成功,又沒(méi)完全成功。
作者 | 年華
編輯| 靖宇
「事不過(guò)三」,這句中國(guó)諺語(yǔ)在國(guó)外一樣通用。至少,對(duì)于伊隆?馬斯克和他的「星艦」火箭來(lái)說(shuō)確實(shí)是這樣。
在兩次發(fā)射失敗后,2024 年 3 月 14 日,SpaceX 打造的完全可重復(fù)使用火箭 —— 星艦 Starship,在得州發(fā)射。該火箭有兩部分,分別是一級(jí)助推器和二級(jí)飛船,按計(jì)劃都要回收。
點(diǎn)火后,一級(jí)助推器全部 33 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作。隨后,一二級(jí)系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)熱分離;一級(jí)返回時(shí)點(diǎn)火不正常,姿態(tài)失控,未能順利回收。
二級(jí)飛船順利進(jìn)入預(yù)定軌道。SpaceX 官方宣布開(kāi) / 關(guān)艙門和推進(jìn)劑轉(zhuǎn)移測(cè)試成功。40 分鐘時(shí),飛船再次點(diǎn)火;10 分鐘后,開(kāi)始離軌再入地球。不過(guò)這一過(guò)程中,飛船直播信號(hào)丟失,未能看到降落印度洋的畫面。
這第三次試射雖然未能「善終」,但對(duì)于 SpaceX 團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō),依然是一次巨大的成功。
01、星艦 No.3 成功了嗎?官方消息中,SpaceX 列出了 8 點(diǎn)「成功」來(lái)總結(jié)這次試射:
這是第二次,超重型助推器上的 33 臺(tái)猛禽引擎全部成功啟動(dòng),并在上升過(guò)程中保持全程燃燒狀態(tài)。
第二次成功執(zhí)行熱分離,關(guān)閉 30 臺(tái)超重型助推器上的猛禽引擎(3 臺(tái)未關(guān)閉),并在分離飛行器之前成功點(diǎn)燃了第二級(jí)的六臺(tái)猛禽引擎。
分離后,超重型助推器成功完成翻轉(zhuǎn)動(dòng)作,并完成了返航燃燒,抵達(dá)墨西哥灣的濺落點(diǎn)。
第一次著陸燃燒中,超重型助推器成功點(diǎn)燃了幾臺(tái)引擎,之后飛行器經(jīng)歷了 RUD(這是 SpaceX 的說(shuō)法,意為「快速非預(yù)定拆解」)。
在大約 462 米的高度和任務(wù)開(kāi)始后將近七分鐘時(shí),助推器結(jié)束飛行。
六臺(tái)第二級(jí)猛禽引擎全部成功啟動(dòng),并將飛行器推向了預(yù)定軌道,成為第一個(gè)完成全時(shí)長(zhǎng)上升燃燒的星艦。
在滑行過(guò)程中,成功完成其他幾個(gè)目標(biāo)的飛行測(cè)試,包括開(kāi)啟和關(guān)閉其有效載荷門(未來(lái)計(jì)劃裝星鏈)和啟動(dòng)推進(jìn)劑轉(zhuǎn)移演示。
由于在滑行過(guò)程中的飛行器滾動(dòng)速率,星艦沒(méi)有嘗試計(jì)劃中的單個(gè)猛禽引擎在軌重點(diǎn)火。
這些演示的結(jié)果將在飛行后數(shù)據(jù)審查完成后公布。
隨后經(jīng)歷了其首次從太空返回的過(guò)程,為高超音速重返時(shí)的加熱和飛行器控制提供了寶貴數(shù)據(jù)。
通過(guò)安裝在星艦上的星鏈終端,實(shí)現(xiàn)了重返過(guò)程的實(shí)時(shí)觀看。
飛行測(cè)試在重返過(guò)程中結(jié)束,任務(wù)進(jìn)行約 49 分鐘時(shí),通過(guò)星鏈?zhǔn)盏絹?lái)自星艦最后的遙測(cè)信號(hào)。
