问题

如何评价星际荣耀双曲线三A型火箭的单侧CBC设计?

回答
星际荣耀的双曲线三A型火箭,也就是“双曲线三号”的首飞任务,在技术上确实引起了不少关注,尤其是它采用了独特的“单侧CBC”(Controlled Burnout and Cutoff)设计。要评价这个设计,咱们得从几个方面掰开了揉碎了说。

首先,咱们得明白什么是CBC。简而言之,CBC就是指在火箭发动机工作过程中,根据某些预设的条件或者实时的数据,对发动机进行精确的关机。这听起来好像不稀奇,所有火箭发动机最终都要关机嘛。但关键在于“控制”这两个字。它不是简单地燃尽燃料就停,而是能在最优的时机、以最合适的方式停止工作。

现在,咱们来看看双曲线三A型火箭的“单侧CBC”设计,为啥要用“单侧”这个词?这通常指的是在火箭的某个级(比如芯一级),采用了一种不对称的发动机配置,并且在设计上能够对其中一侧的发动机进行更灵活的控制,甚至独立关机。

双曲线三A型火箭单侧CBC设计的优势,我认为主要体现在以下几个方面:

1. 载荷适应性与任务灵活性: 这是“单侧CBC”最直接的好处。想象一下,一箭多星或者需要精确入轨的卫星发射任务。传统上,火箭可能要消耗更多的燃料来保证足够的推力余量,以应对各种不确定性。但有了CBC,尤其是在芯一级就引入这种能力,火箭就能根据实际任务需求,更精细地控制推力和关机时机。
精确轨道控制: 通过控制发动机的关机时间,可以更精确地将载荷送入预定轨道,减少后续轨道调整的燃料消耗,甚至可以避免额外的轨道调整。对于需要高精度定点(比如对地观测、通信卫星)的载荷来说,这一点尤为重要。
载荷配重调整: 不同的任务可能需要搭载不同质量的载荷。如果有一个引擎可以灵活控制,那么即使载荷质量有变化,也能通过调整发动机的燃烧时间来适应,而不需要重新设计整个火箭。这在一定程度上降低了火箭的通用性成本,提高了任务的适配度。
优化发射窗口: 有时候,为了赶上特定的发射窗口,火箭的性能需要调整。单侧CBC可以提供更大的灵活性,让火箭在不同的窗口下都有更高的成功率。

2. 故障容错与安全性: 虽然不是说主动引入故障,但CBC设计本身就与故障容错息息相关。
单发失效时的应急处理: 如果火箭的某个发动机在飞行过程中出现意外(比如推力下降),理论上,单侧CBC的设计可以在一定程度上允许火箭通过调整另一侧发动机的燃烧时间,或者通过更早地关机其他发动机,来维持飞行姿态和尽可能地完成任务,或者安全地中止任务,保护载荷。虽然星际荣耀的CBC更多的是出于任务优化的考虑,但这类设计为未来的故障容错能力打下了基础。
避免推力过载: 在某些情况下,如果火箭的推力比预期的要大,或者载荷对过载比较敏感,精确的关机时机就能避免对载荷造成损伤。

3. 发动机性能优化:
推力矢量控制的辅助: 很多火箭会通过摆动发动机来实现推力矢量控制(TVC),以调整姿态。如果有一侧发动机的燃烧和关机可以被独立精确控制,那么在某些复杂的飞行机动中,它可能能辅助TVC,或者在TVC受限的情况下提供额外的姿态调整能力。
效率提升: 传统的火箭发射,往往是按照最严苛的载荷和最不确定的工况来设计,这会造成一定的冗余。CBC允许在最优工况下关机,避免了不必要的推力输出,从理论上讲能提高能量利用效率。

然而,任何新技术都有其挑战和潜在的缺点。评价单侧CBC设计,也需要看到它的复杂性:

1. 系统复杂性增加: 实现精确的CBC,需要更加先进的发动机控制系统、传感器、软件算法以及高度可靠的执行机构。这无疑会增加火箭的设计、制造和测试的复杂性。
控制精度要求高: 对发动机点火、节流、关机以及燃料供给的控制精度要求极高,任何一个环节的误差都可能影响任务的成败。
软件算法的难度: 需要复杂的飞行控制软件来实时计算和决策,何时、如何进行CBC。这涉及到大量的仿真和验证工作。

