當(dāng)?shù)貢r(shí)間11月18日早8點(diǎn)3分，美國(guó)太空探索技術(shù)公司SpaceX的新型運(yùn)載火箭“星艦”于得克薩斯州博卡奇卡基地完成了第二次無(wú)人飛行測(cè)試。所有33臺(tái)超重型猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)均正常工作，一二級(jí)火箭成功分離。但第一級(jí)助推器分離后不久在空中爆炸解體。第二級(jí)飛船則在升空8分鐘后于高度148公里處失聯(lián)，SpaceX表示，其已于升空10分鐘后觸發(fā)自毀系統(tǒng)。
“星艦”曾于今年4月20日首次測(cè)試飛行，升空后4分鐘以解體爆炸告終。當(dāng)時(shí)的視頻回放可見，33臺(tái)并聯(lián)發(fā)動(dòng)機(jī)中的6臺(tái)連續(xù)出現(xiàn)異常關(guān)機(jī)，一二級(jí)火箭也沒(méi)能成功分離。相較于首飛，“星艦”此次試飛首次實(shí)現(xiàn)了33臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)，以及一種新的級(jí)間分離方式。國(guó)際宇航聯(lián)空間運(yùn)輸委員會(huì)副主席楊宇光對(duì)《中國(guó)新聞周刊》稱，33臺(tái)并聯(lián)成功只是表象，以“星艦”為重要技術(shù)環(huán)節(jié)的美國(guó)登月計(jì)劃或?qū)⒂瓉?lái)重大變化。
33臺(tái)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)成功實(shí)現(xiàn)并聯(lián)
美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間11月18日早上，博卡奇卡基地控制中心多次陷入沸騰。SpaceX直播顯示，SpaceX首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克早早來(lái)到控制中心觀看發(fā)射，不時(shí)與周圍同事交流。在倒計(jì)時(shí)還有40秒時(shí)，“星艦”發(fā)射一度停滯，控制中心內(nèi)觀看人群有些騷動(dòng)。SpaceX直播間主持人兼工程師約翰·因斯普魯克立刻表示，這是發(fā)射計(jì)劃內(nèi)的“小意外”。大約一兩分鐘后發(fā)射將繼續(xù)。在距離發(fā)射還有30秒時(shí)，就已經(jīng)有人開始忍不住高喊倒計(jì)時(shí)。隨后，“星艦”底部朝六個(gè)方向噴出橙色火光。第二次測(cè)試飛行正式開始。
發(fā)射升空約2分45秒，第二級(jí)飛船啟動(dòng)6臺(tái)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)，并與第一級(jí)重型助推器分離。級(jí)間熱分離是“星艦”此次首度推出的分離方案，這次測(cè)試中進(jìn)行了成功驗(yàn)證�！靶桥灐卑l(fā)射升空約3分20秒，重型助推器在墨西哥灣上空爆炸。“星艦”則繼續(xù)飛行，在高度達(dá)到148公里，速度達(dá)到24124公里/小時(shí)后，直播畫面的數(shù)據(jù)就停止了更新�！靶桥灐卑l(fā)射升空約11分30秒，SpaceX宣布確認(rèn)“星艦”未能按計(jì)劃飛行。隨后因斯普魯克在直播間證實(shí)， “星艦”已被迫觸發(fā)其自毀系統(tǒng)。
“星艦”發(fā)射直播經(jīng)歷各種意外已是家常便飯。此前的11月15日，美國(guó)聯(lián)邦航空管理局(FAA)批準(zhǔn)了“星艦”的第二次試飛。SpaceX同日宣布將于當(dāng)?shù)貢r(shí)間11月17日8點(diǎn)執(zhí)行發(fā)射。但馬斯克隨后在社交平臺(tái)X上表示，由于需要更換格柵翅執(zhí)行器，“星艦”發(fā)射被推遲至18日。格柵翅執(zhí)行器是火箭助推器回收的重要部件之一。得知此消息后的眾多航天愛好者在X上發(fā)文稱，“不出意外的話，又出意外了”。
SpaceX官網(wǎng)顯示，本次試飛飛船未計(jì)劃進(jìn)入近地軌道，只是繞地球飛行約3/4圈，并計(jì)劃演示一二級(jí)火箭的分別回收。第一級(jí)助推器將在分離后墜落墨西哥灣，第二級(jí)飛船再入大氣層后將以類似航天飛機(jī)的姿態(tài)返回，降落夏威夷附近的太平洋海域。此舉也是為了避免讓飛船在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火失利的情況下變成環(huán)繞地球的“巨型太空垃圾”。由于航天器試飛后普遍選擇降落在海里，航天愛好者們稱航天器入海為“炸魚”，一級(jí)助推器入海“炸小魚”，二級(jí)飛船入海“炸大魚”。
