馬斯克的這場“太空煙花秀”，值得一次掌聲

撰文 | 雁? 秋

編輯 | 李信馬

題圖 | “星艦”直播

不論你是不是航天愛好者，相信都被前幾天一場公開直播的“太空煙花秀”刷屏了。

馬斯克的“星艦”，又炸了。

“星艦”主要由兩部分組成：底部為火箭系統(tǒng)的第一級，裝有33臺猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的「超重型助推器」；頂部是火箭系統(tǒng)的第二級，配備6臺猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的「星艦航天器」。

按照第二飛的原定計(jì)劃，升空后2分41秒左右，一二級熱分離；升空后7分鐘左右，助推器落入墨西哥灣。航天器則繼續(xù)向上和向東飛行，達(dá)到接近軌道速度的最高速度，幾乎繞地球一圈，然后濺落在夏威夷附近的太平洋，全程持續(xù)約90分鐘。

遺憾的是，這次試飛沒能完成所有預(yù)定計(jì)劃，現(xiàn)實(shí)情況是：

一開始，助推器被點(diǎn)燃，帶著航天器升空。

2分52秒左右時(shí)，火箭一級和二級開始“熱分離”。

圖源：直播截圖

3分20秒左右，一級發(fā)動(dòng)機(jī)在分離后發(fā)生爆炸，而飛船仍在正常升空。

沒過多久，飛船信號丟失。美國太空探索技術(shù)公司證實(shí)，任務(wù)控制中心與“星艦”失去聯(lián)系，被迫啟動(dòng)自毀系統(tǒng)。

根據(jù)SpaceX公司發(fā)布的數(shù)據(jù)，“超級重型助推器”在起飛過程中，33臺發(fā)動(dòng)機(jī)全部正常工作直至一二級分離，但在下降模擬回收過程中突然發(fā)生爆炸。

“星艦”飛船雖然不受影響繼續(xù)升空，卻在約148公里的高度因與地面指揮中心“失聯(lián)”而觸發(fā)“自動(dòng)飛行終止系統(tǒng)”，后者用于在火箭出現(xiàn)問題或偏離航線時(shí)，自動(dòng)摧毀飛行器避免造成附帶傷害。

很多人將其以「失敗」定論，不過從直播視頻看，SpaceX的工作人員全部都在歡呼聲中慶祝，馬斯克也在 X上表示：“祝賀 SpaceX 公司的團(tuán)隊(duì)！”

馬斯克在社交軟件上祝賀SpaceX團(tuán)隊(duì)

圖源：X截圖

用傳統(tǒng)研發(fā)火箭的思維去看這件事，“星艦”二次發(fā)射任務(wù)就是失敗的。然而，如果從馬斯克的角度去看，這次任務(wù)算是成果頗豐。畢竟，在此之前，SpaceX已經(jīng)飽嘗過失敗的苦澀，又正是在一次次失敗后的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和改進(jìn)中，才成為了今天最出色的商業(yè)航天公司。

01. “另類”的商用火箭

對于普通人來說，“星艦”或許還有點(diǎn)陌生。

簡單理解，“星艦”是一艘擁有巨大承載能力的太空飛船，由第一級助推器“超級重型”（高約70米）和第二級飛船“星艦”（高約50米）組成。

它可以實(shí)現(xiàn)地球和外太空之間的快速運(yùn)輸，比如一次性將100多人送至地球軌道、月球和火星等，并在太空中執(zhí)行各種任務(wù)，包括建設(shè)空間站、開采資源，甚至實(shí)現(xiàn)星際旅行。

除了容量大，它也是可以反復(fù)發(fā)射的。一旦成功，將會進(jìn)一步推動(dòng)航天飛行的商業(yè)化。自SpaceX于2010年首次發(fā)射可重復(fù)使用的“獵鷹9號”以來，航天發(fā)射成本已經(jīng)從每千克10000美元降至約1520美元?？芍貜?fù)使用的火箭飛行頻繁越高，容量也大，成本會逐步降低。

但要讓如此一個(gè)龐然大物順利升空，過程并不順利。從2019年開始，SpaceX前后制造過至少15個(gè)“星艦”原型機(jī)，用于進(jìn)行短距離的高空試飛，目的是測試星艦的發(fā)射、飛行、操控和著陸能力，以及驗(yàn)證其設(shè)計(jì)和工藝。不過，大部分都在測試中爆炸或損壞。

每一次發(fā)射失敗等待下一次發(fā)射的過程，都充分地詮釋了馬斯克“成功的失敗”（successful failure）的邏輯。SpaceX堅(jiān)持認(rèn)為，事故是收集數(shù)據(jù)最快、最有效的方式。

這和馬斯克的個(gè)人風(fēng)格極為相似——不斷挑戰(zhàn)現(xiàn)狀，甚至是挑戰(zhàn)看似不可能跨越的壁壘。傳統(tǒng)的航天公司循規(guī)蹈矩，不愿意做出創(chuàng)新，讓航天的成本居高不下，這給了商業(yè)航天公司機(jī)會。不過，對于商業(yè)航天公司來說，每次發(fā)射都是對資金流和投資回報(bào)率的考驗(yàn)，試錯(cuò)機(jī)會有限。即使是當(dāng)下如日中天的SpaceX，早期也面臨資金斷絕的局面，在第三次發(fā)射失敗后，險(xiǎn)些就無以為繼。

