專題：首飛失敗爆炸后，SpaceX星艦今日二次試飛發射！馬斯克曾稱期望不要太高…

　　轉自：科普中國

　　當地時間 11 月 15 日，美國聯邦航空管理局（FAA）表示，已向太空探索科技公司（SpaceX）頒發了許可證，允許該公司“星艦”超重型運載火箭的第二次發射。

　　SpaceX同時宣布，計劃于當地時間 11 月 17 日，進行“星艦”的第二次發射，發射窗口將于美國中部時間上午 7 點（北京時間 21 點）開始，持續兩個小時，當地居民可能會在火箭升空過程中聽到巨大的噪音。

　　當大家都滿懷期待時，根據SpaceX創始人埃隆·馬斯克今天稍早在X上發布的消息，該公司計劃于當地時間 11 月 18 日，進行“星艦”的第二次發射。“星艦”被推遲至 18 日發射，原因是需要更換格柵翅片執行器（grid fin actuator）。

　　早在 2023 年 4 月 20 日，SpaceX的星艦，曾嘗試挑戰首次入軌級測試。按照計劃，此次飛行最大軌道高度超過 200 千米，史上最強運力火箭將正式登上航天舞臺。不幸的是，發射幾分鐘后，星艦在空中逐漸失去控制，隨后解體爆炸。通過事后的記錄視頻可明顯看出，并聯的發動機連續出現了異常關機，最終導致星艦失去穩定、劇烈爆炸。

星艦共有33臺猛禽發動機。圖為上一次發射時，艦體爆炸前發動機的工作情況。圖片來源：SpaceX

　　經過幾個月的蟄伏，改進后的星艦有望在明天再次嘗試入軌級軌道飛行。如果這次飛行能夠成功，星艦能否開啟航天新紀元？

　　航天史新紀錄

　　相比此前的各種飛“船”，星艦的確大到了可以用“艦”來形容。單看賬面指標，星艦整體高達 120 米，直徑 9 米，總重 5000 噸，起飛推力達到 7500 噸，已經遠超傳奇登月火箭土星五號和正在服役的登月火箭太空發射系統。

測試中的星艦，圖中的塔架高度相當于60層高的樓。圖片來源：spaceflight

　　從運載能力方面來看，它可以運輸 150 噸載荷到近地軌道，如果不考慮回收復用，可達 250~300 噸。此外，星艦還可執行百噸級地球同步轉移軌道、地月轉移軌道和地火轉移軌道任務，是個多面手。在完成載人任務時，星艦最多可容納 100 名宇航員工作生活，也大幅超過了普通載人飛船的 3~6 人。

　　基于 SpaceX 的猛禽系列發動機和火箭回收復用技術，星艦再進一步，可實現全箭復用，是航天史上首創。結合廉價的不銹鋼主體結構、更易獲取的液氧甲烷推進劑、相對簡單的發射塔架，星艦的單次發射成本有望低于普通火箭。

　　按照馬斯克的說法，未來目標是把平均發射成本壓縮到 100 萬美元。這意味著貨運為單價 10 美元/千克，客運單價為 1 萬美元/人。目前的國際航天貨運和客運報價約為 1 萬美元/千克和 8000 萬美元/人。對比來看，如果馬斯克能實現他的豪言壯語，星艦的價格優勢將非常驚人。

早在此前的 SN10 測試任務中，星艦已初步驗證了回收著陸技術。圖片來源：SpaceX

　　星艦的設計理念基本顛覆了傳統的載人航天任務執行方式。在與重型火箭一級分離后，裝有 6 臺猛禽發動機的星艦依然擁有很強的自主飛行和變軌能力。猛禽發動機也是世界上首款實用化的液氧甲烷火箭發動機，從技術上看也是首款全流量分級燃燒火箭發動機，在變推力控制方面有著較大靈活度。

　　在返回地球表面時，星艦將通過這些可變推力發動機精準控制垂直降落過程，最終落回發射塔架，被大型機械臂夾住或降落于地面。這基本擺脫了傳統飛船對于氣動減速的依賴，也不再需要龐大的降落傘系統。在經過簡單改進后，星艦可用于月球著陸和火星著陸，通用性極強。

　　綜合看來，星艦是航天領域內的一個新的“物種”，在很多方面實現了顛覆性的創新，達到了新的高度，對于整個人類航天事業都有很大的啟發作用。

　　應用潛力廣闊

　　正因較強的著陸能力，在美國宇航局（NASA）正推進的“阿耳忒彌斯”重返月球計劃中，星艦拿到了至關重要的載人登陸月球合同。

　　按照設計，星艦的 HLS 版本將會在深空中與月球空間站（或獵戶座飛船）分離，攜帶宇航員和大量科研設備登陸月球表面，再從月球表面起飛返回，成為空間站與月球表面的定期“航班”。設計的星艦 HLS 版本的往返月球總重達到 100 噸，遠超 NASA 提出的 1~2 噸級別，更多的運力空間將會大幅提升宇航員在月表執行任務的復雜性，有助于更全面、更深入地開發利用月球。

