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炸了!馬斯克的星艦首飛失敗

2023年04月21日 首頁 » 其他

炸了!

就在幾小時前,SpaceX 的星艦首飛失敗了!

星艦在空中發生爆炸,未能成功與超重型助推器分離,導致「計劃外快速拆解」。

SpaceX 在 Twitter 回應,好像首飛還不夠精彩,團隊將繼續審查數據,並努力進行下一次試飛。

炸了!馬斯克的星艦首飛失敗

炸了!馬斯克的星艦首飛失敗

馬斯克說過,首次試飛的成功率在 50%,甚至沒炸毀發射台就值得慶幸。

不管結果如何,這場發射都是太空探索歷史上的重要一章。

炸了!馬斯克的星艦首飛失敗

夕陽下的星艦.

今晚的主人公星艦,是 SpaceX 研發的、具備劃時代意義的火箭,甚至有「人類最強火箭」之稱。

它也承載著馬斯克的火星夢想。就在最近,SpaceX 官網發布了星艦飛向火星的模擬影片,展現了星艦發射、加注和到達火星前哨站的場景。

,時長05:09

星艦執行火星任務的模擬影片.

千呼萬喚始出來的星艦首飛,究竟有什麼特別之處?

接下來,讓我們從幾個重要的問題切入,快速了解星艦的過去、現在與未來。

為什麼是星艦

2021 年 4 月,SpaceX 打敗藍色起源,贏得了 NASA 近 30 億美元的登月艙合同。

按照計劃,SpaceX 將在 2025 年使用星艦,將阿耳忒彌斯 3 號的宇航員送上月球。

為何它會被 NASA 看中,又被馬斯克寄予厚望?

炸了!馬斯克的星艦首飛失敗

目前最高的運載火箭

整個火箭系統稱為星艦(Starship),總高度約 120 米,由兩部分組成: 

頂部配備 6 台猛禽發動機的星艦太空飛行器(Starship spacecraft),火箭系統的第二級,高約 50 米;

底部配備 33 台猛禽發動機的超重型助推器(Super Heavy booster),火箭系統的第一級,高約 69 米;

星艦的火箭發射和捕獲塔也是世界最高的,高約 146 米。  

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目前推力最強的運載火箭

星艦是 SpaceX 傾盡全力研發的下一代重型運載火箭,被稱為人類歷史上體積最大、推力最強運載火箭。

星艦助推器最多產生 7590 噸推力,是 NASA 土星五號火箭的 2 倍多。

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配備 33 個發動機的助推器.

向火星夢更進一步的火箭

星艦的使命是將宇航員、貨物等有效載荷送入地球軌道、月球、火星以及更遠的地方,對 NASA 重返月球的計劃也至關重要。

未來,星艦將能夠搭載 100 人進行長時間的星際飛行,還將用於衛星傳輸、開發月球基地和地球上的點對點傳輸。

星艦在低地球軌道以外的飛行,需要在軌加注技術,但這一技術還有待研發。

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可完全重複使用的火箭

星艦是第一個被設計為可完全重複使用的火箭,從而用來降低成本,實現航天飛行商業化。

馬斯克認為,這是實現火星移民和其他太空探索所需的關鍵技術突破。

如果火箭不可復用,那麼航空旅行將無法負擔,「每次飛行後扔掉價值數百萬美元的火箭,就像扔掉一架波音 747 一樣」。

如果火箭完全可重複使用,那麼每次發射的成本將主要是燃料,星艦的發射成本可能會降至 1000 萬美元以下。對於重達 100 公噸的有效載荷來說,每公斤成本不到 100 美元。

炸了!馬斯克的星艦首飛失敗

模擬影片里,發射台使用特殊機械臂「筷子」捕獲助推器.

