馬斯克的星艦首飛,到底是成功了還是失敗了?

蝌蚪五線譜 發佈 2023-05-04T06:39:51.079883+00:00

最近,SpaceX公司又進行了發射試驗。4月20日,SpaceX公司嘗試了超重-星艦組合體的首次軌道級試射任務。結果大家都已經知道,超重-星艦組合體在點火升空約239秒後,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。

最近,SpaceX公司又進行了發射試驗。4月20日,SpaceX公司嘗試了超重-星艦組合體的首次軌道級試射任務。

結果大家都已經知道,超重-星艦組合體在點火升空約239秒後,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,可馬斯克看上去卻挺高興,還在推特發消息向任務團隊祝賀。

那麼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嗎?

其實對於本次試射任務,馬斯克及他的團隊把預期放得足夠低。他曾預計成功率只有50%。但由於本次試射任務標誌著SpaceX公司進入了探索行星際旅行的全新階段,因此儘管發射成功的可能性不大,卻仍然引來了航天愛好者的全程關注。

說到這裡,可能有的同學已經搞不清了:從2008年開始,馬斯克就帶領著一幫人一次又一次地試射,不是已經發射成功又回收成功了嗎?這次又在搞啥捏?

趁這個機會,我們就來捋一捋。


火箭和太空飛行器是各國航天發射任務中的「標配」。

以我國為例,風雲氣象衛星、北斗導航衛星、神舟載人飛船、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等都被稱為太空飛行器,它們以天體力學的運動規律在太空中飛行,並用於完成載人、探測等任務。

在研發過程中,工程師們除了要讓太空飛行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衝擊的能力。

火箭則是將這些太空飛行器安全送入太空的運載工具,太空飛行器越重、預定到達的飛行軌道越高,對火箭的綜合能力要求也就越嚴格。由大氣層中的飛行環境遠比真空中要複雜,所以在航天發射任務中,火箭點火發射及其升空後兩分鐘內是最容易發生事故的階段。

目前,世界各國都在不遺餘力地研製性能更為強大的火箭,保障航天發射任務。



SpaceX公司是一家由美國航天局NASA支持並發展壯大起來的民營商業航天服務商。自成立以來,它的任務就是研製可重複使用的火箭和貨運/載人太空飛行器。

降低材料成本和實現重複使用是馬斯克降低航天發射成本的兩大法寶。

聽說鈦合金、碳纖維等航天材料太貴?那我就用不鏽鋼來造火箭吧!

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再接回來繼續用唄!

而SpaceX公司的研發方式也很簡單直接。在NASA的支持下,SpaceX公司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,哪裡失敗了就在哪裡打一個補丁,然後繼續試。這種令大家瞠目結舌的「程式設計師在線修bug」式研發手段曾經屢戰屢敗,一度使SpaceX瀕臨破產邊緣,但最終還是取得了不小的成功。

從2008年到2020年,經過上百次的疊代測試,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複回收使用,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在手,一時間風頭無兩。



馬斯克的雄心並不止於此,他最終想實現的是火星移民。但為了把太空飛行器順利地運送到火星,SpaceX公司現有的獵鷹火箭推力遠遠無法滿足要求。

為此老馬又開始了疊代進化:既然配備有27台猛禽發動機的重型獵鷹9號火箭都不夠用,那我就用33台高功率猛禽發動機攢一個「超重」的獵鷹火箭吧!沒錯,這個新型火箭就叫做超重獵鷹火箭(SuperHeavy)。而在超重火箭上方的太空飛行器,要比龍飛船要大得多,被命名為星艦(Starship)。

從2018到2022年,SpaceX製造了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,一步步地摸索了星艦發射與反推垂直回收技術。本月的發射測試,則是首次嘗試軌道級發射任務,也就是看看能不能讓星艦發射在近地近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後,超重獵鷹將首先受控降落,而星艦則繞地球飛行將近一圈後在海上濺落回收。

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,可以發現一共有6台發動機熄火了。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公里。

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對於馬斯克而言,即使星艦在地面當場爆炸都是可以接受的(以前又不是沒有發生過),而這次星艦在飛行了這麼久後才爆炸,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,後期只要排除發動機失控的故障就可以了。這就是馬斯克對本次首飛失利評價頗高的原因。



馬斯克和他的SpaceX在商業航天中不斷嘗試。我國在此領域進展如何呢?

其實,早在1985年,我國就開始將自行研製的長征三號火箭推向了國際商業航天市場,並在之後的幾年內多次成功發射國外衛星,一度占據了國際市場的9%份額。但在1999年,美國發布了所謂的《考克斯報告》,據此指責中國竊取美國航天技術,並禁止任何使用美國零部件的衛星由中國完成發射任務。此後,中國航天開始進入一段漫長的低谷期,直到2005年才又開始進入國際市場。

即使是這樣,如今的中國航天做到了載人航天、月球探測和深空探測的壯舉,我們有理由相信,中國航天人最終會以自己的方式,探索出全新的低成本商業航天之路。

作者:流火

兵器工業某研究所,工程師

責編:咕嚕

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