星艦二飛：“煙花秀”重演，但驚喜連連

2023 年11 月18 日，星艦進行了第二次全面飛行測試。一開始，星艦順利起飛，超重型火箭表現得十分出色，像一只展翅高飛的雄鷹，搭載著星艦飛船劃破長空，并成功完成了與星艦飛船的分離。然而，好景不長，超重型火箭在回收過程中再次上演了一場“煙花秀”，爆炸成了一團火球。星艦飛船在升空8 分鐘后，于148 千米的高空與地面失去聯系，隨后啟動自毀系統，結束了這次旅程。

據分析，超重型火箭爆炸最有可能的原因是通向猛禽發動機的液氧管線被堵塞，一臺發動機發生能量故障，最終導致火箭“放煙花”。

星艦飛船的故障原因則是液氧泄漏引發的起火和爆炸。盡管這次試飛沒有挾帶貨物，不需要那么多推進劑，但星艦飛船還是按未來有帶貨需求的情況裝載了額外的液氧，以收集相關數據。在重返大氣層前，它需要按飛船回收時真正所需的推進劑質量排出這些過量的液氧。當液氧排氣口啟動時，飛船尾部發生泄漏，導致事故發生。如果這次試飛真挾帶了貨物，液氧被正常消耗掉，反而不會發生這樣的事故。

連闖數關，大有進展

盡管星艦第二次試飛以失敗告終，但星艦在飛行中連闖數關，雖敗猶榮，取得了不少可圈可點的進展。

一是超重型火箭“火力全開”。超重型火箭的33 臺猛禽發動機全部成功啟動，它們猶如一群強勁的野馬齊頭并進，力量十足，并且首次在上升過程中完成了全程燃燒。

二是超重型火箭與星艦飛船完美分離，新設計的極具挑戰的熱分離技術首次嘗試就大獲成功，船箭分離干凈利落。

三是星艦飛船沖上云霄。星艦飛船的6 臺猛禽發動機全部成功啟動，推動飛船到達了約150千米的高度。飛船猶如一顆璀璨的流星劃過天空，成為第一艘到達外層空間并幾乎完成全程燃燒的星艦飛船。

分離還分“冷”與“熱”？

星艦在第二次試飛中層層闖關，經歷了一系列的考驗。其中最艱難的一關是什么呢？那就是驗證新設計的用于超重型火箭與星艦飛船分離的熱分離技術。

你可能會問，分離還分“冷”與“熱”？確實如此。全世界大多數的運載火箭都是多級的，如同接力賽跑，逐級加速，將航天器送入軌道。多級火箭一般有2 到4 級，由單級火箭串聯或并聯組成。在飛行過程中，每一級火箭完成任務后通過特定的分離機制與后續級分離，稱為級間分離。那么火箭的不同級是怎么分開的呢？有兩種截然不同的方式，就像兩種不同的接力賽接棒方式，分別是冷分離和熱分離。以下我們以兩級火箭為例，進行二者的比較。

冷分離是指第一級火箭完全停止燃燒后，第二級火箭才開始點火，依靠分離機構使兩級分離。就像接力賽中，一個運動員跑完一程后完全停下來，再由下一個運動員開始跑。這種方式可以避免混亂和意外發生，確保安全性和可靠性。

熱分離是指第一級火箭仍在燃燒時，第二級火箭就開始點火，靠第二級火箭發動機噴出的高溫燃氣流把第一級火箭推開，實現兩級分離。就像接力賽中，一個運動員即將到達接力點還在全力沖刺的時候，下一個運動員就開始跑。這種方式需要精確的時機和配合，以確保任務實施順利。

雖然冷分離和熱分離各有優劣，但冷分離更為常見，因為它技術成熟，難度較小，能夠保障系統的安全性和穩定性。冷分離的缺點在于：首先，它需要專門的分離機構，這增加了火箭的結構重量，降低了火箭的載貨能力；其次，在分離的時候，第一級火箭發動機已經停止，第二級火箭發動機尚未點火，火箭短暫處于無動力狀態，受到空氣阻力的影響，會略微降低火箭的速度和加速度，也會影響火箭的載貨能力；此外，這種方式分離時間較長，姿態控制系統的失控時間也較長，對火箭姿態略有影響。

