I den store rejse af rumudforskning er 13. oktober 2024 blevet en milepælsdag. Den femte testflyvning af Starship, udført af SpaceX, har tiltrukket sig global opmærksomhed med sin fantastiske bedrift som "chopstick picking raket". Denne succes markerer endnu et vigtigt gennembrud for SpaceX inden for raketgenvindingsteknologi og baner vejen for Musks Mars-drøm. Samtidig formidlede Musks unikke fejring på X-platformen SpaceX-teamets enorme stolthed og deres urokkelige tro på fremtiden til omverdenen.
Dette er ikke kun en teknologisk sejr, men også et nyt udgangspunkt for menneskelig udforskning af rummet. Gennem den første succesrige indfangning af "Chopsticks"-robotarmen har SpaceX demonstreret det perfekte samarbejde fra teknologi til marked, som direkte vil påvirke det fremtidige mønster og retning for kommerciel rumfart.
Hvis SpaceX's Falcon 9 genopretningsraket sammenlignes med en blyant, svarer den tekniske vanskelighed fra opsendelse til retur til at flyve blyanten hen over toppen af den 453 meter høje Empire State Building og lande den præcist på et landingssted på størrelse med en skoæske.
Det tunge transportsystem rumskib, der tog over fra Falcon 9, har sat sig et mere ekstremt mål: at gribe denne lille blyant fast med et par spisepinde.
Hvis robotarmen stabilt fanger thrusteren, kan det reducere skaderne på raketkomponenter under landing. Efter simpel vedligeholdelse og tankning kan raketten hurtigt vende tilbage til arbejdet og forbedre affyringseffektiviteten.
Efter at Starship-testflyvningen begyndte i 2023, endte SpaceX's første tre testflyvninger med to eksplosioner og et tab af kontakt. På den fjerde testflyvning i juni i år opnåede rumskibet en "blød landing" på havoverfladen efter at have fløjet i en time.
I et interview i juli i år forudsagde Musk selvsikkert, at den femte testflyvning havde en høj chance for succes, fordi 'vi ikke krænkede fysikken'.
Fysik har belønnet Musk. Den 13. oktober, under rumskibets femte testflyvning, greb den massive robotarm med succes rakettens booster Super Heavy – med en højde på 69 meter, en diameter på 9 meter, en tomvægt på 200 tons og en fuldlastvægt på 3600 tons. Fra da af trådte historien om menneskelig rumflyvning ind i et nyt kapitel, og "rumbussen" er ikke længere en uopnåelig fantasi.
I 2023 gennemførte SpaceX med succes 98 raketopsendelser, der tegner sig for 44 % af verdens samlede opsendelser; Disse 98 missioner opsendte 1984 Starlink-satellitten og satte 1600 tons nyttelast ind i den udpegede bane, hvilket tegner sig for 80% af den globale nyttelast.
Det bedste er, at der ikke er nogen dele
Rumopsendelse består generelt af to dele: bæreraketter og rumfartøjer (satellitter, rumstationer, dybe rumteleskoper osv.) sendt ud i rummet.
Affyringsfartøjer er strømkilden for fly til at undslippe fra Jorden. I den relativt korte historie med menneskelig udforskning af rummet har løfteraketter altid været engangsforbrugsvarer. Efter at have gennemført transportmissionen vil den falde ned i atmosfæren og brænde op.
Analogt med den civile luftfartsindustri er det som et fly, der styrter på plads umiddelbart efter at have transporteret passagerer til deres destination.
En et-trins løfteraket uden retur vil tegne sig for mere end 50 % af opsendelsesomkostningerne, og ingen kommerciel organisation har råd til sådanne omkostninger. Derfor kan rumopsendelser kun finansieres af offentlige finanser og overlades til specifikke entreprenører til at påtage sig opsendelsesopgaver.
Musks idé er faktisk meget enkel: at gøre det muligt at affyre raketter gentagne gange, samtidig med at de bliver så store som muligt, medbringer nok ting på én gang og kraftigt fortynder transportomkostningerne pr. kilogram.
Det første produkt af denne idé er ikke et rumskib, men NASAs "Space Shuttle Program". Den oprindelige hensigt med at designe rumfærgen var også at opnå genbrug af opsendelsessystemer, men tanken var at stole på aerodynamik – det er derfor, det ligner et fly.
På nuværende tidspunkt er SpaceX's Falcon 9 den eneste raket i verden, der har opnået genbrug i stor skala, og dens gendannelsesteknologi er ret moden. Men Musk mener, at prisen på Falcon 9's lodrette landingsplan stadig er for høj, så han bruger simpelthen spisepinde til at klemme boosteren.
Rumskibssystemet er udstyret med 33 boostermotorer, der er i stand til at levere over 100 tons nyttelast i en forudbestemt kredsløb, hvilket er fem gange så meget som Falcon 9. Musk mener, at det en dag vil tage 100 passagerer til Mars.
Fysikken siger ikke, at det er umuligt
Musks første princip: Kun fysiske regler kan ikke brydes, enhver standard, sund fornuft eller traditionelle rammer kan brydes.
Fysikken foreskriver ikke, at rustfrit stål ikke kan stige til himlen.
Musk opsummerede kort, hvorfor SpaceX' rumskibe bruger rustfrit stål, da de blev spurgt på et fælles møde i National Academy of Sciences i USA.
Kulfiber: I de tidlige udviklingsstadier blev der brugt kulfiber, men man stødte på følgende problemer.
130 dollars pr. kilogram er et meget dyrt materiale.