今年4月20日，“星艦”進(jìn)行首次試驗(yàn)性發(fā)射時(shí)，馬斯克對身邊的火箭工程師馬克·容科薩說：“我的胃都攪成一團(tuán)了，重大發(fā)射之前我總是這樣，在夸賈林島發(fā)射失敗的經(jīng)歷，讓我患上了創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙?！?/p>

而首次發(fā)射失敗的原因，最后查明，是猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的爆炸震碎了發(fā)射臺的基座，紛飛的混凝土碎塊擊中了一些發(fā)動(dòng)機(jī)。起因則是，2020年建設(shè)發(fā)射臺時(shí)，馬斯克決定不在發(fā)射架下方挖可以容納爆炸沖擊波的導(dǎo)焰槽，他計(jì)算后認(rèn)為高密度混凝土就足以承受了——事實(shí)證明，這是個(gè)錯(cuò)誤的決定。

如果是NASA或者波音公司，就不會做這樣的事情，但馬斯克就會做。他甘愿冒險(xiǎn)，也甘愿失敗后反思、學(xué)習(xí)、修正，再重復(fù)冒險(xiǎn)。

02. 二次試飛，走得更遠(yuǎn)

本次“星艦”的試飛爆炸，為什么值得祝賀？因?yàn)楸敬卧囷w，完成了多個(gè)關(guān)鍵動(dòng)作。

首先，成功點(diǎn)燃了33個(gè)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)。

首發(fā)時(shí)，助推器的3臺發(fā)動(dòng)機(jī)沒能點(diǎn)火，2臺發(fā)動(dòng)機(jī)在途中故障，還有1臺時(shí)好時(shí)壞。另外，在飛行軌跡偏航后激活的自毀系統(tǒng)并沒有立即解體，而是在40秒之后才最終炸毀解體。

SpaceX后來解釋，在上升過程中，助推器的燃料泄漏導(dǎo)致起火，也因此切斷了與主飛行計(jì)算機(jī)的連接，造成了設(shè)備的失控。所以二飛之前，SpaceX給助推器的組件增加了更多防護(hù)，包括擴(kuò)展滅火系統(tǒng)。

圖源：SpaceX

其次，火箭一級和二級實(shí)現(xiàn)“熱分離”。

首發(fā)時(shí)，“星艦”已經(jīng)出現(xiàn)過級分離故障。按照當(dāng)時(shí)的計(jì)劃，2分30秒左右助推器關(guān)機(jī)，然后一二級進(jìn)行分離，但火箭不斷翻滾，到第3分鐘時(shí)也未能分離。

傳統(tǒng)模式上，助推器分離后才進(jìn)行第二級點(diǎn)火，這次SpaceX重新設(shè)計(jì)了一二級分離系統(tǒng)，首次嘗試“熱分離”（Hot Staging），即在“星艦”第一級發(fā)動(dòng)機(jī)大部分關(guān)機(jī)，而兩級尚未分離的狀態(tài)下，直接點(diǎn)燃第二級發(fā)動(dòng)機(jī)，利用后者的噴流，直接將火箭兩級噴開，從而達(dá)到一二級分離的效果。

這就意味著在航天器要在高速和高溫環(huán)境時(shí)進(jìn)行分離，這對材料的精確度和耐熱性有極高的要求。SpaceX的解決方案是通過增加通風(fēng)口和重型隔熱罩，使底部引擎噴出來避免爆炸，并為第二級提供微小、但十分關(guān)鍵的推力。

“熱分離”的提出復(fù)雜且大膽，它不僅僅是技術(shù)上的進(jìn)步，還將推動(dòng)航天器設(shè)計(jì)的新思路和新理念。SpaceX曾表示，如果成功實(shí)現(xiàn)了這次壯麗并危險(xiǎn)絕倫技術(shù)嘗試，任務(wù)方可被視作成功。

第三，沒有損毀發(fā)射臺。

首發(fā)時(shí)，“星艦”沒有對發(fā)射臺進(jìn)行任何的防護(hù)措施，不僅在發(fā)射過程中亂石橫飛，還炸出了巨大的彈坑。問題出在沒有安裝導(dǎo)焰槽，它通常建在發(fā)射臺下方，將火焰引導(dǎo)到數(shù)百米外。

所以二飛之前，SpaceX加固了發(fā)射臺，配置了兩塊厚鋼板和一個(gè)噴水系統(tǒng)，通過向上噴水散發(fā)熱量解決問題。????????????

