當(dāng)?shù)貢r(shí)間 11 月 15 日，美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）表示，已向太空探索科技公司（SpaceX）頒發(fā)了許可證，允許該公司“星艦”超重型運(yùn)載火箭的第二次發(fā)射。

SpaceX同時(shí)宣布，計(jì)劃于當(dāng)?shù)貢r(shí)間 11 月 17 日，進(jìn)行“星艦”的第二次發(fā)射，發(fā)射窗口將于美國中部時(shí)間上午 7 點(diǎn)（北京時(shí)間 21 點(diǎn)）開始，持續(xù)兩個(gè)小時(shí)，當(dāng)?shù)鼐用窨赡軙诨鸺者^程中聽到巨大的噪音。

當(dāng)大家都滿懷期待時(shí)，根據(jù)SpaceX創(chuàng)始人埃隆·馬斯克今天稍早在X上發(fā)布的消息，該公司計(jì)劃于當(dāng)?shù)貢r(shí)間 11 月 18 日，進(jìn)行“星艦”的第二次發(fā)射。

“星艦”被推遲至 18 日發(fā)射，原因是需要更換格柵翅片執(zhí)行器（grid fin actuator）。

早在 2023 年 4 月 20 日，SpaceX的星艦，曾嘗試挑戰(zhàn)首次入軌級測試。按照計(jì)劃，此次飛行最大軌道高度超過 200 千米，史上最強(qiáng)運(yùn)力火箭將正式登上航天舞臺。

不幸的是，發(fā)射幾分鐘后，星艦在空中逐漸失去控制，隨后解體爆炸。通過事后的記錄視頻可明顯看出，并聯(lián)的發(fā)動機(jī)連續(xù)出現(xiàn)了異常關(guān)機(jī)，最終導(dǎo)致星艦失去穩(wěn)定、劇烈爆炸。

星艦共有33臺猛禽發(fā)動機(jī)。圖為上一次發(fā)射時(shí)，艦體爆炸前發(fā)動機(jī)的工作情況。圖片來源：SpaceX

經(jīng)過幾個(gè)月的蟄伏，改進(jìn)后的星艦有望在明天再次嘗試入軌級軌道飛行。如果這次飛行能夠成功，星艦?zāi)芊耖_啟航天新紀(jì)元？

航天史新紀(jì)錄

相比此前的各種飛“船”，星艦的確大到了可以用“艦”來形容。

單看賬面指標(biāo)，星艦整體高達(dá) 120 米，直徑 9 米，總重 5000 噸，起飛推力達(dá)到 7500 噸，已經(jīng)遠(yuǎn)超傳奇登月火箭土星五號和正在服役的登月火箭太空發(fā)射系統(tǒng)。

測試中的星艦，圖中的塔架高度相當(dāng)于60層高的樓。圖片來源：spaceflight

從運(yùn)載能力方面來看，它可以運(yùn)輸 150 噸載荷到近地軌道，如果不考慮回收復(fù)用，可達(dá) 250~300 噸。

此外，星艦還可執(zhí)行百噸級地球同步轉(zhuǎn)移軌道、地月轉(zhuǎn)移軌道和地火轉(zhuǎn)移軌道任務(wù)，是個(gè)多面手。在完成載人任務(wù)時(shí)，星艦最多可容納 100 名宇航員工作生活，也大幅超過了普通載人飛船的 3~6 人。

基于 SpaceX 的猛禽系列發(fā)動機(jī)和火箭回收復(fù)用技術(shù)，星艦再進(jìn)一步，可實(shí)現(xiàn)全箭復(fù)用，是航天史上首創(chuàng)。

結(jié)合廉價(jià)的不銹鋼主體結(jié)構(gòu)、更易獲取的液氧甲烷推進(jìn)劑、相對簡單的發(fā)射塔架，星艦的單次發(fā)射成本有望低于普通火箭。

按照馬斯克的說法，未來目標(biāo)是把平均發(fā)射成本壓縮到 100 萬美元。這意味著貨運(yùn)為單價(jià) 10 美元/千克，客運(yùn)單價(jià)為 1 萬美元/人。

