馬斯克的星艦又炸了,但有兩個好消息
馬斯克的星艦,第二次試飛終於來了!
短暫的叫停之後,倒計時恢復,衆人的歡呼聲中,裝有 33 個猛禽發動機的助推器帶着航天器升空,點火時發出巨大的轟鳴,火焰明亮,上升時的軌跡筆直而瑰麗。
當時間來到 2 分 50 秒左右,一二級成功分離,但隨後一級爆炸成一團火球,沒能按計劃受控在海上濺落。
▲ 一二級分離.
▲ 一級爆炸.
二級繼續飛行一段時間後,SpaceX 表示無法接收二級的數據,直播叫停,不久二級也在海灣上空自毀。
4 月 20 日首飛時,馬斯克說成功率在 50%,甚至沒炸燬發射臺就值得慶幸。
7 個月後,馬斯克更有信心,認爲第二飛成功入軌的可能性約在 60%,但他仍然建議不要期望過高,完成「級分離」也是一場勝利。
抵達終點固然圓滿,但完成階段性目標也值得慶祝,這次試飛完全達成了馬斯克的願景。
SpaceX 在直播中表示:「我們獲得瞭如此多的數據,這些數據都將幫助我們改進下一次飛行。」
墨西哥灣海岸,德克薩斯州博卡奇卡的發射場,再次響起了歡呼聲,通過屏幕傳到世界各地。正如馬斯克今天在 X 所寫:
星艦邁過了它的生死一線。
爲什麼這麼說?星艦主要由兩部分組成:
第二飛最緊張的時刻,就在於升空後的 2 分 41 秒,按照計劃進行一二級分級的時間。
▲ 第二飛時間線.
首飛時,星艦已經出現過級分離故障。按照當時的計劃,2 分 30 秒左右助推器關機,然後一二級進行分離,但火箭不斷翻滾,到第 3 分鐘時也未能分離。
和首飛不同,這次 SpaceX 重新設計了一二級分離系統,首次嘗試「熱分離」,當航天器還未與助推器分離時就啓動發動機,而不是分離後點火。
因爲從未實戰檢驗,馬斯克稱其爲第二飛中「最危險的部分」,可能導致助推器爆炸。這也是爲什麼,星艦的兩級之間增加了通風口和隔熱罩,以排出過熱廢氣。
▲ 第二飛增加的隔熱罩.
冒險是值得的,如果攻克了這關,那麼星艦就有很大的可能進入軌道。馬斯克表示,熱分離產生了微小但重要的推力,可以增加約 10% 的有效載荷。
在主持人和觀衆的屏息期待中,第二飛的熱分離成功了,這是今天的第一個好消息,但一二級隨後都沒能按計劃濺落和飛行。
除了級分離,第二飛相比首飛,還有大大小小的 1000 多項改進。
首先是助推器。首飛的失敗從一開始就有預兆,助推器的 3 臺發動機沒能點火,2 臺發動機在途中故障,還有 1 臺時好時壞。
▲ 首飛時多臺發動機不正常.
SpaceX 後來解釋,在上升過程中,助推器的燃料泄漏導致起火,也因此切斷了與主飛行計算機的連接,大多數助推器發動機失去通信,造成了設備的失控。
所以第二飛之前,SpaceX 給助推器的組件增加了更多防護,包括擴展滅火系統。
今天的第二個好消息便是,第二飛的發動機全部正常點火。
▲ 第二飛的發動機穩定發揮.
另外,爲了讓發動機更可靠,SpaceX 還爲助推器的發動機設計了新型電子推力矢量控制系統,採用全電動馬達,潛在故障點更少,並且比傳統液壓系統更加節能。
其次是自毀系統。首飛時,星艦失控地翻滾了一段時間才爆炸,說明星艦的自毀系統「AFSS」沒能及時發揮作用,這次 SpaceX 也改善了 AFSS,以備「壯士斷腕」的不時之需。
再者是發射臺。首飛時,星艦在發射臺炸出了巨大的彈坑,混凝土等碎片散落在約 156 萬平方米的土地,還引起了州立公園的火災,激怒了當地的環保組織。
▲ 首飛後的發射臺.
問題出在沒有安裝火焰偏轉器,它通常建在發射臺下方,將火焰引導到數百米外。
▲ 第二飛增加的水冷系統.
