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终极版的星舰和超重就算再牛X,箭体也是由一个个不锈钢筒段焊接而成,其贮箱本质上就是一个“钢制、大直径、薄壁低温压力容器”,在工业上,液氧和液化天然气(甲烷)储罐都是再寻常不过的玩意儿,星箭说白了就是用了个特大的。有了星虫的成功经验,Space X继续找水塔制造承包商来造星箭,一点儿不出奇,更何况,马斯克玩这个早已驾轻就熟:从“猎1”开始,马老板已经找制造乳制品和食品加工行业大型金属储罐的民企来造火箭燃料箱,这在行内人看起来不可思议的事情,后来也被成功验证了。其实不论在国外还是咱们国内,有关这类民用压力容器的焊接规程、试板的力学性能检验、工艺评定的标准等那都是一抓一大把,不锈钢的焊接工艺也早已非常成熟,还真不需要动用传奇工匠或者神级焊工来操刀。
(图1:星舰第一台全尺寸原型机MK1,短壳和贮箱筒段之间的焊接现场图,可见Space X并未准备任何固定用的专用工装,而是直接让工人在吊装状态下手动在环形焊缝上进行焊接(红框处),打磨后貌似也没好到哪里去。仔细瞧瞧焊缝,质量上与在车间内通过自动焊完成的焊缝(蓝框处)相比那是天差地别;图2:除了红框那条,其他地方都是自动焊)
MK1后来在一次贮箱低温强度试验中爆了,不锈钢贮箱的前底和短壳被崩飞数十米远,就好像泄压阀被堵住的不合格高压锅一样,整个锅盖被掀飞了(动图3)。结合视频和事故后照片分析,爆炸发生在贮箱顶部,被炸飞的部分明显是贮箱前底短壳,裂开部分整齐的沿着短壳和贮箱筒段之间的环形焊缝裂开(图4:描红部分是齐刷刷的断口,明显是沿着焊缝断开)。
低温强度试验主要考察目标就是焊缝强度,但贮箱加压不会到爆掉的程度,事故发生后社媒上疑似有Space X员工发声说这破事是人为疏忽造成:“当天为了进行推进剂致密化(过冷)试验,传感器、通讯、遥控系统出现了问题,使贮箱被错误加压到了1.5-2倍压力。”这条发言未经马斯克和官方证实,如果确实如此,爆炸那是正常;如果不是,焊工的锅还是要背上的。
星舰的高空测试爆不爆有悬念好看,贮箱测试经常爆无悬念也好看,Space X真心热衷于挖潜。无论是早期采用301不锈钢的MK1、SN1和SN3,中期改用4mm 304L的SN7.1,还是在测试中的3mm超薄壁SN7.2,各种花式爆。
贮箱需要足以承受飞行过程中的各种工况,这是星箭成功的最基本条件,接受多种测试少不了。贮箱试验大致包括液压强度试验(常温和低温)、破坏性试验(爆箱)、短壳筒段的轴压试验和气密试验等,其中最为人所津津乐道的莫过于需要加注推进剂或测试剂的低温强度试验和破坏性试验,因为结果最为壮观,要么放烟花,要么白花花。Space X做贮箱测试一般用液氮,因其密度介于液氧和液态甲烷之间,沸点也近似,还不会大爆炸,当然也有人猜测有采用发射场里现成的液氧,成本还更低。
不论星舰MK还是SN系列,对于爆箱,Space X的官方表态多半是这样的:“当天出的事儿是在一次将系统推向Max的试验中发生的”,但这个Max具体是哪个指标很少有明确表示,给咱们留下充分的想象空间。低温强度试验的主要考察目标是焊缝强度,这种试验一般都是针对使用载荷作用下,即实际飞行过程中贮箱上最大应力部位做测试;破坏性试验则能全面考察箱体质量,考核强度储备,基于内压的破坏性试验压力一般取使用压力乘以安全系数。话说回来,星舰MK1不是抽检的试验件,也不是像SN1-3、SN7一样专门用来作贮箱测试的试验件,而是定位为一个20km亚轨道试飞的实飞火箭,Space X竟然直接上破坏性试验,要么是马斯克太相信焊工的手艺,要么就是失误了。
(图1:星舰基地,约会圣地。作为星舰第一艘全尺寸试验机,组装完成后的MK1本计划上天的,由于在贮箱测试中爆了,最终遭弃用;图2:MK1在破坏性试验中爆了;图3:SN1在压力测试中爆了;图4:SN3在低温强度试验中爆了;图4:SN7.1在破坏性试验中爆了;图6:SN7.2在低温强度测试中爆了)
我湖北广水的老家,小时候下午水库的泄洪鱼都是一群一群冲下来,下暴雨挨着塘,河的田里面都是鱼,在湖北真的下暴雨很多鱼冲出来的,不是作假的
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