星艦首飛時間線

4 月 20 日,也就是今晚,是完全組裝的星艦首次試飛的日子。

或許冥冥之中自有安排,420 這個數字和馬斯克還有些淵源。2018 年,馬斯克提出以每股420 美元的價格將特斯拉私有化,結果惹了很多麻煩。

在科幻小說《銀河系漫遊指南》中,42 則被視作「生命、宇宙以及任何事情的終極答案」。

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首次試飛預計持續 90 分鐘

今晚的發射窗口時長 62 分鐘,期間任何時間都可能嘗試發射。預期試飛時間表如下:

炸了!馬斯克的星艦首飛失敗

其中比較關鍵的節點是:

助推器和太空飛行器在發射後 3 分鐘左右分離。

助推器在第 8 分鐘左右,在受控狀態下垂直落入墨西哥灣。

太空飛行器則在環繞地球的大部分地區後,重新進入地球大氣層,在發射後 1 個半小時,於夏威夷附近硬著陸墜入海中。 

首飛的失敗,將時間表再次清零。

4 月 17 日曾取消首飛

因為壓力閥凍結,原定在 4 月 17 日的星艦首飛取消,轉為「濕彩排」(Wet Dress Rehearsal),流程幾乎與正式發射一樣,只是最後不點火。

馬斯克在當天晚上說,自己學到了很多,先卸下推進劑,過幾天再嘗試。

炸了!馬斯克的星艦首飛失敗

在 4 月 16 日晚上的 Twitter Spaces 討論中,馬斯克已經一再預警,對這次發射降低期望值,首飛推遲的可能性很高。

如果我們在出現問題之前離發射台足夠遠,那麼我會認為這是成功的,只是不要炸毀發射台。

‍過去為首飛所做的準備

4 月 14 日,美國聯邦航空管理局(FAA)向 SpaceX 頒發了星艦發射許可證,許可證有效期為五年。

對於 SpaceX 來說,這是程序上的最後一步,他們為這盞綠燈已經等了一年多。

在最關鍵的裝備上,SpaceX 自然也籌備良久。

大力出奇蹟的助推器

SpaceX 對星艦系統第一級的助推器進行了多次測試,包括越來越複雜的靜態點火。

今年 2 月的靜態點火測試,是首飛前的一個關鍵節點。

助推器的 33 個發動機有 31 個點火成功,創下火箭發動機同時點火次數最多的歷史,因為節流 50%,實際產生 3600 噸推力。

這次試驗也說明發動機依然不夠可靠。馬斯克對此保持樂觀,表示推力足夠入軌。

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靠爆炸開路的原型機

除了助推器,SpaceX 對星艦系統第二級的太空飛行器,也經過了多次亞軌道飛行測試,驗證它們能否重新點火、翻轉、垂直著陸。

在這個過程里,屢戰屢敗、屢敗屢戰,事故、錯誤和爆炸是常態。

2019 年,SpaceX 對星艦太空飛行器原型進行「跳躍測試」,即將太空飛行器升空一段距離後再在附近降落,飛行高度往往不到 150 米。

2019 年 4 月到 8 月間,它們不斷進步,從能夠升空,到在 150 米懸停並順利降落。

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跳躍測試.

2020 年 12 月到 2021 年 5 月,星艦原型機的一系列亞軌道高空試飛 5 射 4 炸:

2020 年 12 月,星艦 SN8 達到約 12.5 公里的目標高度,但落地速度過快導致炸毀。

2021 年 2 月,星艦 SN9 沒能完成最後的翻身動作,傾斜著砸向地面,又一次炸毀。

2021 年 3 月,星艦 SN10 終於實現垂直著陸,但艦體內的結構被撞壞,幾分鐘後爆炸。

2021 年 3 月,星艦 SN11 在大霧裡強行起飛,因為一台發動機故障而當空解體。

2021 年 5 月,星艦 SN15「神龍擺尾」後平穩落地,雖然燃起了小股火焰,但很快就被撲滅。這次,星艦原型機成功實現軟著陸。

炸了!馬斯克的星艦首飛失敗

SN8.