所以第二飛之前,SpaceX 用混凝土加固了發射臺,並在發射臺增加了水冷系統,它被馬斯克形象地稱爲「巨大的倒置淋浴噴頭」,向上噴水以抵消助推器產生的大量熱量。
從首飛和第二飛的差別可以看出,星艦試飛是個「漸進式創新」的過程。
發動機更可靠了嗎?熱分離能實現嗎?發射臺能不炸出個大坑嗎?如果能一口氣跑到終點,那自然再好不過,但再次起跑前,SpaceX 先試着訂正了錯題,而且答得還不錯。
人類史上的最強火箭,星辰大海的漫長征途
舉世矚目的星艦,是 SpaceX 押注的下一代可完全重複使用重型運載火箭,在設計理念上很激進,通體散發着馬斯克本人的技術派弧光。
星艦是人類史上體積最大、推力最強的運載火箭,高度約 120 米,當前的推力約爲 NASA 土星五號火箭的兩倍。後者在 20 世紀六七十年代將阿波羅計劃的宇航員送上月球,被認爲是人類史上最成功的火箭之一。
同時,星艦也是第一個被設計爲可完全重複使用的火箭,爲的是降低進入太空的成本,最終實現航天飛行商業化。馬斯克認爲,這是實現火星移民所需的關鍵技術突破。
想要可重複使用,如何回收是一個關鍵。然而,第二飛也不打算在發射場回收箭體,一二級都是濺落海中。
我們依然只能在模擬畫面中,看到發射塔的「筷子」如何絲滑地捕獲從天而降的助推器。
▲ 從發射場回收的模擬畫面.
首飛和第二飛,主要都是爲了證明星艦的入軌飛行能力,衡量它的性能如何、是否可靠。第二飛的計劃和首飛基本相同,不需要進行完整的軌道飛行。
按照第二飛的原定計劃,升空後 2 分 41 秒左右,星艦的一二級熱分離。升空後 7 分鐘左右,助推器落入墨西哥灣。
然後,航天器繼續向上和向東飛行,達到接近軌道速度的最高速度,幾乎繞地球一圈,然後濺落在夏威夷附近的太平洋,全程持續約 90 分鐘。
入軌試飛成功之後,SpaceX 才能開始測試更爲複雜的星艦任務,包括在軌加註、發射星鏈衛星等,爲更加遙遠和複雜的深空任務做準備。
▲ 火星旅程中途需要在軌加註.
2021 年,SpaceX 打敗藍色起源等競爭對手,贏得 NASA「阿爾忒彌斯」任務價值數十億美元的合同,負責打造基於星艦的載人登月艙。人命關天,必然慎之又慎。近日,NASA 表示,星艦載人登月艙任務需要近 20 次發射。
▲ SpaceX 星艦載人登月艙的概念圖.
最終,SpaceX 希望將星艦打造成下一代、完全可重複使用的星際飛船。
也就是說,星艦廉價、安全和迅速地重複投入使用,將人員和貨物運送到地球軌道,幫助人類重返月球,並最終前往火星及更遠的地方。
其中反覆試驗和迭代的艱難險阻,可能難以和外人道,不存在「畢其功於一役」的爽文。
實踐出真知,炸出個未來
馬斯克於 2002 年創立了 SpaceX。創新、高調、快速、可持續性.....馬斯克本人創業時的風格,深入影響着 SpaceX 的價值觀。
實踐出真知,炸出個未來,這就是 SpaceX 自己引以爲傲的創新方式:
▲ 獵鷹重型火箭發射.
衆所周知,SpaceX 習慣了屢戰屢敗、屢敗屢戰,不怕向外界暴露問題和技術漏洞,真刀真槍地炸過不少「大煙花」。
2020 年 12 月到 2021 年 5 月,星艦二級的原型機,進行了一系列的亞軌道高空試飛,5 射 4 炸。
▲ 星艦 SN8 落地速度過快導致炸燬.
直到星艦 SN15,「神龍擺尾」後平穩落地,雖然燃起了小股火焰,但很快就被撲滅,星艦二級的原型機才成功實現軟着陸。
今年 4 月 20 日的入軌首飛,裝好一二級的星艦「完全體」,終於在軌道級發射臺起飛,引起一片歡呼,實現了不炸掉髮射臺的「小目標」,但升空 4 分鐘後解體爆炸。
▲ 首飛時的星艦升入德克薩斯州南部的天空.
不得不說馬斯克擁有一顆大心臟:
除了爆炸造成的「損兵折將」,SpaceX 也會經常推翻之前的火箭設計方案,被直接廢棄和拆毀的原型機數不勝數。
與此同時,SpaceX 十分重視成本控制,將不鏽鋼作爲主要結構材料,採用了批量化生產的模式,即使第二艘星艦也不能進入軌道,還有更多飛船原地待命。
▲ 它們都可以是星艦.
SpaceX 堅持認爲,真實環境的事故是收集數據最快、最有效的方式。快速設計、炸掉、升級原型機,比模擬和地面測試更好。相比之下,NASA 更喜歡緩慢、有條不紊的測試。
第二飛,就完全驗證了 SpaceX 的理論。
終點似乎就在那裡,但誰也不知何時能夠跨過。塵埃落定之前的探索,往往不是完全成功,也不是徹底失敗,最有可能介於兩者之間,但離目標又近了一點點。
雖然前方依然艱難,但或許就在正確道路上。
人類在羣星間穿越的夢想,從來不會停止。