星艦四飛：成功！“兄弟”雙雙把家還

2024 年6 月6 日，星艦像一只展翅高飛的大鳥，雄心勃勃地啟動了它的第四次綜合飛行測試。這次試飛，比以往任何一次都走得更遠，超重型火箭和星艦飛船雙雙成功定點海上降落，“兄弟”倆攜手歸來。

這次試飛圓滿完成了所有既定目標。相比于前三次試飛，本次試飛取得了重大進展，實現(xiàn)了里程碑式的飛躍。無論是航天界還是媒體，都首次用“成功”來形容這次飛行，因為這次星艦不僅成功地進入了軌道，還順利返回了地球。馬斯克激動地發(fā)文：“祝賀SpaceX 團隊取得了史詩般的成就！”他說：“今天是讓人類未來成為航天文明的偉大日子！沒有什么比齊心協(xié)力實現(xiàn)鼓舞人心的目標更能將我們團結(jié)在一起的了。”

旅途精彩紛呈，星艦上演“速度與激情”

本次星艦試飛取得了輝煌的成就。超重型火箭與星艦飛船雙雙首次成功飛完了計劃的全程，首次實現(xiàn)了水面軟著陸。這真是一場“速度與激情”的大戲，讓我們一起來回顧這段精彩旅程吧！

在萬眾矚目中，超重型火箭點燃了全部33 臺發(fā)動機，像一頭力量無窮的巨獸，咆哮著離開地面。雖然有一臺發(fā)動機異常關(guān)機，但升空過程仍然非常順利。隨后，超重型火箭和星艦飛船干凈利落地“揮手告別”，成功完成熱分離。超重型火箭完成了返回點火和著陸點火，雖然在著陸點火時有一臺發(fā)動機未能啟動，但它還是在起飛7 分多鐘后，瞄準了海上的“虛擬發(fā)射塔”成功著陸，垂直降落海面后傾倒。這是它第一次成功在水上軟著陸。

與超重型火箭分離時，星艦飛船點燃了全部6 臺猛禽發(fā)動機，順利進入預(yù)定軌道。大約45 分鐘后，它像流星一樣，以接近27000千米/ 時的速度再入大氣層，飛船周圍出現(xiàn)了色彩斑斕的等離子體云，給觀看直播的觀眾帶來了一場視覺盛宴。星艦飛船以60 度角重新進入大氣層，然后采用一種“肚皮”向下，被稱為腹部拍水式俯沖（bellyflop）的姿勢飛行——就像跳傘運動員一樣，一邊下降一邊調(diào)整姿勢，直至在空中“躺平”。這種機腹朝下“拍”入大氣層的姿勢，可以用最大的面積“兜風(fēng)”，產(chǎn)生足夠的空氣阻力將速度降低。

在距離海面2 千米高度時，星艦飛船像武林高手一樣，完成了一個“神龍擺尾”的高難度動作，從“肚皮”向下改為尾部向下，從近水平姿態(tài)轉(zhuǎn)換為垂直下落，讓人驚嘆不已。隨后，星艦飛船啟動猛禽發(fā)動機，進行反推減速，直至距海面數(shù)十米處垂直懸停，最終成功在指定目標區(qū)域軟著陸，受控海上降落。這是星艦飛船首次成功在水上著陸。

超重型火箭與星艦飛船這對“兄弟”雙雙成功返回，實現(xiàn)了預(yù)期的可重復(fù)使用性演示，標志著星艦的研制邁出了重要的一步。

挑戰(zhàn)驚心動魄：披上“黑馬甲”，勇闖“火焰山”

在星艦第四次試飛前，馬斯克曾表示，這次試飛的主要目標是“在重返地球時經(jīng)受住最高溫的灼燒”。也就是說，此次試飛星艦最大的挑戰(zhàn)是扛過穿越大氣層時的極端高溫，存活下來。

