流水


2023年4月20日,SpaceX(美國太空探索技術公司)嘗試了超重-星艦組合體的首次軌道級試射任務。但結果大家都已經知道,超重-星艦組合體在點火升空約239秒后,在數個發動機熄火、箭體嚴重傾斜翻滾的情況下,最終爆炸解體,場面頗為壯觀。
準備良久的試射任務以火箭爆炸收場,本該是一件令人垂頭喪氣的事情,可公司CEO埃隆·馬斯克看上去挺高興,并在其社交媒體賬號上發消息向任務團隊表示祝賀。
那么,這次試射到底是成功還是失敗了?莫非馬斯克是死要面子不肯承認錯誤?
其實對于本次試射任務,馬斯克及他的團隊把預期放得足夠低。他曾預計,這次發射的成功率只有50%。但由于本次試射任務標志著SpaceX進入了探索行星際旅行的全新階段,因此盡管發射成功的可能性不高,卻仍吸引了無數航天愛好者的目光。
說到這里,大家或許有些糊涂:從2008年開始,馬斯克就帶領著一幫人一次又一次地試射,不是已經發射成功也回收成功了嗎?這次又在搞啥?
趁這個機會,我們不妨來“捋一捋”。
航天發射兩大件:火箭和航天器
火箭和航天器是各國航天發射任務的“標配”。
以中國為例,風云氣象衛星、北斗導航衛星、神舟飛船、嫦娥系列月球探測器、天問一號火星探測器和天宮空間站等,都被稱為航天器。它們遵循天體力學的運動規律在太空中飛行,用于完成載人、探測等一系列太空任務。
在研發過程中,工程師除了要讓航天器具備完成預定工作任務的能力,還要使其具備良好的抵抗宇宙輻射、極端溫度環境和微流星體超高速沖擊的能力。
火箭則是將這些航天器安全送入太空的運載工具,航天器越重、預定到達的飛行軌道越高,對火箭綜合能力的要求也就越嚴格。由于大氣層中的飛行環境遠比真空中更復雜,所以在航天發射任務中,火箭點火發射及其升空后2分鐘內是最容易發生事故的階段。
目前,世界許多國家都在不遺余力地研制性能更為強大的火箭,保障航天發射任務的順利完成。
馬斯克的SpaceX做了哪些事
SpaceX是一家由NASA(美國國家航空航天局)支持并發展壯大起來的民營商業航天服務商。自成立以來,它的任務就是研制可重復使用的火箭和貨運/載人航天器。
降低材料成本和實現重復使用是馬斯克降低航天發射成本的兩大法寶。
鈦合金、碳纖維等航天器制造材料太貴?那我就用不銹鋼來造火箭吧!
火箭發射一次就扔的做法太過浪費,費用太高?那我就把發射出去的火箭收回來再繼續用唄!
而SpaceX的研發方式也很簡單直接。在NASA的支持下,SpaceX快速完成了一輪又一輪的地面試驗和發射試驗。你讓我在試驗前先嚴密論證,以確保萬無一失?不存在的,只管試就是了,哪里失敗了就在哪里打一個“補丁”,然后繼續試。這種令大家瞠目結舌的“程序員在線修bug”式的研發方式一度使SpaceX瀕臨破產,但最終還是取得了不小的成功。
從2008年到2020年,經過上百次的迭代測試,SpaceX逐步掌握了貨運/載人龍飛船的降落傘濺落回收技術和獵鷹9號運載火箭的反推垂直著陸技術。通過龍飛船和獵鷹火箭的重復回收使用,馬斯克大大降低了航天發射的成本,接了大量商業航天訂單,一時間風頭無兩。
但馬斯克的雄心并不止于此,他最終想實現的是火星移民。但想要把航天器順利地運送到火星,以SpaceX現有的獵鷹火箭的推力遠遠無法滿足要求。
為此,馬斯克又開始了迭代進化:既然配備27臺猛禽發動機的重型獵鷹9號火箭都不夠用,那我就用33臺高功率猛禽發動機“攢”一個超重的獵鷹火箭吧!沒錯,這個新型火箭就叫作“超重(Superheavy)”推進器。而在超重上方的航天器,要比龍飛船大得多,被命名為“星艦(Starship)”。
從2018年到2022年,SpaceX制造了30多個星艦原型機,進行了大量地面試驗和大氣層內飛行試驗,一步步探索出星艦發射與反推垂直回收技術。這一次的發射測試,則是首次嘗試軌道級發射任務,馬斯克似乎想看看,星艦到底能不能在近地軌道附近飛行一段距離。
按照原計劃,超重-星艦組合體發射升空后,超重推進器將首先受控降落,星艦則繞地球飛行將近一圈后在海上濺落回收。
不過,在發射之初,組合體就因故障而出現了明顯的彈體傾斜現象。到第67秒時,可以看到一共有6臺發動機熄火了。這樣一來,整個星艦受到的推力不再平衡,因此越飛越歪,還出現了翻滾現象,最終只能以引爆告終,最大飛行高度39千米。
對馬斯克而言,即使星艦在地面爆炸都是可以接受的(以前又不是沒有發生過),而這次飛行了這么久后才爆炸,其表現已經是非常棒了。同時,這次試驗證明了星艦的技術路線具有一定的可行性,后期只要排除發動機失控的故障或許就可以繼續發展。這或許就是馬斯克對本次首飛失利評價頗高的原因。