目前的國際航天貨運(yùn)和客運(yùn)報(bào)價(jià)約為 1 萬美元/千克和 8000 萬美元/人。對比來看，如果馬斯克能實(shí)現(xiàn)他的豪言壯語，星艦的價(jià)格優(yōu)勢將非常驚人。

早在此前的 SN10 測試任務(wù)中，星艦已初步驗(yàn)證了回收著陸技術(shù)。圖片來源：SpaceX

星艦的設(shè)計(jì)理念基本顛覆了傳統(tǒng)的載人航天任務(wù)執(zhí)行方式。在與重型火箭一級分離后，裝有 6 臺猛禽發(fā)動機(jī)的星艦依然擁有很強(qiáng)的自主飛行和變軌能力。

猛禽發(fā)動機(jī)也是世界上首款實(shí)用化的液氧甲烷火箭發(fā)動機(jī)，從技術(shù)上看也是首款全流量分級燃燒火箭發(fā)動機(jī)，在變推力控制方面有著較大靈活度。

在返回地球表面時(shí)，星艦將通過這些可變推力發(fā)動機(jī)精準(zhǔn)控制垂直降落過程，最終落回發(fā)射塔架，被大型機(jī)械臂夾住或降落于地面。這基本擺脫了傳統(tǒng)飛船對于氣動減速的依賴，也不再需要龐大的降落傘系統(tǒng)。在經(jīng)過簡單改進(jìn)后，星艦可用于月球著陸和火星著陸，通用性極強(qiáng)。

綜合看來，星艦是航天領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)新的“物種”，在很多方面實(shí)現(xiàn)了顛覆性的創(chuàng)新，達(dá)到了新的高度，對于整個(gè)人類航天事業(yè)都有很大的啟發(fā)作用。

應(yīng)用潛力廣闊

正因較強(qiáng)的著陸能力，在美國宇航局（NASA）正推進(jìn)的“阿耳忒彌斯”重返月球計(jì)劃中，星艦?zāi)玫搅酥陵P(guān)重要的載人登陸月球合同。

按照設(shè)計(jì)，星艦的 HLS 版本將會在深空中與月球空間站（或獵戶座飛船）分離，攜帶宇航員和大量科研設(shè)備登陸月球表面，再從月球表面起飛返回，成為空間站與月球表面的定期“航班”。

設(shè)計(jì)的星艦 HLS 版本的往返月球總重達(dá)到 100 噸，遠(yuǎn)超 NASA 提出的 1~2 噸級別，更多的運(yùn)力空間將會大幅提升宇航員在月表執(zhí)行任務(wù)的復(fù)雜性，有助于更全面、更深入地開發(fā)利用月球。

星艦的HLS版本，將會是“重返月球”的關(guān)鍵一步。圖片來源：NASA

在馬斯克一直提到的“移民火星”夢想中，星艦也是決定成敗的核心運(yùn)載工具。

按照這個(gè)瘋狂的想法，廉價(jià)的星艦配合近地軌道執(zhí)行推進(jìn)劑補(bǔ)加任務(wù)的“油艦”，將逐批次運(yùn)送物資到火星著陸，日積月累后最終達(dá)到百萬噸物資級別，足夠維持小型社群的可循環(huán)生活。

如果再輔以火星原位資源開發(fā)技術(shù)，逐漸改造火星并非奢談?；鹦侵懠夹g(shù)，一直是這一切的最大掣肘。星艦若能成功測試，意味著馬斯克離這個(gè)夢想走了不小的“一大步”。

當(dāng)然，從設(shè)計(jì)方面，目前版本的星艦還是以服務(wù)于近地空間為首要目標(biāo)。

從科學(xué)研究方面來看，一個(gè)有很大尺寸和運(yùn)輸能力的運(yùn)載器具，將對天文觀測和行星探索等任務(wù)有顛覆性改變，且低廉的發(fā)射價(jià)格將讓科學(xué)家把有限的預(yù)算集中于研發(fā)科研載荷。

