騰訊太空 喬輝
北京時間 2023 年 11 月 18 日 21 時許,SpaceX 公司的星艦(Starship)再次進行入軌飛行試驗,發射地點位于美國德克薩斯州墨西哥灣畔的博卡奇卡(Boca Chica)星艦基地。起初,助推火箭工作正常,并與星艦成功完成了分離,但助推火箭在返航的過程中發生爆炸。随後,星艦在飛行的過程中也發生了未知故障,觸發了主動引爆裝置。
雖然助推火箭和星艦都發生了爆炸,但這次發射完成了重要的技術驗證:經過技術改進,這次發射沒有損毀發射台;星艦與助推火箭成功完成“熱分離”。從這個角度看,本次發射也算是部分成功。
今年 4 月 20 日,星艦曾嘗試過入軌發射飛行試驗,但剛起飛就發現三台發動機沒點燃,在飛行過程中又有三台發動機陸續出現故障,導緻箭體發生異常旋轉而失控,最終不得不主動引爆銷毀。
其實,在吸取了上次發射失敗的教訓之後,本次 SpaceX 對星艦進行了多達 1000 多處改進,包括對發射台的加固和采用“熱分離”的火箭分離方式等。但星艦畢竟是一個非常複雜的系統,期待一兩次發射就能成功也不太現實。
此前,馬斯克曾表示,這次入軌發射成功的概率 60%。航天發射是件風險極高的事情,尤其是在新款火箭研發初期,失敗算是家常便飯。我們關注 SpaceX 後續繼續測試,期待成功早日到來。
圖注:發射準備期間,星艦被吊裝到火箭上方。
星艦是 SpaceX 研發的新一代飛船,直徑 9 米,淨高 50 米,加上高 71 米的助推火箭,總體高度 121 米,超越阿波羅計劃中使用的登月火箭土星五号和執行阿爾忒彌斯一号任務的 Block1 火箭,成爲人類研發過的最強火箭發射系統。
設計上,星艦能夠把 150 噸的有效載荷送入地球近地軌道,未來其他版本的星艦能夠載人登月甚至登陸更加遙遠的火星。
世界最強大火箭尚未成熟
星艦和超重(Super Heavy)助推火箭組合體起飛推力相當于兩枚用于阿波羅登月的土星五号火箭。有趣的是,助推火箭推進劑的重量就達到了 3400 噸,這已經超過土星五号 3000 噸的全箭重量了。
成熟之後,星艦本身和助推火箭都可以回收重複使用,成爲第一款全複用的火箭。在未來,星艦不但可以在近地軌道部署衛星、運送載荷到空間站,而且還可以通過在太空中補加燃料的方式,飛往更加遙遠的月球乃至火星。
資料顯示,載人版的星艦飛船,一次可搭載 100 名乘客,相比之下,曆史上的航天飛機和當今 SpaceX 的龍飛船,最多隻能搭載 7 名宇航員,俄羅斯的聯盟飛船隻能搭載 3 名宇航員。可見,星艦是一款大載荷、多用途、可重複使用的超級飛船。
圖注:未來星艦運送貨物到太空示意圖。
星艦測試的重要節點事件
星艦遵循小步快跑、迅速叠代的研發理念,不怕暴露問題,從一次次失敗中快速找到技術漏洞,優化到下一代的版本中。此前,星艦的每次測試發射,騰訊太空都進行過完整的跟蹤報道,下面是我們整理的從 2019 年以來到現在的重要節點。
2019 年 7 月 26 日,SpaceX 對最早的星艦原型機 “星蟲”(starhopper)進行了高度 20 米的自由懸浮測試。
2019 年 8 月 27 日,SpaceX 再次對“星蟲”進行測試,成功飛行到 150 米的高度并安全着陸。
圖注:SpaceX 星艦原型“星蟲”完成 150 米高度飛行。
2020 年 8 月 5 日,星艦原型 SN5 完成了高度 150 米的自由懸浮測試。由于沒安裝頭椎,SN5 外觀看起來就像是一個 30 多米高的圓柱形不鏽鋼大水塔。
圖注:SN5 測試畫面。
2020 年 8 月 25 日,星艦原型 SN6 同樣完成了高度 150 米的自由懸浮測試。
圖注:SN6 測試畫面。
2020 年 12 月 10 日,星艦原型 SN8 進行了 12.5 公裏高度的測試飛行,在最後落地的時候發生墜毀爆炸。
2021 年 2 月 3 日,星艦原型 SN9 再次進行了 10 公裏高度的測試飛行,仍然是在最後落地的時候發生墜毀爆炸。
2021 年 3 月 4 日,星艦原型 SN10 第三次進行了 10 公裏高度的測試飛行,穩穩落地,但在落地數分鍾後,還是發生了爆炸。
2021 年 3 月 27 日,星艦原型 SN11 第四次進行了 10 公裏高度的測試飛行,失敗的更慘,箭體炸成碎片。
圖注:SN15 成功從 10 公裏高度落下站住且沒爆炸。
2021 年 5 月 6 日,星艦原型 SN15 在得克薩斯州博卡奇卡(Boca Chica)成功進行了高空飛行測試,這是 SpaceX 星艦原型第五次挑戰 10 公裏級高度,也是首次沒有發生爆炸事故的完美着陸。
圖注:超重火箭靜态點火測試。
從 2021 年 SN15 測試後,星艦進行的主要是地面測試,包括各種壓力測試,濕彩排等。
2023 年 4 月 20 日,星艦原型 SN24 與超重火箭 BN7 組合體首次嘗試入軌測試,升空後 4 分鍾爆炸解體。
圖注:星艦首次軌道測試,升空後 4 分鍾爆炸解體。
失敗是成功之母,SpaceX 的發展史就是一部不斷制造“爆炸”的曆史,讓我們期待着星艦的下次試飛。