔热材料（右图），但在后翼铰链区域还保留着这种黑色材料。而S25前翼铰链区域具有这种材料（左图）。

▲铰链下方贴有隔热片

S28前翼铰链下方贴有隔热片（右图）。而S25前翼下方却没有（左图）。

▲襟翼航空罩不再全覆盖

襟翼和舰体之间的航空罩经过重新设计，S28航空罩只覆盖到贴有隔热片的迎风侧（右图）。以前星舰的襟翼航空罩都会覆盖整个铰链区域（左图）。这次更改4个襟翼的航空罩设计。目前外界还不清楚这一改动的具体原因是什么，会不会是按照著名的「马斯克五步工作法」原则，星舰团队删除了可有可无的部分？

▲加固载荷舱门

S28内部结构也有很大变化，其中一个主要变化与有效载荷舱门有关。在舱门开口周围安装了非常大的双层板（右图），而不再是S25舱门四周只有少量桁架（左图）。这一变化显然是在加固舱门。

此外，S28舱门周围还增加了9个飞行前可拆卸锁板，防止在原位时打开。

▲更换舱门密封件

在高湾里检修期间，S28载荷舱门被拆除，以便修改舱门密封件。据星舰专业粉观察，舱门边缘采用软木塞状材料，起到密封作用（左图为S27舱门特写）。现在看来，似乎在飞船内侧使用密封件，更新后的舱门软木材料已被普通钢代替（右图为S28舱门特写镜头）。

▲卫星分配器机架变得更大

S28舱内PEZ分配器机架的高度大大增加（右图），比之前星舰S24和S25（左图）高得多。这一变化让星舰可以携带、部署更多卫星。

所谓PEZ分配器机架，就是作为星链卫星的支架和部署机构。名称来源于PEZ糖果分配器，这是一种早在1927年就被发明出来的塑料糖果分配器，能将糖果从分配器里弹出。PEZ卫星分配器机架的工作原理与PEZ糖果分配器类似，把星链卫星从分配器中弹出并部署到轨道上，这对于不久的将来星舰大批量部署卫星至关重要。

▲增加液氧舱内部纵梁

尽管我们看不到，但在S28液氧舱内新增了24列内部纵梁（右图用粉红色线条表示），让飞船结构变得更加坚固。星舰团队曾在S26尝试安装过类似结构。在此之前，旧款星舰S24、S25（左图）都没有类似结构。

▲重新设计排气口双层板

液氧舱排气口及自生增压系统氧气口的双层板，同样经过重新设计，用料更少，看起来更简洁。左图为S24排气口区域，右图为S28排气口区域。排气口双层板有助于加固液氧舱排气口及其自生增压系统氧气口区域，并防止泄漏。

▲舱壁焊缝变成两条

连接普通舱壁和推进舱壁的焊缝，现在变成两条平行的焊缝（右图为S28），为了提高焊缝强度和可靠性。之前星舰只有一条焊缝（左图为S25）。这一变化不仅看起来富有现代设计感，更有助于在普通舱壁和推进舱壁之间加装双层板。这两条焊缝非常重要，必须能够承受住推进剂的压力。

▲优化后翼安装架

S28后翼上部的两个铰链支架经过优化设计，与之前S21呈线条状支架相比（左图），呈蝶翅状的新支架宽得多（右图）。后翼用于星舰飞行过程中稳定姿态并控制方向。铰链支架是把后翼连接到星舰船身的铰链固件。

▲新增4个星链终端

在S28背风侧安装了4个星链终端（右图S28），取代之前与有效载荷舱口集成的单个终端（左图S25）。这会让星舰在飞行过程中与现有的通信天线建立更稳定的数据连接。

▲电动推力取代液压矢量控制

S28采用电动推力矢量控制系统（右图）取代了之前液压动力矢量控制系统（左图），并且去除了相关液压系统（液压动力装置、液压歧管等）。这不仅减轻质量和降低复杂度，而且提高了精确度和可靠性。

S28是第一艘安装电推矢量控制发动机的星舰飞船，虽然曾在S26装配过，但只是练手尝试而已。执行星舰第二飞的B9则是首次采用电动推力矢量控制的第一枚超重型火箭。

推力矢量控制 (TVC) 是一种控制火箭发动机推力的控制系统。TVC 系统可以将火箭发动机的推力矢量从一个方向改变到另一个方向。TVC系统通常使用液压或电动控制器来改变推力矢量。但电动TVC 系统比液压TVC系统更轻、更简单、更可靠，最重要的是响应速度更快。因此，S28安装电动TVC系统这是星舰一个重大改进项目，预计会让星舰S28能更精确地控制飞行路径，最终实现成功入轨、顺利再入、既定溅落等主要测试目标。

▲新式组装法

S28采用新式组装顺序：从上到下组装星舰飞船，而不像以往那样先是分为上下两半分别组装，然后合体组装两部分。采用新式组装法，意味着桥式起重机在整个组装过程中，一直处于吊装星舰船体状态，从而大大减少吊装准备时间，进而加速整个组装流程。

随着采用新式组装法，头锥液氧罐的下行管，现在可以预先安装在飞船舱内。但以前则不行，由于下行管作为长长的大组件，难以先是预装在头锥舱里，再进行分段组装。

而且由于采用从上到下的组装法，被吊装的船体焊接环节已经完成，因此可以更方便铺设更多隔热片。相反，以前分段组装法需要等到船体全部焊接组装完毕后才能铺设隔热片。所以采用新式组装法，让整个星舰组装线变得更紧凑更高效。

▲预先安装航空罩、铰链架

在安装襟翼之前，4个襟翼航空保护罩可以预先安装到位，这使得复杂、费时的铺设隔热片工作可以在露天建造区就能完成，而不必等到在高塔里施工。如今还可以在星舰组装之前，预先安装后翼铰链架（右图），用不着再像之前那样（左图），必须与后翼一起才能安装到位。采用预安装的新做法，航空罩、铰链架可以在组装之前就能安装到位，这会进一步减少组装时间。

▲重新设计脚手架

S28星舰内外两侧的脚手架现在都改成方形（右图），左图为之前星舰使用的脚手架。这种新设计也同样出现B10超重型火箭上。这个小小改动，在保证脚手架功能不变的前提下，很可能更容易制作。

▲重新设计AFTS密封箱

右图是S28重新设计的自动飞行终止系统密封箱，新密封箱具有铰链门，更符合空气动力学的设计。左图是S25使用的自动飞行终止系统密封箱。

所谓自动飞行终止系统，全称Autonomous Flight Termination System，缩写为AFTS，是飞行终止系统（FTS）自动化改进版。该系统采用冗余计算机，利用GPS全球定位系统和INS惯性导航系统，以及飞行软件规则跟踪星舰飞行路径，一旦星舰偏离轨道，可能危及公共安全时，AFTS就会触发终止飞行指令，空中炸掉星舰。