【資料圖】

SpaceX 的星艦首飛失敗了！

星艦在空中發(fā)生爆炸，未能成功與超重型助推器分離，導(dǎo)致「計劃外快速拆解」。

SpaceX 在 Twitter 回應(yīng)，好像首飛還不夠精彩，團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)審查數(shù)據(jù)，并努力進(jìn)行下一次試飛。

馬斯克說過，首次試飛的成功率在 50%，甚至沒炸毀發(fā)射臺就值得慶幸。

不管結(jié)果如何，這場發(fā)射都是太空探索歷史上的重要一章。

主人公星艦，是 SpaceX 研發(fā)的、具備劃時代意義的火箭，甚至有「人類最強(qiáng)火箭」之稱。

它也承載著馬斯克的火星夢想。就在最近，SpaceX 官網(wǎng)發(fā)布了星艦飛向火星的模擬視頻，展現(xiàn)了星艦發(fā)射、加注和到達(dá)火星前哨站的場景。

千呼萬喚始出來的星艦首飛，究竟有什么特別之處？

接下來，讓我們從幾個重要的問題切入，快速了解星艦的過去、現(xiàn)在與未來。

為什么是星艦

2021 年 4 月，SpaceX 打敗藍(lán)色起源，贏得了 NASA 近 30 億美元的登月艙合同。

按照計劃，SpaceX 將在 2025 年使用星艦，將阿耳忒彌斯 3 號的宇航員送上月球。

為何它會被 NASA 看中，又被馬斯克寄予厚望？

目前最高的運(yùn)載火箭

整個火箭系統(tǒng)稱為星艦（Starship），總高度約 120 米，由兩部分組成：

頂部配備 6 臺猛禽發(fā)動機(jī)的星艦航天器（Starship spacecraft），火箭系統(tǒng)的第二級，高約 50 米；

底部配備 33 臺猛禽發(fā)動機(jī)的超重型助推器（Super Heavy booster），火箭系統(tǒng)的第一級，高約 69 米；

星艦的火箭發(fā)射和捕獲塔也是世界最高的，高約 146 米。

目前推力最強(qiáng)的運(yùn)載火箭

星艦是 SpaceX 傾盡全力研發(fā)的下一代重型運(yùn)載火箭，被稱為人類歷史上體積最大、推力最強(qiáng)運(yùn)載火箭。

星艦助推器最多產(chǎn)生 7590 噸推力，是 NASA 土星五號火箭的 2 倍多。

向火星夢更進(jìn)一步的火箭

星艦的使命是將宇航員、貨物等有效載荷送入地球軌道、月球、火星以及更遠(yuǎn)的地方，對 NASA 重返月球的計劃也至關(guān)重要。

未來，星艦將能夠搭載 100 人進(jìn)行長時間的星際飛行，還將用于衛(wèi)星傳輸、開發(fā)月球基地和地球上的點(diǎn)對點(diǎn)傳輸。

星艦在低地球軌道以外的飛行，需要在軌加注技術(shù)，但這一技術(shù)還有待研發(fā)。

可完全重復(fù)使用的火箭

星艦是第一個被設(shè)計為可完全重復(fù)使用的火箭，從而用來降低成本，實(shí)現(xiàn)航天飛行商業(yè)化。

馬斯克認(rèn)為，這是實(shí)現(xiàn)火星移民和其他太空探索所需的關(guān)鍵技術(shù)突破。

如果火箭不可復(fù)用，那么航空旅行將無法負(fù)擔(dān)，「每次飛行后扔掉價值數(shù)百萬美元的火箭，就像扔掉一架波音 747 一樣」。

如果火箭完全可重復(fù)使用，那么每次發(fā)射的成本將主要是燃料，星艦的發(fā)射成本可能會降至 1000 萬美元以下。對于重達(dá) 100 公噸的有效載荷來說，每公斤成本不到 100 美元。

模擬視頻里，發(fā)射臺使用特殊機(jī)械臂「筷子」捕獲助推器.