圖源：直播截圖

據(jù)馬斯克所言，與首飛相比，SpaceX對“星艦”實(shí)施了超1000項(xiàng)升級和改進(jìn)，并進(jìn)行了63次FAA規(guī)定的修正，以提高飛行安全和性能。二次試飛的“星艦”重型火箭，是人類有史以來最大的火箭——高120米，直徑9米，起飛質(zhì)量近5000噸，完全重復(fù)使用時(shí)近地軌道運(yùn)載力是150噸。

這次“星艦”飛行高度超過100公里，標(biāo)志著它已正式進(jìn)入太空。美國有線電視新聞網(wǎng)形容說，“星艦”第二次試飛比今年4月嘗試時(shí)走得更遠(yuǎn)。

03. 仰望星空，也要腳踏實(shí)地

“星艦”超重型火箭第二次發(fā)射失敗，給中國商業(yè)航天公司提供了更多的思考。

自2015年開放了商業(yè)航天準(zhǔn)入以來，國內(nèi)誕生了一大批商業(yè)航天公司，并取得了長足的進(jìn)步。

2023年，中國迎來“商業(yè)航空大年”：4月，天兵科技“天龍二號”成功入軌，打破全球首次液體火箭發(fā)射失敗的魔咒； 7月，我國液氧甲烷火箭“朱雀二號遙二號”成功首飛全球；近日，星際榮耀驗(yàn)證火箭垂直回收任務(wù)取得成功……

但也要看到，國內(nèi)商業(yè)航天與美國還是存在一定的差距。較于已經(jīng)成立了20多年的SpaceX，我國商業(yè)航天的星星之火在2014年才被點(diǎn)燃，無論是快速迭代能力、研制執(zhí)行力還是工業(yè)化生產(chǎn)能力等，要補(bǔ)齊的東西還有很多。

如今，不少國內(nèi)商用航天企業(yè)正在給自己“加壓”。藍(lán)箭航天董事長張昌武曾公開表示，民營火箭公司要選擇差異化的技術(shù)路線，立足于技術(shù)創(chuàng)新、模式創(chuàng)新、核心技術(shù)自主可控，取得突破，而不是復(fù)制國家隊(duì)已經(jīng)取得的成果。他覺得，創(chuàng)新不是簡單的復(fù)制。

這幾年，藍(lán)箭通過堅(jiān)持自主研發(fā)，加大資源投入自研發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、自建核心設(shè)施等方式，構(gòu)建以中大型液氧甲烷運(yùn)載火箭為中心的全產(chǎn)業(yè)鏈條。目前，藍(lán)箭航天已同時(shí)掌握百噸級液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和中大型液氧甲烷火箭關(guān)鍵技術(shù)及研制保障能力。

另外，由星際榮耀空間科技自主研發(fā)的雙曲線二號火箭在最近成功完成發(fā)射，這是中國首次開展液體火箭全尺寸一子級的垂直起降與重復(fù)使用飛行試驗(yàn)。這次任務(wù)的成功也驗(yàn)證了全尺寸火箭復(fù)用關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)也標(biāo)志著中國商業(yè)航天在可重復(fù)使用運(yùn)載火箭技術(shù)上取得重大突破。

圖源：星際榮耀空間科技官微

要補(bǔ)齊技術(shù)實(shí)力、工業(yè)化規(guī)模的同時(shí)，SpaceX“星艦”帶給我們的啟示，還有允許不斷試錯(cuò)的機(jī)會和成本。科學(xué)研發(fā)是一項(xiàng)長期工程，外界環(huán)境也要有一定的包容度。

火箭，是用最極致的方式闡釋如何通過速度、質(zhì)量和能量之間的平衡來實(shí)現(xiàn)入軌。這不是簡單靠蠻力就能實(shí)現(xiàn)，而是需要點(diǎn)滴的繡花針?biāo)频墓Ψ?。這功夫要往哪兒下，怎么下？

在航天領(lǐng)域有一條著名的方程式——齊奧爾科夫斯基的火箭方程，它告訴我們火箭發(fā)射需要分階段發(fā)展，不可能一蹴而就。升空過程中，必須要不斷拋棄一級、二級、甚至是三級才能實(shí)現(xiàn)入軌。

研發(fā)過程也是一樣，要拋棄舊的東西、舊的想法。在整個(gè)過程中要燃燒，有充沛的動(dòng)力，不僅要找準(zhǔn)方向，設(shè)計(jì)好彈道，還要注意好平衡。這就意味著需要不斷的測試和驗(yàn)證。

SpaceX是目前最成功的商業(yè)火箭公司，同時(shí)也是火箭發(fā)射失敗次數(shù)最多的公司，他們相信“失敗得快，但學(xué)得更快（Fail fast , but learn faster）”。近期SpaceX已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了盈利，數(shù)據(jù)顯示，2023年第一季度公司實(shí)現(xiàn)收入15億美元，利潤為5500萬美元。這是SpaceX首次實(shí)現(xiàn)盈利，可見這條路已經(jīng)被驗(yàn)證是走的通的。

測試中的“星艦” 圖源：NASA

最后，借用劉慈欣的一句話，“不管地球達(dá)到了怎樣的繁榮，那些沒有太空航行的未來都是暗淡的。”

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