最近，SpaceX公司又進(jìn)行了發(fā)射試驗(yàn)。4月20日，SpaceX公司嘗試了超重-星艦組合體的首次軌道級(jí)試射任務(wù)。

結(jié)果大家都已經(jīng)知道，超重-星艦組合體在點(diǎn)火升空約239秒后，在數(shù)個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火、箭體嚴(yán)重傾斜、翻滾的情況下，最終爆炸解體，場(chǎng)面頗為壯觀。

發(fā)射前的超重-星艦組合體（左）以及發(fā)射失敗后的爆炸畫(huà)面（右）

【資料圖】

圖源：SpaceX公司

準(zhǔn)備良久的試射任務(wù)以火箭爆炸收?qǐng)?，本該是一件令人垂頭喪氣的事情，可馬斯克看上去卻挺高興，還在推特發(fā)消息向任務(wù)團(tuán)隊(duì)祝賀。

那么這次試射到底是成功還是失敗了？莫非馬斯克是死要面子不肯承認(rèn)錯(cuò)誤嗎？

其實(shí)對(duì)于本次試射任務(wù)，馬斯克及他的團(tuán)隊(duì)把預(yù)期放得足夠低。他曾預(yù)計(jì)成功率只有50%。但由于本次試射任務(wù)標(biāo)志著SpaceX公司進(jìn)入了探索行星際旅行的全新階段，因此盡管發(fā)射成功的可能性不大，卻仍然引來(lái)了航天愛(ài)好者的全程關(guān)注。

說(shuō)到這里，可能有的同學(xué)已經(jīng)搞不清了：從2008年開(kāi)始，馬斯克就帶領(lǐng)著一幫人一次又一次地試射，不是已經(jīng)發(fā)射成功又回收成功了嗎？這次又在搞啥捏？

趁這個(gè)機(jī)會(huì)，我們就來(lái)捋一捋。

航天發(fā)射兩大件：火箭和航天器

火箭和航天器是各國(guó)航天發(fā)射任務(wù)中的“標(biāo)配”。

以我國(guó)為例，風(fēng)云氣象衛(wèi)星、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、神舟載人飛船、嫦娥系列月球探測(cè)器、天問(wèn)一號(hào)火星探測(cè)器和天宮空間站等等都被稱為航天器，它們以天體力學(xué)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在太空中飛行，并用于完成載人、探測(cè)等任務(wù)。

在研發(fā)過(guò)程中，工程師們除了要讓航天器具備完成預(yù)定工作任務(wù)的能力，還要使其具備良好的抵抗宇宙輻射、極端溫度環(huán)境和微流星體超高速?zèng)_擊的能力。

嫦娥三號(hào)（左），天宮一號(hào)（中）和天問(wèn)一號(hào)（右）

圖源：cnsa

而火箭則是將這些航天器安全送入太空的運(yùn)載工具，航天器越重、預(yù)定到達(dá)的飛行軌道越高，對(duì)火箭的綜合能力要求也就越嚴(yán)格。由大氣層中的飛行環(huán)境遠(yuǎn)比真空中要復(fù)雜，所以在航天發(fā)射任務(wù)中，火箭點(diǎn)火發(fā)射及其升空后兩分鐘內(nèi)是最容易發(fā)生事故的階段。

目前，世界各國(guó)都在不遺余力地研制性能更為強(qiáng)大的火箭，保障航天發(fā)射任務(wù)。

神舟系列火箭（圖源：中國(guó)大百科全書(shū)數(shù)據(jù)庫(kù)）

馬斯克的SpaceX做了哪些事？

SpaceX公司是一家由美國(guó)航天局NASA支持并發(fā)展壯大起來(lái)的民營(yíng)商業(yè)航天服務(wù)商。自成立以來(lái)，它的任務(wù)就是研制可重復(fù)使用的火箭和貨運(yùn)/載人航天器。

降低材料成本和實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用是馬斯克降低航天發(fā)射成本的兩大法寶。

聽(tīng)說(shuō)鈦合金、碳纖維等航天材料太貴？那我就用不銹鋼來(lái)造火箭吧！

火箭發(fā)射一次就扔的做法太過(guò)浪費(fèi)，費(fèi)用太高？那我就把發(fā)射出去的火箭再接回來(lái)繼續(xù)用唄！

而SpaceX公司的研發(fā)方式也很簡(jiǎn)單直接。在NASA的支持下，SpaceX公司快速完成了一輪又一輪的地面試驗(yàn)和發(fā)射試驗(yàn)。

你讓我在試驗(yàn)前先嚴(yán)密論證，以確保萬(wàn)無(wú)一失？不存在的，只管試就是了，哪里失敗了就在哪里打一個(gè)補(bǔ)丁，然后繼續(xù)試。這種令大家瞠目結(jié)舌的“程序員在線修bug”式研發(fā)手段曾經(jīng)屢戰(zhàn)屢敗，一度使SpaceX瀕臨破產(chǎn)邊緣，但最終還是取得了不小的成功。

SpaceX公司的失敗案例

圖源：SpaceX公司

從2008年到2020年，經(jīng)過(guò)上百次的迭代測(cè)試，SpaceX逐步掌握了貨運(yùn)/載人龍飛船的降落傘濺落回收技術(shù)和獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭的反推垂直著陸技術(shù)。通過(guò)龍飛船和獵鷹火箭的重復(fù)回收使用，馬斯克大大降低了航天發(fā)射的成本，接了大量商業(yè)航天訂單在手，一時(shí)間風(fēng)頭無(wú)兩。

