龍飛船空中逃逸實驗小抄


一、啥是空中逃逸實驗
空中逃逸實驗指測試飛行器(通常為載人用)在飛行過程中遇到嚴重的異常情況時,能否自主將重要部分(客艙)緊急脫離,并隨后降落至安全區(qū)域的測試。

二、為啥要進行逃逸實驗
為了驗證和演示飛船的安全性,即使發(fā)射了最糟情況下依然可以從飛行事故中的逃生能力。除了對硬件的檢測和實驗,也是對包括地面、海面團隊的軟件系統(tǒng)的訓(xùn)練。

三、如何進行這次的逃生實驗
此次的實驗SpaceX將使用已經(jīng)飛行過三次的一級B1046.4,連帶裝滿推進劑的二級和龍飛船來進行。前半段完全模擬正常的發(fā)射任務(wù),中段人為制造事故現(xiàn)場,“炸掉”火箭,檢測龍飛船是否能啟動其逃生系統(tǒng),快速脫離事故區(qū)域并安全降落在附近海域并由海面隊伍回收。
具體來說,是在火箭升空后約90秒(80-100s)左右,接近Max-Q的位置切斷引擎和控制。此時龍飛船應(yīng)當(dāng)檢測到異常,并啟動SuperDraco引擎,快速但以不得超過 6g 的加速度(NASA的安全規(guī)定,實驗預(yù)計最大加速度為4.4g)脫離下方的火箭。隨后失去姿態(tài)控制和頭部保護的火箭會在巨大的空氣動壓加龍飛船SuperDraco的尾焰雙重壓迫下解體。此時獵鷹九號的一級內(nèi)還有這過半的燃料和液氧,二級更是仍在滿油箱狀態(tài),于是這新年前最為昂貴的一枚煙花就此被點燃……
說回龍飛船,分離時高度大約為19km,或14--26km(參考DM1任務(wù)),自身推進器啟動前的速度已經(jīng)達到約2.5馬赫。短暫啟動SuperDraco引擎后速度進一步增加到約3馬赫,之后隨著慣性會繼續(xù)上升一段時間,最大高度可能會達到約40--60km左右(我自己進行的估算,使用DM1的參數(shù),下限假設(shè)T84s分離,上限假設(shè)T96s分離,假設(shè)SuperDraco引擎啟動6-7s,平均加速度3g。網(wǎng)上的最高估算為75km)。到達最高點時,龍飛船將丟棄外部非加壓貨艙,隨后姿態(tài)調(diào)整用Draco引擎調(diào)整飛行身姿,屁股就此開始朝向飛行方向。降落至高度約10km左右時兩個牽引傘打開,降落至約1-3km時四個主降落傘放出并逐漸展開,最終降落在離岸約33km處的海面,并由前去該海域的回收船回收。同時派出其他船只前往火箭殘骸墜落區(qū)收集火箭碎片和龍飛船的貨艙。
全任務(wù)時長約10+分鐘,任務(wù)手冊和演示動畫見下方。



四、時間和地點?
載人任務(wù)的預(yù)演,地點自然是佛羅里達州肯尼迪太空中心歷史悠久的39A號發(fā)射臺。
預(yù)定1月18日東部時間8點左右,窗口開放四個小時,國內(nèi)則是18日晚間9點至次日凌晨1點間。除了常規(guī)發(fā)射要求外,能見度為最重要的天氣考慮因素。(窗口開放的8點至12點也有可能是考慮了光照條件)
天氣預(yù)報(更新于15日)首日放行率90%,次日30%,再次日40%,因為窗口時間很長,于首日進行持樂觀態(tài)度。但同時觀眾需要做好漫長等待時間的心理準備。

五、火箭非犧牲不可么?幸存幾率?沒法搶救下么?
就結(jié)論而言,火箭在空中的解體和爆炸不可避免。老馬也表示曾試圖設(shè)計過拯救過B1046的方案,但沒有可行的。