這次首飛的「計劃外快速拆解」,也在過去一次次地發生。

在一次次爆炸聲里,SpaceX 堅持著「從失敗中總結經驗並快速疊代」的思路。不過,SN8 等星艦原型機主要是用不鏽鋼製造的,說炸就炸也沒那麼肉疼了。

爆炸是藝術也是科學,它能夠帶來有用的一線數據,利於快速改進問題。從「事後諸葛亮」的角度看,各個版本之間的技術跨度也確實很大。

首飛開啟的是一個可能的未來

首飛的主要目的

就像上面所提到的多次爆炸,SpaceX 已經使用星艦原型機進行了各種高空試飛,不過仍然停留在地球大氣層內。

但這次的首飛,是第一次嘗試將星艦送入太空,即地球大氣層以外的宇宙空間。

首飛的主要目的是提供測試數據,幫助工程師改進未來的發射,並解決飛行過程中出現的任何問題。

炸了!馬斯克的星艦首飛失敗

首飛無法做的事情

首飛只是一次初步的嘗試,有很多設想無法實踐:

首飛沒有任何有效載荷;

星艦在低地球軌道以外的飛行,需要在軌加注技術,但這還只是一項規劃;

星艦的設計雖然是可完全重複使用的,但這不是首飛的任務,首飛不打算在發射場回收助推器,也不讓太空飛行器垂直著陸,而是讓它們落入海中;

炸了!馬斯克的星艦首飛失敗

火星旅程中途需要在軌加注.

首飛是否算入軌

首飛是否算入軌也略有爭議。

按照原定計劃,這次太空飛行器達到了軌道發射要求的速度和高度,但沒有繞地飛行一圈以上,只是飛越了大半個地球,構不成真正的軌道飛行,某種意義上可稱為軌道級發射。

也有人稱之為跨大氣層軌道(Transatmospheric Orbit)發射,因為它所進入的軌道屬於亞軌道和軌道之間的臨界區域。

首飛成功的意義

如果首飛成功,那麼就是將人類帶到火星等遙遠目的地的一個重要里程碑。

不過,只有星艦實現可靠、快速、廉價的可重複使用,才有可能滿足載人任務等需求,但這顯然還需要多年時間。

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SpaceX 的里程碑

SpaceX 在星艦首飛之前,已經在航天史上留下了不少里程碑:

獵鷹 1 號:2008 年設計、製造並發射了世界首個由私人投資的軌道級液體燃料火箭獵鷹1號。

獵鷹 9 號:2010 年 6 月 4 日,SpaceX 發射了更大、更強大的火箭獵鷹 9 號。

龍飛船:2010 年 12 月 8 日,SpaceX 成功發射並回收了 Dragon 空間貨運飛船,這是當時世界唯一可重複使用的貨運飛船。

空間站補給:2012 年 5 月 22 日,SpaceX 成為第一家成功向國際空間站(ISS)運送補給的私營公司。

可回收火箭:2015 年 12 月 22 日,SpaceX 首次實現了獵鷹 9 號火箭的垂直著陸,從而為可重複使用的火箭技術邁出了重要的一步。

獵鷹重型火箭:2018 年 2 月 6 日,SpaceX 成功發射了當時最強大的火箭——獵鷹重型火箭。

載人龍飛船:2020 年 5 月 30 日,SpaceX 成功執行「Demo-2」任務,將 NASA 宇航員送上國際空間站,這是人類史上首次實現商業載人航天發射。

星鏈:自 2019 年開始,SpaceX 開始部署星鏈 Starlink 衛星網絡,並在 2020 年 1 月成為世界上最大的商業衛星運營商。

炸了!馬斯克的星艦首飛失敗

獵鷹重型火箭發射.

在首次發射獵鷹重型火箭之前,馬斯克預計成功的幾率也只有五五開,他在當時說:

來自世界各地的人們,將觀看一場偉大的火箭發射,或者他們見過的最好的煙花表演。

上一次,他成功了。這一次的失敗,也是意料中事。

在此之前,馬斯克反覆強調了這次發射的實驗性質,首次試飛的成功率在 50%,不保證順利,但一定不會無聊。

Success maybe, excitement guaranteed.

炸了!馬斯克的星艦首飛失敗

這仿佛就是太空探索的一句註腳。人類經常徒勞無功,但仍然熱切地在群星之間探索。

畢竟,太空探索本就是一場兼具瑰麗與冷酷的冒險,就像 NASA 在《為什麼要探索宇宙》里所說的那樣:

我憂心忡忡地看待未來,但仍滿懷美好的希望。

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