NASA與SpaceX近日在NASA艾姆斯研究中心完成了對星艦超重助推器3型(Super Heavy Version 3)的風洞測試,為明年(2027年)的Artemis III演示任務做準備。測試在加州矽谷的艾姆斯研究中心進行,採用1.2%比例的模型,在跨聲速與超聲速風洞中測量火箭再入大氣層時承受的穩態與非穩態氣動力。此次測試基於2024年在該中心進行的早期測試,並針對超重助推器3型的重大設計變更進行了補充驗證。
超重助推器3型是SpaceX星艦系統的一部分,將用於發射星艦登月系統(HLS),將宇航員從月球軌道送至月面並返回。NASA與SpaceX合作開發HLS,而3型超重助推器與星艦被認為是Artemis III任務(計劃2027年)及後續2028年載人登月任務的基礎。
測試在艾姆斯研究中心的跨聲速風洞(速度範圍Mach 0.2至1.4)和超聲速風洞(Mach 1.55至2.5)中進行。NASA工程師使用1.2%比例模型,測量了火箭表面的穩態與瞬態氣流。NASA馬歇爾航天飛行中心HLS羽流與氣動環境團隊負責人Manish Mehta表示,NASA在非穩態空氣動力學方面經驗豐富,曾為太空梭、SLS火箭和獵戶座飛船進行過風洞測試,這些經驗幫助高效設定並分析超重助推器3型的測試。他還提到,類似測試曾為Artemis II的SLS火箭添加了邊條,因此Artemis II的經驗正幫助推進Artemis III及後續任務。
超重助推器3型相比前代有諸多升級:新推進系統與新型猛禽3發動機、取消發動機艙裙邊與整合式底座隔熱罩、柵格舵從四個減為三個但每個增大50%、整合熱分離級取代一次性保護級間段。這些重大改動促使NASA與SpaceX工程師希望更深入瞭解火箭再入大氣層返回發射場時的氣動載荷。
NASA艾姆斯研究中心非穩態空氣動力學專家Jayanta Panda解釋,火箭高速飛行時承受穩態與非穩態氣動力:穩態力如空氣平穩流過表面,非穩態力如空氣“抖振”導致振動。風洞資料有助於預測火箭再入時的反應,供飛行軟體引導,非穩態壓力資料則幫助工程師理解再入環境並用於載荷分析軟體。
此次測試是NASA Artemis計劃的一部分,旨在將人類送回月球進行科學探索、建立長期存在,併為首次載人火星任務奠定基礎。NASA與SpaceX的合作體現了政府與商業公司在航天領域的協作模式,NASA提供專業測試設施與技術專長,SpaceX負責設計製造。測試成功與否將直接影響Artemis III任務的時間表與安全性。