相比之下，熱分離的優點在于無需專門的分離機構，簡化了分離步驟，提高了火箭的可靠性。在分離時，第一級火箭剛關機，第二級火箭便無縫銜接進行點火，沒有無動力飛行段，飛行期間無能量損失，有助于提高火箭的載貨能力。此外，火箭始終處于有動力可控狀態，分離速度快、分離時間短，對火箭姿態影響較小。但是，熱分離的缺點也非常明顯：第一級火箭需要特殊的設計來避免被第二級火箭的熱氣流和火焰所影響，這會增加火箭的高度和重量；要求控制系統非常精確，若第一級火箭關機延遲或后效較大，分離后第一級火箭有可能再次往前沖，撞擊第二級火箭，存在一定的危險性，這也是熱分離技術未得到廣泛應用的主要原因之一。

由“冷”轉“熱”，首次嘗試熱分離就一舉成功

超重型火箭與星艦飛船分離最初采用的是冷分離方式。在第二次試飛任務中，專家們最大膽、最困難的挑戰就是把冷分離改成熱分離。馬斯克表示：“我們做出了一個最新的突破性改變，這種新的級間分離方式非常重要?！痹跓岱蛛x過程中，超重型火箭會給星艦一個小小但至關重要的推力，讓星艦飛得更高、載更多的貨物。據估計，這種方式能讓星艦的運載能力提升約10%。

超重型火箭與星艦飛船分離要成功地由“冷”轉“熱”，需要進行相應的設計改變。在星艦飛船與超重型火箭分離前幾秒， 超重型火箭的30 臺猛禽發動機會迅速關閉，只保留3 臺中心發動機并以50% 的推力持續推進。與此同時，星艦飛船的發動機啟動，發動機噴流作用到超重型火箭頂部的推力可以達到級間分離的目的。但是，這會導致對超重型火箭的沖擊，所以必須保護它的頂部，以免被星艦飛船的發動機尾焰燒毀?？茖W家們給超重型火箭的頂部加裝了一個新的防護部件——熱分離級間段，這一變化導致星艦“長高”了，全箭比首飛時增高了1 米。

熱分離級間段包含熱防護頂蓋和熱分離排焰環兩部分。熱防護頂蓋就像是一頂“熱防護帽子”，覆蓋了超重型火箭頂部的大量設備，以免被星艦飛船發動機的尾焰燒毀。熱分離排焰環被設計成大的鏤空網格結構，用于快速對星艦飛船發動機排放的大量高溫燃氣進行導流，將尾焰引向一邊，可以有效地防止火箭爆炸。排焰環還能起到在超重型火箭頂部增加一層隔熱層的熱防護作用。

熱分離是星艦第二次試飛中“ 最危險的部分”，成功闖過這一關的概率只有60%。SpaceX 曾表示，如果星艦順利熱分離，就可以認為這次試飛任務成功。第二次試飛起飛后大約2分48 秒，超重型火箭和星艦飛船之間的連接成功解鎖，實現了完美的熱分離。首次嘗試便成功地驗證了這一技術，真是令人激動！

雖然熱分離技術以前在蘇聯、俄羅斯和美國早期的一些火箭上使用過，但這是第一次在如此巨大的火箭上成功應用。這一技術上的重大突破，讓星艦的載貨能力達到了新的高度。

SpaceX 表示， 星艦第二次試飛的主要目標是測試上升階段，驗證超重型火箭的飛行能力，其他成果都是意外之喜。所以盡管這次試飛再次上演“煙花秀”，但超重型火箭與星艦飛船的發動機可靠性都有了巨幅提升，達成了多個重要目標，可以說是“驚喜連連”。星艦邁出了巨大的一步，為后續的第三次試飛鋪平了道路。