想象一下， 星艦飛船以每小時幾萬千米的速度沖進地球稠密的大氣層，飛船外的空氣達上千攝氏度，仿佛進入了《西游記》里的火焰山，如何才能保護它不被燒毀呢？一個重要措施就是給星艦“穿隔熱服”。

我們平時看到的星艦飛船像是一根閃閃發(fā)光的銀色“光桿”，由不銹鋼制成。在再入大氣層期間，星艦飛船底部迎風(fēng)面溫度高達1400 ℃，就像進入了一個巨大的烤箱，必須“穿隔熱服”才能幸存下來。而星艦飛船背風(fēng)面的環(huán)境相對溫和，箭體所承受的溫度最高不超過330℃，發(fā)動機周圍的溫度不超過925℃。由于不銹鋼在800 ～ 1000℃的條件下仍能保持足夠的強度，背風(fēng)面不“穿隔熱服”也能扛過去。因此，科學(xué)家們給星艦飛船披上了一件“黑馬甲”——僅在迎風(fēng)面一側(cè)覆蓋了由18000 塊隔熱瓦組成的黑色“隔熱服”。

除了頭部和極少數(shù)部位，星艦飛船“黑馬甲”的主體由尺寸統(tǒng)一的六角形隔熱瓦組成。這些隔熱瓦像是一塊塊緊密排列的“魔法盾”，工藝相對簡單，可以直接敷在不銹鋼材料表面——在外壁上焊接固定卡扣，用卡子固定白色的隔熱氈，最后將黑色隔熱瓦貼在隔熱氈上。隔熱瓦之間特意留出了細小的縫隙，這是為隔熱瓦高溫膨脹時留出的空間。隔熱瓦采用六角形的原因之一是它“沒有直線路徑讓熱氣體加速通過縫隙”，更好地保護了星艦飛船。

隔熱瓦采用了一種新型防熱材料，既輕便又耐用，就像給星艦穿上了一件堅固的防火衣，能夠承受上千攝氏度的高溫，保護星艦在闖過“火焰山”時安然無恙。“黑馬甲”不僅能夠多次使用，而且在不同飛行任務(wù)之間幾乎不需要維護，真是節(jié)約又高效。

為了測試多種熱防護方案，SpaceX在發(fā)射前對“黑馬甲”動了些“手腳”——他們大膽地移除了兩塊隔熱瓦，露出不銹鋼箭體，并放置了一塊較薄的隔熱瓦。通過傳感器，他們仔細觀察這些位置在飛行過程中的溫度變化，看看不同情況下的隔熱效果如何。

帶著這些“瑕疵”上陣的星艦飛船，在再入過程中的表現(xiàn)堪稱驚心動魄。高溫下，飛船“一路火花帶閃電”，被燒得傷痕累累。隔熱瓦受到?jīng)_擊剝落了一部分，甚至發(fā)生了嚴重的“烤翅”事故——一個可活動的“小翅膀”（學(xué)名為襟翼）在下降過程中被燒焦，信號也多次中斷。連主持人都打趣道：“讓我們看看飛船最終還能剩下多少。”盡管受了這些傷，星艦飛船還是“身殘志堅”地挺到了最后，成功在海上軟著陸，完成了既定目標。

回顧這次試飛，既驚心動魄，又精彩紛呈。這次飛行測試了熱防護方案，并為未來的改進提供了寶貴數(shù)據(jù)。第四次試飛結(jié)束后，SpaceX 迅速對即將執(zhí)行第五次試飛的星艦進行了升級。他們在不銹鋼蒙皮表面涂上燒蝕材料作為輔助隔熱層，并為星艦量身打造了一件新款“黑馬甲”——將18000 塊隔熱瓦全部更換為強度是原來兩倍的新型隔熱瓦。此外，飛行中出現(xiàn)的個別發(fā)動機停火現(xiàn)象并未影響正常飛行，也驗證了“小推力、多并聯(lián)”發(fā)動機方案的可靠與有效性。第四次試飛展示了超重型火箭與星艦飛船返回并再利用的核心能力，星艦向著快速可重復(fù)使用的未來邁出了堅實的一步。