星艦的HLS版本，將會是“重返月球”的關鍵一步。圖片來源：NASA

　　在馬斯克一直提到的“移民火星”夢想中，星艦也是決定成敗的核心運載工具。

　　按照這個瘋狂的想法，廉價的星艦配合近地軌道執行推進劑補加任務的“油艦”，將逐批次運送物資到火星著陸，日積月累后最終達到百萬噸物資級別，足夠維持小型社群的可循環生活。如果再輔以火星原位資源開發技術，逐漸改造火星并非奢談?；鹦侵懠夹g，一直是這一切的最大掣肘。星艦若能成功測試，意味著馬斯克離這個夢想走了不小的“一大步”。

　　當然，從設計方面，目前版本的星艦還是以服務于近地空間為首要目標。

　　從科學研究方面來看，一個有很大尺寸和運輸能力的運載器具，將對天文觀測和行星探索等任務有顛覆性改變，且低廉的發射價格將讓科學家把有限的預算集中于研發科研載荷。

　　例如，星艦可搭載超大尺寸空間望遠鏡升空，遠超此前。對于木星、土星等遙遠星球的探索，無論是星艦“空中加油”，還是星艦運輸一個獨立上面級的方式，都有助于大幅增加探測器的質量預算，從而攜帶更多先進儀器深入探索這些神秘的行星，揭開太陽系的面紗。

未來星艦的常態化發射模擬效果圖。圖片來源：SpaceX

　　而以測試目標來看，星艦成為地球上“洲際運輸系統”的理念可行性也很大。按照測試計劃，星艦組合體從美國南部的博卡奇卡起飛，在 172 秒后完成使命的火箭一級與星艦分離后返回并著陸，星艦開始自主飛行，最遠距離地表約 250 千米，在測試完一系列技術，約 75 分鐘后在夏威夷附近海域開始受控再入，全程約 90 分鐘。

　　如果把這次旅程想象成一架民航客機，效果如下：改裝后的可乘坐 200—300 名乘客的洲際客運版本星艦，可在兩小時內完成到地球任一地點的飛行，如果機票價格控制在 1—2 萬美元，附帶一次地外失重俯瞰地球之旅，相信這個特殊的“民航客運”市場將會吸引眾多消費者體驗。

　　總體而言，低價格、強運力、適用性是星艦的三大核心競爭力，有望在多個航天領域改變游戲規則。

　　“炸”出來的火箭

　　星艦的研發并非一切順利，一大特色就是“炸”。由于絕大部分是自籌經費， SpaceX 并沒有太多討好投資人的壓力，基本是邊極限測試邊快速迭代的研發理念。從一開始，很多研發條件就基于這個邏輯建立。

星艦的測試環境和場地遠不是傳統航天研發留給大眾的高精尖印象。圖片來源：SpaceX

　　例如，測試場地選擇了美國南部得克薩斯州的博卡奇卡海灘，這里基本是一片荒蕪，員工吃飯都要從半小時車程外的小鎮訂餐。星艦的簡陋組裝車間、發射塔架和保障系統，就在這個便宜又荒涼的地方開展。已經建造完畢的星艦，也被直接拉出去暴露于室外，節省了不少倉儲的成本。

　　很多測試注定是要把火箭測試到爆炸，星艦因而廣泛采用了相對廉價的不銹鋼材料建造，批量生產的猛禽系列發動機價格低至 25 萬美元，SpaceX 還研發了更廉價但性能更好的隔熱瓦，總體上大幅節約了星艦的建造成本。再開個玩笑，不斷炸掉老版本，也節省了不少維護和儲存費用。

　　在這種邏輯下，SpaceX 從星艦最早的星蟲版本，共計炸掉或退役了 32 個測試原型機，甚至曾經首飛測試的星艦也僅是一個編號“SN24”，已經炸掉。與它相近的版本“SN25”已完成了各種測試，“SN26”和“SN27”也建造完畢，進入測試流程，后續的各測試版本也在設計迭代中。因而，飛行測試的爆炸并不意味著星艦的研發到此結束，還會有更多“爆炸”在路上。

　　星艦，很有可能開啟航天領域的新紀元，未來人類航天會走向何方，我們仍會拭目以待。

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責任編輯：郭明煜