盡管試飛沒(méi)有完美結(jié)束,但從實(shí)踐的角度來(lái)看,這次試飛仍標(biāo)志著一次重大成功。相比于前兩次試飛的經(jīng)驗(yàn),SpaceX 對(duì)火箭進(jìn)行了諸多改進(jìn)。
2023 年 4 月 20 日,星艦在萬(wàn)眾期待中首次點(diǎn)火發(fā)射。升空約四分鐘后,因星艦和推進(jìn)器未能分離,使得星艦在空中爆炸解體,發(fā)射失敗。沒(méi)有炸毀發(fā)射臺(tái),是馬斯克最大的慶幸。
七個(gè)月內(nèi),歷經(jīng) 1000 多次更改,2023 年 11 月 18 日,星艦嘗試第二次發(fā)射。發(fā)射時(shí) 33 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)均正常啟動(dòng),順利升空。但 3 分鐘后,直播出現(xiàn)爆炸畫面。SpaceX 公司表示,二級(jí)火箭發(fā)生故障,被迫觸發(fā)其自毀系統(tǒng),發(fā)射失敗。
星艦的每次試射,都吸引了無(wú)數(shù)人的眼球。星艦每往前成功推進(jìn)一步,也展現(xiàn)出無(wú)比的壓迫感。這種壓迫感主要來(lái)自三點(diǎn):
1、有史以來(lái),最大最強(qiáng)
星艦是人類有史以來(lái)最大的飛行器,起飛質(zhì)量約 5000 噸,起飛推力 7500 噸,均為人類史之最??蓪?shí)現(xiàn)近地軌道不低于 150 噸的重復(fù)使用運(yùn)力,一舉超越全球各國(guó)現(xiàn)役火箭,是人類歷史最強(qiáng)火箭。
2、完全可重復(fù)使用
星艦總高度約 120 米,直徑約 9 米,火箭由兩部分組成,分別是一級(jí)助推器「超重型推進(jìn)器」(Superheavy)和二級(jí)飛船「星艦」(Starship)。
星艦的目標(biāo)是一枚完全可重復(fù)使用的火箭。也就是說(shuō),一級(jí)助推器和二級(jí)飛船,都要回收。
不僅要能回收,還必須要便宜。星艦用了不銹鋼作為主要材料,與合金材料相比,具有更高的強(qiáng)度和耐用性,同時(shí)成本更低。
3、單芯級(jí)多發(fā)并聯(lián)
將多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)捆綁在火箭的同一個(gè)級(jí)別(芯級(jí)),這些發(fā)動(dòng)機(jī)并行工作,提供推力將火箭送入太空,稱為單芯級(jí)多發(fā)并聯(lián)。在航天歷史上,捆綁式火箭的名聲并不好。前蘇聯(lián) N-1 重型運(yùn)載火箭 4 射 4 炸,讓大家對(duì)這條路沒(méi)什么信心。
有人問(wèn)馬斯克 N1 火箭沒(méi)能成功,為什么你堅(jiān)信星艦?zāi)艹晒??馬斯克的回答是:如果蘇聯(lián)人有錢搞十次試射,N1 也能成功。但 N1 太貴,蘇聯(lián)人覺(jué)得成本太高玩不起。此次試射,SpaceX 成功打破了單芯級(jí)多發(fā)并聯(lián)不可靠的魔咒。
航天有一個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)叫定型。一旦一枚火箭完成定型,能夠穩(wěn)定發(fā)射,將產(chǎn)生規(guī)?;?yīng),形成行業(yè)優(yōu)勢(shì)。
以中國(guó)商業(yè)航天企業(yè)星河動(dòng)力的谷神星一號(hào)為例,這枚火箭定型后,在此后三年時(shí)間相繼完成 10 次發(fā)射。雖然后續(xù)仍有一些失敗的插曲,但不影響火箭整體的穩(wěn)定表現(xiàn)。這也讓星河動(dòng)力快速占領(lǐng)了小型固體運(yùn)載火箭市場(chǎng),后來(lái)者只能在大型固體和液體火箭之間尋找更多機(jī)會(huì)。SpaceX 的獵鷹 9 號(hào)也是同樣的故事。
