全世界矚目之下，馬斯克拋出的「硬幣」終於落地，只可惜，朝上的那一面指向了失敗。
經歷漫長的等待，美國太空探索技術公司（SpaceX）研製的最新一代運載火箭系統「星艦」於當地時間4月20日在美國德州迎來首次入軌試驗。但「星艦」重型運載火箭發射升空3分鐘後，在高空發生爆炸，太空飛行器未能成功進入預定軌道。
在「星艦」首次入軌試飛前，馬斯克曾表示：「這次任務成功與否，概率就像擲硬幣各占50%。」按照馬斯克的計劃，只要不出意外，人類將能在2030年前開啟「火星移居」，而「星艦」是開啟人類火星之旅中的關鍵一步。但正如馬斯克口中的硬幣，凡事都有兩面，這一回，「移民火星」的夢想按下了暫停鍵。
SpaceX「星艦」首飛失敗 圖源：央視新聞
「作為同行，我很讚賞馬斯克在技術創新進步上所做的嘗試與努力，也欣賞他敢於直面失敗的態度。但是，客觀上人類在2030年以前不可能實現載人登陸火星，本世紀內不可能移民火星。」國際宇航聯空間運輸委員會副主席楊宇光全程觀看了「星艦」發射直播。此次發射緣何失敗？馬斯克的「火星移民計劃」到底能不能實現？對此，他向潮新聞記者道出了自己的看法和理解。
「大力」未能出奇蹟
「星艦」被稱為「人類歷史上體積最大、推力最強」的超重型運載火箭。「星艦」總高度約120米，由底部70米高、配備33台「猛禽」發動機的「超重型推進器」和頂部50米高、可重複利用的飛船船艙組成。
據直播畫面，「星艦」在起飛階段顯示有5台發動機點火失敗，在最終爆炸前火箭呈不斷翻滾狀態，「這很有可能是因為『星艦』在飛行過程中出現了多個發動機相繼失效的情況，導致火箭空中飛行姿態失控，疑似飛行終止系統最終引爆自毀了火箭。」楊宇光告訴潮新聞記者，發動機在工作狀態中的振動是非常劇烈的，當多台發動機並聯時，發動機之間會產生複雜的動力學耦合——物理系統各個部分之間的相互作用，這些相互作用導致了整個系統的行為變化。
楊宇光從技術角度分析，想要解決發動機振動耦合問題很困難，這需要通過非常充分的數值模擬、控制算法的優化，甚至進行全尺寸的地面實驗，才能發現並解決這些問題，「利用發動機多組並聯控制依然存在很大缺陷，因此這也在業內達成了一個基本共識——這是一個很難邁過去的坎。」
「星艦」 圖源：央視新聞
「星艦」的33台發動機並聯終究未能上演「大力出奇蹟」，這一幕，讓楊宇光不禁聯想到前蘇聯N1重型登月火箭失敗的歷史。50多年前，前蘇聯為能建造出一款重型火箭，在N1火箭上並聯了多達30台的NK-15發動機，但是四次試飛全部以失敗告終。楊宇光認為，「星艦」今天的失敗與之非常相似，都歸結於發動機可靠性不過關，「猛禽」發動機在飛行過程中不斷熄火失效的可能性非常大。
「不過，相較於上世紀，如今的計算機應用能力肯定比那時候強太多了，不論是數值模擬能力，還是數值計算準確度，都有了質的飛躍。」楊宇光表示，從理論上來說，「星艦」所暴露出來的問題在不久的將來都是可能被解決的。
「史上最強」仍面臨諸多挑戰
有業內人士分析稱，「星艦」之所以會被眾人貫以如此之高的關注度和期望值，是因為它肩負著地月火三棲運輸和軍民兩用的任務，是NASA載人登月和商業環月旅行的交通工具，更是「火星移民計劃」中的核心。面對首飛的失利，被稱為「史上最強大運載火箭」的「星艦」是否能承擔起這些責任，還將面臨哪些挑戰？
從火箭設計來看，「星艦」並非深空任務的最佳工具。「星艦」是一種兩級火箭，火箭的二子級即飛船。「由於太空飛行器自身乾重太大，這種級數少的火箭設計用於發射近地軌道載荷效益明顯，但發射深空載荷則效率極低。」楊宇光介紹，我國在發射火星探測器時所使用的長征五號系列運載火箭就屬於兩級半構型火箭，實際上相當於三級火箭的狀態，「發射深空載荷需要更高的速度，只有級數多，速度才能加上去。」