2. Kulfiber er porøse, og rumskibes brændstoftanke og ilttanke er tryksat i gas ved hjælp af henholdsvis metan og ren ilt. Hvis den opvarmede rene ilt støder på kulfiber, vil den sandsynligvis reagere og brænde med harpiksen og kulstoffet i kulfiberen. Derfor skal der tilføjes en inert foring til beholderen for at forhindre lækage, hvilket øger vanskeligheden og omkostningerne ved forskning og udvikling.
3. Rakettens diameter er ni meter. Hvis der bruges kulfiber, vil det blive pakket ind i lag fra 60 til 220 afhængigt af dets placering. Så i emballageprocessen er det nødvendigt at være nøjagtig og korrekt, samtidig med at man tager fat på genereringen af bobler. De problemer, der normalt skal stå over for, såsom skillevægge.
Rumskibets diameter er ni meter, og boosteren er 70 meter lang, hvilket er meget stort. For at opnå en god ydeevne af kulfiber er det nødvendigt at fremstille en ekstremt stor højtryksreaktor, hvilket også er et meget vanskeligt problem.
Under re-entry, på grund af høje temperaturer, falder styrken af kulfiber lineært, når den overstiger 200 grader, hvilket kræver tykke isoleringsfliser, hvilket øger den samlede vægt.
Aluminiumslithiumlegering: Da kulfiberens udvikling var langsom, blev den erstattet med aluminiumslithiumlegeringen fra Falcon 9.
40 $ per kilogram er stadig ikke billigt.
SpaceX har introduceret en friction stir-svejseteknologi i raketproduktion, hvis kerne er at bruge højhastigheds-roterende næsefriktionsmetalpladeforbindelser til at smelte krystallinske strukturer sammen. Dette materiale er svært at svejse og kræver friktions-omrøringssvejseteknologi.
Når styrken af denne legering overstiger 200 grader, vil den falde lineært ligesom kulfiber, så det kræver også tykke isoleringsfliser for at øge vægten.
301-serien rustfrit stål: Under forsknings- og udviklingsprocessen blev 301 rustfrit stål brugt, men på grund af den lave temperatur væskeopbevaring, der kræves til brændstofmetan og oxidant ren oxygen i rumskibe, og problemet med let brud og utilstrækkelig sejhed i lavtemperaturmiljøer, blev 301-serien rustfrit stål i sidste ende et band.
304-serien rustfrit stål: Problemet er blevet forbedret til en vis grad, men det er ikke blevet fuldstændig løst, så SpaceX udviklede selvstændigt 30X rustfrit stål.
30X rustfrit stål: SpaceX's egenudviklede legering, endnu bedre end 304-serien. Her er hans styrker.
1. Styrkeproblem: I miljøer med lav temperatur vil styrken af rustfrit stål øges betydeligt, dobbelt så stor som stuetemperatur. Derfor udføres koldbearbejdning i et lavtemperaturmiljø, og den endelige styrke svarer til avanceret kulfiber og aluminiumslithiumlegering.
2. Ulempen ved, at 301-serien ikke har tilstrækkelig sejhed og er udsat for brud i miljøer med lav temperatur, er blevet løst af 30X, som har god sejhed og elasticitet.
3. Tykkelsen af rustfrit stål er tilstrækkelig, kun et lag er nødvendigt, og forarbejdning kræver kun rulning og presning i et miljø med lav temperatur.
4. I højtemperaturmiljøer, sammenlignet med kulfiber og aluminiumslithiumlegering ved 200 grader, har rustfrit stål tilstrækkelig styrke ved 800 grader eller endda 1000 grader. Derfor er isoleringsfliser meget lette og skal kun lægges på vindsiden, uden behov for isoleringsfliser på læsiden, hvilket reducerer vægten til en vis grad.
5. På grund af forskellige årsager resulterer den reducerede vægt i en lavere totalmasse af det rustfri stålpilelegeme sammenlignet med kulfiber.
Da Falcon Heavy-raketten første gang blev affyret, var den lastet med en Tesla-sportsvogn til belastningstest. Opsendelsen var vellykket, og Musk forudser optimistisk, at denne sportsvogn kan drive i kredsløb mellem Jorden og Mars i milliarder af år.
Endelig vil den komme ekstremt tæt på Mars, med en lille chance og ekstremt lille håb om at lande på Mars.
Mange SpaceX-ingeniører gik ind i rumindustrien inspireret af en bog udgivet i 1998, 'Rocket Boys'. Forfatteren Homer Hickam har arbejdet som NASA-ingeniør, ansvarlig for astronauttræning og deltaget i vedligeholdelsesmissioner for Hubble-rumteleskopet.
Denne bog blev tilpasset til filmen "October Sky" i dets andet udgivelsesår, der fortæller historien om Homer Hickam, som barn af en kulminearbejder, der blev interesseret i rumudforskning. Han testaffyrede 31 "selvudviklede" raketter i sin hjemby og vandt senere mesterskabet på National Science and Technology Expo.
Der er en dialog i filmen, der finder sted under en strid mellem Homer Hickam og hans venner, som forbereder sig på at opgive konkurrencen.
Hovedpersonens ven spurgte: For at være ærlig, hvad er chancerne for, at vores gruppe kulminebørn vinder den videnskabelige udstilling?
Hovedpersonen sagde: 'En ud af en million.'.
Min ven sagde: Er det så højt? Hvorfor sagde du det ikke tidligere.
Der er mange grunde til teknologiens fremskridt. En vigtig grund er, at der altid er nogle mennesker, der betragter en ud af en million sandsynlighed som en grund, der er værd at forfølge i hele livet.