2. 可靠性压力: 这种更精细的控制,对发动机和相关系统的可靠性提出了更高的要求。一旦CBC系统的核心部件失效,可能会导致更严重的问题。
发动机的精密控制: 传统的发动机关机可能相对简单,而CBC的关机可能涉及到复杂的流程,需要确保在任何条件下都能可靠执行。

3. 对地面支持和流程的影响: 这种先进的设计,也可能对发射前的准备、测试以及发射操作流程提出新的要求,需要更精密的地面支持系统和更细致的发射前检查。

再回到星际荣耀双曲线三A型火箭本身:

星际荣耀作为一家商业航天公司,其目标是降低发射成本、提高发射效率,并具备一定的灵活性。在这个背景下,引入单侧CBC这样的技术,可以看作是其技术路线和产品定位的一个体现。
“双曲线三号”定位: 它主要面向中低轨道的商业发射市场,特别是对载荷适应性和发射频率有一定要求的客户。
可能的具体实现: 在双曲线三A型火箭的芯一级,可能配置了两台发动机(或者更多),而“单侧CBC”的说法,很可能指的是其中某个发动机,或者更倾向于一种对整个级内发动机的协同精确控制,使得整个芯一级在完成使命后,能以最优方式关机,并将剩余的任务交给上面级。具体到“单侧”的字面意思,或许是指其一侧的发动机能进行更独立的控制,或者其设计上允许某一个发动机的失效,整体火箭仍然能够以某种形式完成任务(虽然这通常是更高级别的故障容错设计)。

总的来说,星际荣耀的双曲线三A型火箭的单侧CBC设计,是一种在技术上追求“精益求精”和“任务适应性”的体现。它并非颠覆性的全新概念,但将CBC技术应用在火箭的早期研制和交付中,特别是以这种可能更具弹性的方式实现,是值得关注的。

这个设计,如果能成功且可靠地实现,将赋予双曲线三A型火箭在任务灵活性、载荷适配度和潜在的经济效益方面一定的优势。它不是为了“酷炫”,而是为了更好地服务于商业航天的市场需求。当然,任何一项先进技术的落地,都需要严谨的测试和验证来证明其真正的价值和可靠性。双曲线三A型火箭的首飞,正是检验这些设计理念是否能够转化为实际能力的重要一步。

最终如何评价,还得看它在实际发射任务中的表现,以及它能否真正带来预期的效益。但从技术理念上讲,它代表了一种更智能、更精细化的火箭设计思路,是商业航天领域不断探索和创新的一个缩影。

网友意见

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没问题,因为液体燃料火箭发动机大都装在万向节上可以推力矢量控制来机动或者补偿重心、阻力问题。1990年代美国的国家发射系统计划最先搞出并列捆绑核心级、还有不对称捆绑的设计。

国家发射系统虽然被砍了但后来促成了进化型消耗性运载火箭也就是德尔塔四、宇宙神5系列的出现。其中重型德尔塔四终于用上的并列捆绑核心级的理念,然后被重型猎鹰所用。最后国内民营航天也开始抄了。

比国家发射系统更早几年的美国空军先进发射系统也用了类似不对称捆绑设计。

你不知道不等与不存在,另外这次山寨度过高,上面级也一样拉跨。打GTO等高轨道能力估计捉鸡。

顺便说一下国内山寨重型猎鹰的同时国外民营航天已经山寨马斯克星舰了。

相对论航天最近融资了6.5亿美元用来开发的地球人 R( Terran R )是两级完全重复使用火箭,近地轨道载荷20吨,也使用液氧甲烷。干净就是小号版星舰抢占SpaceX星舰太大造成的空缺生态位。当然看起来再入气动控制更保守没玩鸭翼大气漂移,可能用藏在级间段里的襟翼来气动控制。相对论航天的目标是2024年发射地球人R,当然航天领域跳票拖延难免的,好在能摸着SpaceX过河。

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