星艦首飛時間線

4 月 20 日，是完全組裝的星艦首次試飛的日子。

或許冥冥之中自有安排，420 這個數(shù)字和馬斯克還有些淵源。2018 年，馬斯克提出以每股420 美元的價格將特斯拉私有化，結(jié)果惹了很多麻煩。

在科幻小說《銀河系漫游指南》中，42 則被視作「生命、宇宙以及任何事情的終極答案」。

首次試飛預(yù)計持續(xù) 90 分鐘

發(fā)射窗口時長 62 分鐘，北京時間 21:28 打開、22:30 關(guān)閉，期間任何時間都可能嘗試發(fā)射。預(yù)期試飛時間表如下：

其中比較關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)是：

助推器和航天器在發(fā)射后 3 分鐘左右分離。

助推器在第 8 分鐘左右，在受控狀態(tài)下垂直落入墨西哥灣。

航天器則在環(huán)繞地球的大部分地區(qū)后，重新進(jìn)入地球大氣層，在發(fā)射后 1 個半小時，于夏威夷附近硬著陸墜入海中。

首飛的失敗，將時間表再次清零。

4 月 17 日曾取消首飛

因?yàn)閴毫﹂y凍結(jié)，原定在 4 月 17 日的星艦首飛取消，轉(zhuǎn)為「濕彩排」（Wet Dress Rehearsal），流程幾乎與正式發(fā)射一樣，只是最后不點(diǎn)火。

馬斯克在當(dāng)天晚上說，自己學(xué)到了很多，先卸下推進(jìn)劑，過幾天再嘗試。

在 4 月 16 日晚上的 Twitter Spaces 討論中，馬斯克已經(jīng)一再預(yù)警，對這次發(fā)射降低期望值，首飛推遲的可能性很高。

如果我們在出現(xiàn)問題之前離發(fā)射臺足夠遠(yuǎn)，那么我會認(rèn)為這是成功的，只是不要炸毀發(fā)射臺。

過去為首飛所做的準(zhǔn)備

4 月 14 日，美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）向 SpaceX 頒發(fā)了星艦發(fā)射許可證，許可證有效期為五年。

對于 SpaceX 來說，這是程序上的最后一步，他們?yōu)檫@盞綠燈已經(jīng)等了一年多。

在最關(guān)鍵的裝備上，SpaceX 自然也籌備良久。

大力出奇跡的助推器

SpaceX 對星艦系統(tǒng)第一級的助推器進(jìn)行了多次測試，包括越來越復(fù)雜的靜態(tài)點(diǎn)火。

今年 2 月的靜態(tài)點(diǎn)火測試，是首飛前的一個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

助推器的 33 個發(fā)動機(jī)有 31 個點(diǎn)火成功，創(chuàng)下火箭發(fā)動機(jī)同時點(diǎn)火次數(shù)最多的歷史，因?yàn)楣?jié)流 50%，實(shí)際產(chǎn)生 3600 噸推力。

這次試驗(yàn)也說明發(fā)動機(jī)依然不夠可靠。馬斯克對此保持樂觀，表示推力足夠入軌。

靠爆炸開路的原型機(jī)

除了助推器，SpaceX 對星艦系統(tǒng)第二級的航天器，也經(jīng)過了多次亞軌道飛行測試，驗(yàn)證它們能否重新點(diǎn)火、翻轉(zhuǎn)、垂直著陸。

在這個過程里，屢戰(zhàn)屢敗、屢敗屢戰(zhàn)，事故、錯誤和爆炸是常態(tài)。

2019 年，SpaceX 對星艦航天器原型進(jìn)行「跳躍測試」，即將航天器升空一段距離后再在附近降落，飛行高度往往不到 150 米。

2019 年 4 月到 8 月間，它們不斷進(jìn)步，從能夠升空，到在 150 米懸停并順利降落。

2020 年 12 月到 2021 年 5 月，星艦原型機(jī)的一系列亞軌道高空試飛 5 射 4 炸：

2020 年 12 月，星艦 SN8 達(dá)到約 12.5 公里的目標(biāo)高度，但落地速度過快導(dǎo)致炸毀。

2021 年 2 月，星艦 SN9 沒能完成最后的翻身動作，傾斜著砸向地面，又一次炸毀。

2021 年 3 月，星艦 SN10 終于實(shí)現(xiàn)垂直著陸，但艦體內(nèi)的結(jié)構(gòu)被撞壞，幾分鐘后爆炸。

2021 年 3 月，星艦 SN11 在大霧里強(qiáng)行起飛，因?yàn)橐慌_發(fā)動機(jī)故障而當(dāng)空解體。

2021 年 5 月，星艦 SN15「神龍擺尾」后平穩(wěn)落地，雖然燃起了小股火焰，但很快就被撲滅。這次，星艦原型機(jī)成功實(shí)現(xiàn)軟著陸。

這次首飛的「計劃外快速拆解」，也在過去一次次地發(fā)生。

在一次次爆炸聲里，SpaceX 堅(jiān)持著「從失敗中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并快速迭代」的思路。不過，SN8 等星艦原型機(jī)主要是用不銹鋼制造的，說炸就炸也沒那么肉疼了。

爆炸是藝術(shù)也是科學(xué)，它能夠帶來有用的一線數(shù)據(jù)，利于快速改進(jìn)問題。從「事后諸葛亮」的角度看，各個版本之間的技術(shù)跨度也確實(shí)很大。