載人龍飛船（左）和獵鷹9號(hào)火箭（右）

圖源：維基百科

SpaceX的星艦首飛試驗(yàn)

馬斯克的雄心并不止于此，他最終想實(shí)現(xiàn)的是火星移民。但為了把航天器順利地運(yùn)送到火星，SpaceX公司現(xiàn)有的獵鷹火箭推力遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足要求。

為此老馬又開(kāi)始了迭代進(jìn)化：既然配備有27臺(tái)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的重型獵鷹9號(hào)火箭都不夠用，那我就用33臺(tái)高功率猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)攢一個(gè)“超重”的獵鷹火箭吧！沒(méi)錯(cuò)，這個(gè)新型火箭就叫做超重獵鷹火箭（SuperHeavy）。而在超重火箭上方的航天器，要比龍飛船要大得多，被命名為星艦（Starship）。

從2018到2022年，SpaceX制造了30多個(gè)星艦原型機(jī)，進(jìn)行了大量地面試驗(yàn)和大氣層內(nèi)飛行試驗(yàn)，一步步地摸索了星艦發(fā)射與反推垂直回收技術(shù)。本月的發(fā)射測(cè)試，則是首次嘗試軌道級(jí)發(fā)射任務(wù)，也就是看看能不能讓星艦發(fā)射在近地近軌道附近飛行一段距離。

按照原計(jì)劃，超重-星艦組合體發(fā)射升空后，超重獵鷹將首先受控降落，而星艦則繞地球飛行將近一圈后在海上濺落回收。

超重-星艦組合體的飛行計(jì)劃

圖源：中國(guó)航天報(bào)

不過(guò)，在發(fā)射之初，組合體就因故障而出現(xiàn)了明顯的彈體傾斜現(xiàn)象。到第67秒時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)一共有6臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火了。這樣一來(lái)，整個(gè)星艦受到的推力不再平衡，因此越飛越歪，還出現(xiàn)了翻滾現(xiàn)象，最終只能以引爆告終，最大飛行高度39公里。

↑↑↑點(diǎn)火后17秒，組合體發(fā)射成功，整體略有傾斜，發(fā)動(dòng)機(jī)初始故障3臺(tái)

圖源：Space X公司

↑↑↑點(diǎn)火后1分47秒，組合體傾斜嚴(yán)重，發(fā)動(dòng)機(jī)故障6臺(tái)，出現(xiàn)泄露情況

圖源：Space X公司

↑↑↑點(diǎn)火后2分26秒，組合體開(kāi)始翻滾

圖源：Space X公司

↑↑↑點(diǎn)火3分59秒，組合體爆炸

圖源：Space X公司

對(duì)于馬斯克而言，即使星艦在地面當(dāng)場(chǎng)爆炸都是可以接受的（以前又不是沒(méi)有發(fā)生過(guò)），而這次星艦在飛行了這么久后才爆炸，已經(jīng)是非常棒了。

同時(shí)，這次試驗(yàn)證明了星艦的技術(shù)路線具有一定的可行性，后期只要排除發(fā)動(dòng)機(jī)失控的故障就可以了。這就是馬斯克對(duì)本次首飛失利評(píng)價(jià)頗高的原因。

寫(xiě)在最后

馬斯克和他的SpaceX在商業(yè)航天中不斷嘗試。我國(guó)在此領(lǐng)域進(jìn)展如何呢？

其實(shí)，早在1985年，我國(guó)就開(kāi)始將自行研制的長(zhǎng)征三號(hào)火箭推向了國(guó)際商業(yè)航天市場(chǎng)，并在之后的幾年內(nèi)多次成功發(fā)射國(guó)外衛(wèi)星，一度占據(jù)了國(guó)際市場(chǎng)的9%份額。但在1999年，美國(guó)發(fā)布了所謂的《考克斯報(bào)告》，據(jù)此指責(zé)中國(guó)竊取美國(guó)航天技術(shù)，并禁止任何使用美國(guó)零部件的衛(wèi)星由中國(guó)完成發(fā)射任務(wù)。此后，中國(guó)航天開(kāi)始進(jìn)入一段漫長(zhǎng)的低谷期，直到2005年才又開(kāi)始進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。

長(zhǎng)征二號(hào)火箭為美國(guó)休斯公司發(fā)射衛(wèi)星

圖源：中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院

即使是這樣，如今的中國(guó)航天做到了載人航天、月球探測(cè)和深空探測(cè)的壯舉，我們有理由相信，中國(guó)航天人最終會(huì)以自己的方式，探索出全新的低成本商業(yè)航天之路。

參考文獻(xiàn)：

[1] SpaceX. 維基百科 https://zh.wikipedia.org/wiki/SpaceX#SpaceX%E6%98%9F%E8%89%A6_2

[2] “星艦”首飛分析. 中國(guó)航天報(bào) https://www.163.com/dy/article/I3BM1G5L0552D3NO.html

[3] 1985-2015：初探商業(yè)化的中國(guó)航天. 鈦禾產(chǎn)業(yè)觀察 https://k.sina.com.cn/article_6774587394_193cc000202000uwit.html

[4] 20多年前長(zhǎng)二捆火箭發(fā)射“澳星”：簽合同時(shí)火箭還在圖紙上。中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院 http://calt.spacechina.com/n488/n754/c4237/content.html

作者：流火

兵器工業(yè)某研究所，工程師

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