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马斯克「星舰」虽成烟花,但「星际移民」仍在追梦

无论成功与否,本次星舰尝试入轨飞行的事件本身就意义重大,从这次失败的飞行中收集到的信息,将有助于星舰在未来一两年中成功完成入轨飞行。

价值30亿美元的“烟花“,并不会阻止马斯克继续追梦。

“十、九……三、二、一”,随着倒计时结束,伴随着直播间震耳欲聋的欢呼声,全球瞩目的星舰(STARSHIP)缓缓离开发射台,这艘人类有史以来有效载重*的火箭成功离开发射基地。

原计划在飞行两分半时,星舰的航空器将与一级火箭分离,消耗掉绝大部分燃料的一级火箭落入海中,航天器依靠自身引擎继续飞行约六分钟,随后飞行至规划的轨道上。

然而这一计划并未能实现,星舰在起飞时33个引擎就有3个未能点火成功,分离前引擎熄火数量提升至6个,同时火箭高度开始下降并翻滚。星舰在升空约四分钟的时候,工作人员启动了飞行终止系统(Flight Termination System),这艘已耗资30亿美元人类史上*的火箭,在飞行高度达到39公里后成为了“最贵的烟花秀”。

虽然星舰在本次飞行实验中爆炸,但这似乎已经达到了马斯克的*期望。在发射前几周,马斯克试图降低大众的预期,称星舰*次入轨飞行成功率为50%,今年能成功进入飞行轨道的概率为80%。

在爆炸后不久,马斯克也发推鼓励SpaceX的团队成员,称这是一次令人激动的实验,从中得到的大量经验为数月后下一次试射打下基础。

马斯克对本次入轨试飞预期不高,虽然没有明说可能入轨失败的原因,但可从星舰各次原型机实验结果中显露端倪。原型机多次爆炸注定这次试飞仍是极高风险的尝试,也难怪马斯克认为只要没把发射台炸了,都就算是成功。

01 可回收的重型运载火箭是星际移民的关键

星舰高120米,有效负载约150吨,是人类有史以来*的火箭。

作为此前史上*的火箭,土星五号1967年首飞,帮助美国完成了阿波罗计划。土星五号1964-1973年之间所花经费高达65亿美元,单年最高经费达12亿美元。作为美苏太空竞争下的产品,该火箭高110.6米,总重量约3000吨,有效载重约118吨,*运载重量记录此后数十年记录一直未被打破,成为人类工程史上的一大奇迹。

在美苏太空竞争结束后,虽然图纸仍在,但土星五号需要的大部分零件不再生产,同时普通航空任务用不上推力如此之大的火箭,性价比不高,因此美国国家航空航天管理局称,重建土星五号并无太大意义。

具备巨大推力的火箭缺乏实际应用场景,研发和生产预算太高的重型运载火箭,对于常年被砍预算的NASA并非经济实惠的选择。

移民火星是马斯克年轻时就有的梦想,早在2001年,作为非盈利组织火星协会(Mars Society)的董事,年仅30的马斯克提出移民火星的计划。

经过多次成功的创业,马斯克不仅积累到了追求梦想的资本,为移民火星而成立的SpaceX,也在精心耕耘下成为了全球最成功的商业航空公司,可回收的猎鹰九号成为了单次发射成本*的商业火箭。

可重复使用的火箭是降低成本的关键,猎鹰九号的成功让马斯克看到了降低重型运载火箭的可能性,2018年可回收的猎鹰重型运载火箭首飞成功,能装备2327吨燃料,有效负载达到63.8吨,接近为猎鹰九号的三倍,是全球现役*推力的火箭之一。

然而为了实现星际移民目标,重型运载火箭需要装备更多燃料,有效载重会被大幅压缩。为了离移民火星更近一步,马斯克开始全力推动发射运载能力更强可完全回收的星舰。

星舰由一级火箭Super Heavy与同名航空器Starship组成。Super Heavy高69米,装备33台猛禽发动机,能装备3400吨燃料。航空器部分Starship则能装备1200吨燃料,负责完成星际运输任务。

火箭规模过大,导致回收将是大难题。以一级火箭Super Heavy为例,若是和猎鹰系列火箭一样直接降落到平台,会导致爆炸,SpaceX准备将来使用机械臂在空中接住一级火箭完成回收。马斯克坦诚,星舰可能还需要多年才能完全实现可重复使用的目标。

02 不断爆炸,不断进步

不把发射台炸了,马斯克就能为近期再次发射保留了希望的火种。

作为支撑SpaceX上千亿美元估值的核心支柱,猎鹰系列的高成功率成为了甩开竞争对手的关键。猎鹰9号现役产品Block 5约五年前推出,至今23枚一级火箭共发射162次全部成功,同时成功回收了158次,其他商业航空公司在规模或成功率方面难以匹敌。在NASA登月合同的竞争中,SpaceX打败贝索斯的蓝色起源,获得了约30亿美元的大单。

然而为了突破运载能力历史上限,同时在设计上保留完全可回收的希望,星舰从原型机开始注定试飞研发比猎鹰系列面临了更多困难。

SpaceX从2019年开始制造星舰原型机。当年8月,装备单个猛禽发动机的原型机StarHopper成功飞到了150米,然而又花了一整年才将飞行高度提高至300米。

为了进一步推动研发进度, SpaceX使用更复杂的原型机进行测试,航空器部分Starship的原型机编号以SN开头,一级火箭的编号以B开头。然而除了SN2则是用来进行压力与低温压力测试,其他原型机MK1、SN1、SN3、SN4都发生了损坏或者爆炸,直到2020年末,SN5与SN6才成功飞到150米高度。

之后半年,为了探索飞行至10公里高度,SpaceX分别试飞SN7-SN11,由于引擎熄火、下降速度过快、着陆底部受损等原因,这些原型机全部都爆炸了,SpaceX因此取消了SN12-14的试飞,终于SN15飞到10公里高度,并成功返回陆地。

成功完成10公里试飞后,SpaceX开始进行轨道试飞的研发,SN20顺利通过压力与低温测试,在静态点火中六台猛禽发动机首次被全部点燃。

本次星舰试飞则是使用SN24+B7的组合,准备首次挑战入轨飞行。虽然最后爆炸,但本次试飞前期测试通过得较为顺利,不仅达到了39公里的新高度,同时收集到了相关数据,为数月后的下一次实验打好了基础。

美国宇航局前官员、Astralytical太空顾问Laura Forczyk表示,无论成功与否,本次星舰尝试入轨飞行的事件本身就意义重大,从这次失败的飞行中收集到的信息,将有助于星舰在未来一两年中成功完成入轨飞行。

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