首飛開啟的是一個可能的未來首飛的主要目的

就像上面所提到的多次爆炸，SpaceX 已經(jīng)使用星艦原型機(jī)進(jìn)行了各種高空試飛，不過仍然停留在地球大氣層內(nèi)。

但這次的首飛，是第一次嘗試將星艦送入太空，即地球大氣層以外的宇宙空間。

首飛的主要目的是提供測試數(shù)據(jù)，幫助工程師改進(jìn)未來的發(fā)射，并解決飛行過程中出現(xiàn)的任何問題。

首飛無法做的事情

首飛只是一次初步的嘗試，有很多設(shè)想無法實(shí)踐：

首飛沒有任何有效載荷；

星艦在低地球軌道以外的飛行，需要在軌加注技術(shù)，但這還只是一項(xiàng)規(guī)劃；

星艦的設(shè)計雖然是可完全重復(fù)使用的，但這不是首飛的任務(wù)，首飛不打算在發(fā)射場回收助推器，也不讓航天器垂直著陸，而是讓它們落入海中；

首飛是否算入軌

首飛是否算入軌也略有爭議。

按照原定計劃，這次航天器達(dá)到了軌道發(fā)射要求的速度和高度，但沒有繞地飛行一圈以上，只是飛越了大半個地球，構(gòu)不成真正的軌道飛行，某種意義上可稱為軌道級發(fā)射。

也有人稱之為跨大氣層軌道（Transatmospheric Orbit）發(fā)射，因?yàn)樗M(jìn)入的軌道屬于亞軌道和軌道之間的臨界區(qū)域。

首飛成功的意義

如果首飛成功，那么就是將人類帶到火星等遙遠(yuǎn)目的地的一個重要里程碑。

不過，只有星艦實(shí)現(xiàn)可靠、快速、廉價的可重復(fù)使用，才有可能滿足載人任務(wù)等需求，但這顯然還需要多年時間。

SpaceX 的里程碑

SpaceX 在星艦首飛之前，已經(jīng)在航天史上留下了不少里程碑：

獵鷹 1 號：2008 年設(shè)計、制造并發(fā)射了世界首個由私人投資的軌道級液體燃料火箭獵鷹1號。

獵鷹 9 號：2010 年 6 月 4 日，SpaceX 發(fā)射了更大、更強(qiáng)大的火箭獵鷹 9 號。

龍飛船：2010 年 12 月 8 日，SpaceX 成功發(fā)射并回收了 Dragon 空間貨運(yùn)飛船，這是當(dāng)時世界唯一可重復(fù)使用的貨運(yùn)飛船。

空間站補(bǔ)給：2012 年 5 月 22 日，SpaceX 成為第一家成功向國際空間站（ISS）運(yùn)送補(bǔ)給的私營公司。

可回收火箭：2015 年 12 月 22 日，SpaceX 首次實(shí)現(xiàn)了獵鷹 9 號火箭的垂直著陸，從而為可重復(fù)使用的火箭技術(shù)邁出了重要的一步。

獵鷹重型火箭：2018 年 2 月 6 日，SpaceX 成功發(fā)射了當(dāng)時最強(qiáng)大的火箭——獵鷹重型火箭。

載人龍飛船：2020 年 5 月 30 日，SpaceX 成功執(zhí)行「Demo-2」任務(wù)，將 NASA 宇航員送上國際空間站，這是人類史上首次實(shí)現(xiàn)商業(yè)載人航天發(fā)射。

星鏈：自 2019 年開始，SpaceX 開始部署星鏈 Starlink 衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，并在 2020 年 1 月成為世界上最大的商業(yè)衛(wèi)星運(yùn)營商。

在首次發(fā)射獵鷹重型火箭之前，馬斯克預(yù)計成功的幾率也只有五五開，他在當(dāng)時說：

來自世界各地的人們，將觀看一場偉大的火箭發(fā)射，或者他們見過的最好的煙花表演。

上一次，他成功了。這一次的失敗，也是意料中事。

在此之前，馬斯克反復(fù)強(qiáng)調(diào)了這次發(fā)射的實(shí)驗(yàn)性質(zhì)，首次試飛的成功率在 50%，不保證順利，但一定不會無聊。

Success maybe, excitement guaranteed.

這仿佛就是太空探索的一句注腳。人類經(jīng)常徒勞無功，但仍然熱切地在群星之間探索。

畢竟，太空探索本就是一場兼具瑰麗與冷酷的冒險，就像 NASA 在《為什么要探索宇宙》里所說的那樣：

我憂心忡忡地看待未來，但仍滿懷美好的希望。

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