馬斯克計(jì)劃,2024 年保底 6 次,爭(zhēng)取發(fā)射 9 次星艦。按照這個(gè)計(jì)劃,星艦很可能在一到兩年完成定型,然后在 2027 年開(kāi)始進(jìn)行 NASA 的載人航天測(cè)試。憑借強(qiáng)大的工業(yè)體系,一旦星艦完成定型,近地優(yōu)質(zhì)軌道資源將迅速被其占領(lǐng),留給競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的時(shí)間窗口,正在一步步縮小。
星艦為衛(wèi)星通導(dǎo)遙應(yīng)用開(kāi)辟了無(wú)窮的想象空間。之前,許多人曾質(zhì)疑星鏈項(xiàng)目補(bǔ)網(wǎng)的高昂成本及其商業(yè)可行性。然而,隨著星艦的成功定型,星鏈的部署成本預(yù)計(jì)將大幅下降,衛(wèi)星通信應(yīng)用將快速發(fā)展。
通導(dǎo)遙雖然是當(dāng)下的主流應(yīng)用,但大規(guī)模載人航天計(jì)劃,才是馬斯克真正的目標(biāo)。
早在 2007 年,馬斯克就已經(jīng)宣布了他的宏偉計(jì)劃 —— 使人類能夠探索并最終定居火星。他曾預(yù)言,人類將在 2025 年前踏上火星。雖然現(xiàn)在看起來(lái)希望渺茫,但 2023 年 12 月 7 日,馬斯克在社交媒體上更新了他的預(yù)測(cè),表示計(jì)劃在 2033 年實(shí)現(xiàn)人類登陸火星。
星艦設(shè)計(jì)的多功能性使其能夠在地月軌道間執(zhí)行長(zhǎng)期的飛行任務(wù),并且在執(zhí)行火星任務(wù)時(shí)既能作為貨運(yùn)船舶也能作為載人飛船。未來(lái),星艦將逐步取代當(dāng)前的獵鷹 9 號(hào)火箭、獵鷹重型火箭以及龍飛船,執(zhí)行大部分太空任務(wù)。星艦作為人類歷史上最大的載人飛船,可容納一百人。這將成為馬斯克實(shí)現(xiàn)人類定居火星的關(guān)鍵。
預(yù)計(jì)星艦飛船將在明年年底前實(shí)現(xiàn)捕獲技術(shù),目標(biāo)是每年數(shù)千次發(fā)射,計(jì)劃在 5 年內(nèi)將每年 100 萬(wàn)噸有效載荷送入地球軌道,并最終實(shí)現(xiàn)將 100 萬(wàn)噸有效載荷送往火星的壯志。據(jù)馬斯克的愿景,星艦最終版將能夠以每人 2 萬(wàn)美元的成本,單次運(yùn)送 100 人前往太空,單次總成本控制在 200 萬(wàn)美元以內(nèi)。
當(dāng)前國(guó)際航天的報(bào)價(jià)大約為每千克貨運(yùn) 1 萬(wàn)美元、每人客運(yùn) 8000 萬(wàn)美元。若馬斯克的計(jì)劃成功,其報(bào)價(jià)可能達(dá)到貨運(yùn)每千克 10 美元、客運(yùn)每人 1 萬(wàn)美元。
自 2009 年 SpaceX 首次發(fā)射可復(fù)用的獵鷹 9 號(hào)火箭以來(lái),發(fā)射成本已從每千克一萬(wàn)美元降至約 1500 美元,成本顯著下降。如果星艦?zāi)軌蚺堪l(fā)射,成本將進(jìn)一步大幅下降。
在 2024 年,SpaceX 計(jì)劃進(jìn)行 144 次發(fā)射,這將占到全球入軌質(zhì)量的 90% 以上。
理想很有戲,現(xiàn)實(shí)很豐滿。在 SpaceX 成立 22 周年之際,馬斯克的火星夢(mèng)想又向前邁進(jìn)了一大步。
本文來(lái)自微信公眾號(hào):極客公園 (ID:geekpark),作者:年華
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