SpaceX星舰首飞惨烈爆炸！中国详细分析：原因找到了

4月20日，SpaceX首次尝试超重推进级﹣星舰飞船组合体的轨道级发射，多台发动机异常，飞行约239秒后箭体爆炸解体。

中国宇航学会主办的综合性学术刊物《宇航学报》刊文，深度介绍了SpaceX星舰的设计、发射情况，并对失利原因进行了详细分析。

星舰是世界首型两级完全重复使用重型运载火箭，名义直径9m，高度约119m，全箭起飞质量约5000t，最大起飞推力7260t。

其中，超重推进级高度69m，总重约3400t，结构干重约250t，使用低温液氧/甲烷作为推进剂。

推进级带有33台猛禽发动机，其中中圈10台、内圈3台可十字摆动，摇摆幅度±15°，外圈20台固定不摇摆。

星舰飞船为可重复使用的入轨级，高度50m，总重约1200t，结构干重约125t，可实施在轨加注。

飞船由6台全流量补燃循环液氧甲烷的猛禽发动机提供动力，其中外圈3台为真空版，固定喷管，尾喷口直径2.4m，最大真空推力350t，比冲382s，内圈3台为海平面版，摆动式喷管，尾喷口直径1.3m，最大推力220t，比冲330s左右。

超重﹣星舰规模远超土星五号火箭，起飞重量约为后者的1.7倍，完全重复使用时LEO运载能力为150t，一次性使用时LEO运载能力250t。

超重-星舰总案示意图

超重推进级发动机布局及摇摆示意图（33台布局）

4月20日，超重-星舰在发射前40s发现推进剂贮箱增压问题，流程暂停，紧急排故检查后点火起飞，当时就有3台发动机未工作。

在上升过程中，发动机喷流多次出现爆燃情况，更多发动机工作异常，整体速度、高度均远远低于公布的理论情况，飞行至169s时没有按照既定程序级间分离。

本次飞行达到的最大速度约为599m/s（148s），最大高度约为39km（200s），飞行约239s后高度跌落至29km附近，箭体爆炸解体。

首飞剖面示意图

反设计的三维飞行弹道形态

1、起飞漂移分析

起飞过程中，箭体姿态倾斜明显，在远离塔架方向的起飞漂移量较大。

通过分析认为，

超重-星舰在起飞出塔过程中，施加了远离塔架方向的程序角，主动对起飞漂移量进行控制，目的在于提升起飞出塔安全性。

火箭飞出塔架后，程序角回正。

2、动力系统分析

从飞行视频中给出的遥测信息看，超重-星舰点火时有3台发动机未正常起动，起飞后动力系统连续出现异常现象，包括异常闪光、爆燃、喷流异常、推力丧失等。

特别是飞行至90s左右，疑似出现推进剂泄漏。

至115s时，剩余推进剂的混合比（氧化剂与燃烧剂质量之比）发生明显变化，表明在飞行过程中液氧消耗过快，初步判断液氧可能出现泄漏。

超重推进级的剩余推进剂混合比

80~90s左右，1台中心发动机和1台外圈发动机的喷口火焰亮度明显偏弱，初步判断出现了远离额定状态的低推力工况。

116s时，火箭尾部靠上方部位有横向火焰喷出。125s时，发动机尾部火焰突然扩大，推测出现爆炸。

超重-星舰飞行过程典型图像（动力系统工作状态）

值得注意的是，经分析认为本次任务中官方视频的遥测火箭状态信息不准确，未能体现发动机工作的实际情况。

综合上述分析，

超重-星舰首飞过程中，超重推进级动力系统出现的异常现象较多，多台猛禽-2发动机相继出现故障，是导致首飞失利的直接原因。

3、弹道数据分析

经分析，超重-星舰起飞推重比约为1.23。起飞32s后，计算复现弹道过载出现小幅下降，47s后出现大幅下降。

发动机失效台数和推力节流系数见下表，造成推力下降的原因可能为动力系统故障。

结合上述分析，超重推进级工作过程中部分发动机出现故障，丧失推力，但节流过程仍按照标准程序进行，推测未针对推力下降故障实施推力在线智能调节。

4、姿控能力分析

飞行至80~90s时，可推测部分发动机失效，并产生干扰力矩。

经计算，需要剩余可摆动的11台发动机摆动约1°，才能抵消至少8台发动机失效带来的干扰。

这是因为可摆动发动机的力臂要远大于固定发动机产生干扰力的力臂，初步估算在10倍左右。

因此可以推断，如果伺服机构、剩余发动机等其它系统工作正常，且在不存在其它异常干扰情况下，火箭的姿态控制能力是足够的，箭体姿态不应产生发散。

基于上述分析，

推测导致姿态发散的原因可能是部分摆动伺服机构功能失效，或者存在较大的异常干扰。

5、地面环境分析

超重-星舰系统采用无导流槽发射工位，通过25m高的发射台来避免发射时高速射流可能带来的破坏。

结果，超重-星舰起飞时喷射的高速射流直接破坏了发射台台底的水泥基座，部分石块甚至飞到几百米外的海面上，而飞起的碎片也使得发射台附近的燃料罐、吊车和转播车等受到不同程度的破坏。

此外，星舰飞船的部分隔热瓦散落在发射基地附近。

起飞前后发射塔架比对

综合上述分析，超重-星舰作为世界上起飞推力最大的火箭，在起飞过程中因发动机高温高速喷流引起的力、热、噪声环境极其恶劣，可能是造成点火时部分发动机未能正常工作的原因。

总体而言，通过对任务情况进行分析，初步判断动力系统故障是本次飞行任务失利的直接原因。

结合任务试验目的，本次试验实现了对超重推进级的部分考核，但由于未能针对推力下降等故障进行在线智能处置，最终未实现对星舰飞船的轨道级飞行考核。

国外网友烛光致敬星舰

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