楊宇光進一步分析，從SpaceX提出的系統方案來看，「星艦」推進劑在軌補加的效率也極低。飛往火星需要3千米/秒以上的速度增量，而「星艦」入軌時推進劑已幾乎耗盡，只能靠另一艘「星艦」在軌補加。基於軌道動力學規律，補加飛行器每天只有1~2次發射窗口以及1~2次返回窗口，大大增加了整個系統和任務的複雜度，其成本和故障率都會指數式上升。
此外，從著陸地點來看，火星地表可選的範圍十分有限。「星艦」進入地火轉移軌道後，推進劑已經不多，因此無法進入環繞火星的軌道，唯一選擇就是直接進入火星，只能依靠大氣層來減速。楊宇光表示，這種方式對於著陸地點選擇有嚴格的約束條件，也不是很安全，任務難度將隨之增加。
據SpaceX的設想，「星艦」是一種完全可重複使用的運輸系統。對此，楊宇光指出，其往返地球的能源供給技術很難解決。「星艦」想要重複使用、往返火星的基本邏輯是在火星表面利用水和二氧化碳製備甲烷與液氧，然後發射入軌，再補加推進劑返回地球。「然而，根據人類已知，火星上的水只在兩極大量存在且收集代價極為高昂，而火星原位資源利用技術目前看來至少得幾十年後才有可能成熟。」
「移民火星計劃」還需從長計議
那麼，倘若「星艦」真能夠克服技術上的困難和問題，是否就意味著將成功開啟「人類火星之旅」？
「『星艦』擁有著眾多大膽的創新，我們應正視它的失敗，在科學技術的探索上需要有更多的包容性。但是，即使『星艦』首飛成功了，人類也不可能在本世紀內移民火星，這在充分性和必要性上都站不住腳。」楊宇光認為，移民火星還需從長計議，理想需要建立在可能成立的現實之上。
雖然「星艦」所能提供的地火往返系統是載人登陸火星任務中至關重要的部分，但從載人要求來看，「星艦」尚未解決人類深空飛行的許多關鍵問題。
「目前人類還沒有掌握大量液氧在外太空長期儲存的技術，此外，乘客在飛往火星的半年多時間裡怎樣防輻射也還是個未知數，人的身體能否承受得住長時間的輻射。」楊宇光對此抱以擔憂，人在飛往火星的飛船上與在近地軌道的空間站中完全是兩個概念，是無法隨時就能返回地球的，「打個比方，一旦飛船里的乘客生病了，需要立即做手術或者藥物補給，飛船里若沒有配備專業醫護人員或者下一艘補給不能及時抵達，這對於乘客來說將是致命的。」
我國「祝融號」火星車 圖源：央視新聞
儘管如此，對於火星的嚮往，仍是刻在人類骨子裡的浪漫。這顆橘紅色的星球，仍是太陽系所有天體中最有可能被人類改造用來作為第二家園的選擇。
人類從未間斷有關改造火星的想法，也提出過許多天馬行空的方案。楊宇光分析，持有這種觀點的人其核心依據在於——地球曾經發生過多次大規模的生物滅絕事件，人類未來也必然會面臨這樣的事件。為了使人類文明能夠延續，只有移民火星才能夠避免全人類的滅絕。
「而事實上，即便地球出現了其演化歷史上導致生物大滅絕的事件，例如有大直徑的小天體撞擊地球，它的環境依然比現在的火星要好得多，且比火星更加適合人類生存；即便地球被天體撞擊後的塵埃籠罩幾千年，其溫度也比目前火星的表面高得多。所以，這樣的災難也許會造成全球重大傷亡，但人類作為一個物種生存下來的難度，遠比移民火星要小。」楊宇光認為，未來移民火星的需求至少應當是在若干億年之後的事情，在相當長的一段時間裡，人類既沒有改造火星的能力，也沒有移民火星的必要。
「但派遣航天員登陸火星，建立永久有人駐留的火星科考基地，還是非常必要的。」楊宇光表示，人類對火星的研究可以使人類更好地了解太陽系的歷史和地球未來的命運。同時，人類也可以利用火星上的各種物質資源，進一步向太陽系深處進發。
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