至于為什么火箭會解體,上面已經(jīng)簡略地提過,(或者按老馬的說法“毀于龍炎”)這里可以稍詳細地再講一下。

老馬的說法自然是有打趣的成分,雖不嚴格正確,卻也不算錯誤。如上文所說,火箭的解體大體來說來自于巨大的空氣動壓和龍飛船的巨龍引擎的尾焰(SuperDraco這樣翻譯沒問題吧)的雙重打擊。所以“龍焰”確實會是摧毀火箭的因素之一。
當(dāng)然這里需要說明的是,即使沒有來自龍焰的摧殘,火箭的解體依然不可避免。這里就需要在解釋下空氣動壓和Max-Q。聽過我解說的老伙計應(yīng)該非常熟悉Max-Q,即最大空氣動壓點的概念?;鸺谏仙^程中隨著速度的不斷增加,受到的空氣阻力越來越;另一方面這阻力又隨著上升過程中空氣密度的降低而增加的越來越慢,在上升過程中的某個時刻達到最大,這即為Max-Q點。一般而言,在Max-Q點時火箭受到的箭身負荷最大,也是最有可能出現(xiàn)事故的節(jié)點之一。這次逃逸實驗的逃逸時刻點就設(shè)在通過Max-Q之后不久(幾秒后),此時箭身受到的空氣動壓會相當(dāng)于0.3-0.5個大氣壓。雖然乘上箭體表面積大概可以得到約3萬噸的可怕數(shù)字,對于正常飛行的火箭,這是完全能夠承受的,壓力相對均勻的分布在表面,不會有局部結(jié)構(gòu)受力過大。
然而一旦火箭身姿失去控制就不一樣了。注意,像是帶尾羽的箭矢是通過風(fēng)阻被動調(diào)節(jié)飛行身姿,而火箭是靠微調(diào)引擎噴口方向來實現(xiàn)身姿的主動控制。一旦關(guān)閉全部引擎,在Max-Q處的火箭頓時如同身處狂風(fēng)中的一根吸管,不再有半分可能性保持正常方向飛行。一旦飛行身姿崩壞,比如變?yōu)閭?cè)飛,巨大的風(fēng)阻將在箭身產(chǎn)生巨大的扭矩,(想象從高速上200km/h的車上打開車窗并伸出一根細樹枝),而這些扭矩隨即將把火箭撕成數(shù)段。所以,及時沒有龍飛船的脫離,失去控制的火箭也不可能幸免于難。
此外,雪上加霜的是,龍飛船會在火箭失控后隨即脫離,這意味著在火箭頭部的空氣學(xué)保護結(jié)構(gòu)的喪失。依然來想象高速上行駛的私家車吧,想象你坐在開到了200 km/h的車上,突然之間擋風(fēng)玻璃消失了,你會露出怎樣的表情呢?大概就是下面這個樣子吧:

那么如果當(dāng)時的車速是2000 km/h呢?臉會變成啥樣恕我想象不了,但應(yīng)該不難想象小車就此被吹散架的畫面。如果這還不夠,就在這最糟的時刻龍媽駕著她的孩子飛到你面前一聲"Dracarys"……

說到這里,大家應(yīng)該也十二分地感受到B1046.4將面臨的悲慘境遇了。話說,雪上加霜這詞是不是應(yīng)該換成狂風(fēng)加龍焰才比較合適呢。

關(guān)于這次任務(wù)的內(nèi)容差不多就說明到這里了吧。這絕對是今年最好看的一次發(fā)射喲!從發(fā)文開始算起大約就是24小時后,大家一定不要錯過了喲~(B站試了下還是不能直播的樣子,各位還是要等錄像啦,不好意思。有條件的可以去管子那里支持我一波哈~地址之后弄好號動態(tài)貼)

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話說各路攝影師已經(jīng)在摩拳擦掌,準備大戰(zhàn)一場,誓奪最佳影像~(我們只要在屏幕前等著就行,真好)




題:
“
B5元老三飛三降,獵九終幕焰閃青蒼,豈可空留一聲脆響
腳架起,長鏡舉,萬目向天齊,炫烈將印眾心跡
”

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