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11月21日,第三代星艦首枚助推器B18在壓力測試中發生爆裂事故后,觀察者通過航拍圖像發現了諸多設計細節,其中之一便是熱級分離加強結構的不對稱設計。這一事件雖推遲了星艦第12飛計劃,卻意外讓人們得以一窺此前鮮為人知的內部創新。B18熱級分離加固結構采用了肉眼可見的不對稱設計——而這恰恰是SpaceX在V3時代的最新進化。超重型助推器作為星艦系統的「原初動力源」,而熱級分離就是這臺龐然大物上最富戲劇性的瞬間之一。
●熱級分離是什么?
要理解B18的不對稱設計,首先需要了解熱級分離(熱分離)。傳統火箭采用冷級分離:兩級先物理分開,再點燃上層引擎。SpaceX從2023年11月IFT-2開始采用熱級分離:當星艦上層飛船仍與助推器連接時,先點火3臺真空猛禽,緊接著點火3臺海平面猛禽,共6臺產生巨大推力將上層飛船推離下層助推器。此時助推器已提前關閉大部分引擎,僅保留中心3臺短暫工作,既節省了大量燃料用于后續返回和著陸,又避免了冷級分離可能出現的姿態偏差。
熱級分離的好處簡單粗暴:可靠、高效、省燃料。而壞處也直截了當:極其烤爐。
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●熱級分離環的演變之路
這個「烤爐」就叫熱級分離環,固定在助推器頂部,必須同時承擔夾持上層與抵御6臺猛禽噴流的雙重任務。
▲早期版本(IFT-2、IFT-3)采用附加式設計,結構較為均勻,但重量較大,且IFT-3返回時出現嚴重振蕩,業界分析認為附加環可能被撕裂或質量分布不均導致失穩。從IFT-4開始,SpaceX引入「拋棄式熱級環」:在完成助推返回燃燒后主動拋棄該環,以減輕質量、提升著陸穩定性。
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▲到了V3版本(以B18為首),SpaceX徹底放棄拋棄方案,將熱級分離環與助推器前穹頂直接融為一體,形成輕量化集成式設計,實現了真正的全重復利用。這也是B18爆裂后人們首次清晰看到內部加強細節的原因。
●不對稱加強到底長什么樣?
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▲事故后曝光的航拍照片顯示,B18前穹頂上布滿了花瓣狀不銹鋼加強板,整體呈花朵狀,卻明顯不對稱:相對于真空引擎位置的左側向下延伸更長、覆蓋更深,而右側則較短。
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▲X用戶@ChromeKiwi用熱圖標注后更加直觀——
橙色區域:通用熱防護覆蓋;紅色區域:針對每臺引擎(包括3臺真空版和3臺海平面版)特別加厚的專用板。
從布局上看,紅色區域呈不對稱分布,說明噴流在熱級分離瞬間并非對稱沖擊前穹頂。這可不是什么焊工發揮,是設計層面的主動選擇。
●為什么故意做成不對稱?
熱級分離瞬間,是一場高速、噴流、偏轉共同構成的瞬時暴力美學。星艦上層飛船6臺引擎會通過不對稱矢量偏轉產生定向推力,快速將助推器推向一側,以避免碰撞并為后續翻轉機動創造條件。初始噴流最強烈的區域正好落在助推器前穹頂的某一側,因此工程師只在最容易被高溫等離子體侵蝕的那一側加長、加厚防護板,既節省了重量,又保證了關鍵區域的安全。這是典型的SpaceX式精準優化。
●這項不對稱設計意味著什么?
更輕量化:集成式設計 + 非對稱局部強化,意味著助推器無需再拋棄任何部件。
結構更強:局部加厚防護應對猛禽3號更高的熱流密度。
姿態更可控:不對稱矢量 + 不對稱防護,使整個熱級分離過程更可預測。
更可重復:V3助推器不再「拆東補西」,而是一次制造、多次復用的工程體系。
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盡管B18爆裂事故令人惋惜,但它卻像一次「無意中的解剖課」,讓外界提前看到了V3助推器在熱級分離領域的最新答案。后續B19、B20等V3助推器預計大概率都會沿用、精化這套不對稱集成式結構。畢竟,當星艦粉目標是一天多次飛行、甚至在地球上實現點對點運輸時,任何一塊鋼板都不再是普通零件,而是馬斯克行星級野心的組成部分。星艦時代,正是從這些看似微小的不對稱開始,一步步向我們挺進。
部分信息索引:
"Booster 18, the first Super Heavy V3, is beginning prelaunch testing. The first operations will test the booster's redesigned propellant systems and its structural strength”(https://www.reddit.com/r/spacex/comments/1p2c6et/booster_18_the_first_super_heavy_v3_is_beginning/)
Starship's Hottest Upgrade: Hot Staging!(https://www.youtube.com/watch?v=4O3_iBOmXi4)
Why is the hot-staging ring between Starship and Super Heavy not welded to Super Heavy?(https://www.facebook.com/groups/spacehipsters/posts/9336790123032454/)
How does the Space-X Hot Staging Ring work? I don't see anything like explosive bolts. Is Space-X relying on the engines burning through the ring to free itself? I've not seen how the Russians do it either. The booster could be damaged (precarious).(https://starship.quora.com/How-does-the-Space-X-Hot-Staging-Ring-work-I-dont-see-anything-like-explosive-bolts-Is-Space-X-relying-on-the-engines)
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