例如，星艦可搭載超大尺寸空間望遠(yuǎn)鏡升空，遠(yuǎn)超此前。對于木星、土星等遙遠(yuǎn)星球的探索，無論是星艦“空中加油”，還是星艦運(yùn)輸一個(gè)獨(dú)立上面級的方式，都有助于大幅增加探測器的質(zhì)量預(yù)算，從而攜帶更多先進(jìn)儀器深入探索這些神秘的行星，揭開太陽系的面紗。

未來星艦的常態(tài)化發(fā)射模擬效果圖。圖片來源：SpaceX

而以測試目標(biāo)來看，星艦成為地球上“洲際運(yùn)輸系統(tǒng)”的理念可行性也很大。

按照測試計(jì)劃，星艦組合體從美國南部的博卡奇卡起飛，在 172 秒后完成使命的火箭一級與星艦分離后返回并著陸，星艦開始自主飛行，最遠(yuǎn)距離地表約 250 千米，在測試完一系列技術(shù)，約 75 分鐘后在夏威夷附近海域開始受控再入，全程約 90 分鐘。

如果把這次旅程想象成一架民航客機(jī)，效果如下：改裝后的可乘坐 200—300 名乘客的洲際客運(yùn)版本星艦，可在兩小時(shí)內(nèi)完成到地球任一地點(diǎn)的飛行，如果機(jī)票價(jià)格控制在 1—2 萬美元，附帶一次地外失重俯瞰地球之旅，相信這個(gè)特殊的“民航客運(yùn)”市場將會吸引眾多消費(fèi)者體驗(yàn)。

總體而言，低價(jià)格、強(qiáng)運(yùn)力、適用性是星艦的三大核心競爭力，有望在多個(gè)航天領(lǐng)域改變游戲規(guī)則。

“炸”出來的火箭

星艦的研發(fā)并非一切順利，一大特色就是“炸”。由于絕大部分是自籌經(jīng)費(fèi)， SpaceX 并沒有太多討好投資人的壓力，基本是邊極限測試邊快速迭代的研發(fā)理念。從一開始，很多研發(fā)條件就基于這個(gè)邏輯建立。

星艦的測試環(huán)境和場地遠(yuǎn)不是傳統(tǒng)航天研發(fā)留給大眾的高精尖印象。圖片來源：SpaceX

例如，測試場地選擇了美國南部得克薩斯州的博卡奇卡海灘，這里基本是一片荒蕪，員工吃飯都要從半小時(shí)車程外的小鎮(zhèn)訂餐。星艦的簡陋組裝車間、發(fā)射塔架和保障系統(tǒng)，就在這個(gè)便宜又荒涼的地方開展。已經(jīng)建造完畢的星艦，也被直接拉出去暴露于室外，節(jié)省了不少倉儲的成本。

很多測試注定是要把火箭測試到爆炸，星艦因而廣泛采用了相對廉價(jià)的不銹鋼材料建造，批量生產(chǎn)的猛禽系列發(fā)動機(jī)價(jià)格低至 25 萬美元，SpaceX 還研發(fā)了更廉價(jià)但性能更好的隔熱瓦，總體上大幅節(jié)約了星艦的建造成本。再開個(gè)玩笑，不斷炸掉老版本，也節(jié)省了不少維護(hù)和儲存費(fèi)用。

在這種邏輯下，SpaceX 從星艦最早的星蟲版本，共計(jì)炸掉或退役了 32 個(gè)測試原型機(jī)，甚至曾經(jīng)首飛測試的星艦也僅是一個(gè)編號“SN24”，已經(jīng)炸掉。

與它相近的版本“SN25”已完成了各種測試，“SN26”和“SN27”也建造完畢，進(jìn)入測試流程，后續(xù)的各測試版本也在設(shè)計(jì)迭代中。因而，飛行測試的爆炸并不意味著星艦的研發(fā)到此結(jié)束，還會有更多“爆炸”在路上。

星艦，很有可能開啟航天領(lǐng)域的新紀(jì)元，未來人類航天會走向何方，我們?nèi)詴媚恳源?/p>

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出品丨科普中國

作者丨太空精釀  科普作者

監(jiān)制丨中國科普博覽

責(zé)編丨一諾