由于“炸魚”行為，SpaceX每次發(fā)射還要獲得美國(guó)魚類及野生動(dòng)物管理局(FWS)等機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)。馬斯克9月曾在X上表示，F(xiàn)AA審批相對(duì)順利，最讓他頭疼的是FWS的審批，他“甚至想為此去辦個(gè)釣魚證”。不過(guò)，SpaceX在11月16日及時(shí)拿到了FWS的批準(zhǔn)證書。
中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心研究員周炳紅對(duì)《中國(guó)新聞周刊》說(shuō)，“星艦”首飛僅正常工作了62秒，多項(xiàng)試驗(yàn)未能完成，此次試飛的計(jì)劃飛行任務(wù)基本完成，飛船首次到達(dá)了太空，但回收目標(biāo)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。最大的進(jìn)展首先在于，一級(jí)助推器33臺(tái)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)成功實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，打破了蘇聯(lián)N1火箭的30臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)的記錄，后者從未同步正常工作過(guò)；其次是實(shí)現(xiàn)了一二級(jí)熱分離。
據(jù)SpaceX官網(wǎng)信息，本次試飛最主要的變化是首次采用級(jí)間熱分離方式，即“星艦”的二級(jí)飛船在還未與一級(jí)助推器分離時(shí)，就點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，避免失去推力。SpaceX在直播中表示，熱分離具有載荷入軌優(yōu)勢(shì)，能增加大約10%的運(yùn)載能力。除了級(jí)間熱分離系統(tǒng)外，本次試飛還推出了用于超重型猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的新控制系統(tǒng)，加固了發(fā)射臺(tái)、安裝了水冷鋼制火焰偏轉(zhuǎn)器，以及許多其他改進(jìn)措施。馬斯克9月曾表示，自4月份首飛以來(lái)，SpaceX對(duì)“星艦”進(jìn)行了1000多次修改，今年對(duì)“星艦”項(xiàng)目的投資可能會(huì)達(dá)到30億美元。
楊宇光則認(rèn)為，本次試飛“進(jìn)展很大，問(wèn)題不少”�，F(xiàn)場(chǎng)只能看到33臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)從發(fā)射直到一二級(jí)分離始終“都在工作”，但是不是始終正常工作，這還要等SpaceX后續(xù)的發(fā)布。從一分離就爆炸的現(xiàn)象來(lái)看，一級(jí)助推器還剩余很多推進(jìn)劑，本來(lái)要制動(dòng)、掉頭，演示回收技術(shù)，但發(fā)動(dòng)機(jī)重啟出現(xiàn)了問(wèn)題，造成分離后迅速爆炸。理論上，一二級(jí)的分離點(diǎn)距地面50～60公里高，那里大氣已經(jīng)非常稀薄，環(huán)境干擾很小�？紤]到多發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)的動(dòng)力學(xué)復(fù)雜性，不能排除一級(jí)的震動(dòng)對(duì)二級(jí)的破壞埋下隱患的可能性。因此，還不能斷言已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了這一并聯(lián)技術(shù)。
楊宇光表示，熱分離也存在技術(shù)問(wèn)題�！靶桥灐痹跓岱蛛x時(shí)，一級(jí)助推器會(huì)被二級(jí)的火焰直接吹襲，可能影響箭體的復(fù)用。這一過(guò)程一二級(jí)之間若配合不好，可能形成相對(duì)速度，導(dǎo)致火箭的機(jī)械撕裂與損傷。SpaceX在直播中也提到，助推器很有可能會(huì)對(duì)第二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)造成損害，因此，此次測(cè)試需要驗(yàn)證火箭箭體是否能夠承受這種分離方式。
周炳紅認(rèn)為，海洋打撈火箭殘骸費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此不是SpaceX的優(yōu)先目標(biāo)，其主要通過(guò)系統(tǒng)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，而具體故障原因要等后續(xù)官方發(fā)布。SpaceX在18日的直播中也表示，其不打算從超重型助推器或飛船上回收任何硬件。但此次發(fā)射任務(wù)的首要目的是獲得遙測(cè)和地面數(shù)據(jù)，特別是關(guān)于飛船再入大氣層期間的溫度以及隔熱罩性能等。SpaceX希望在多次飛行測(cè)試中收集盡可能多的數(shù)據(jù)。
或影響登月計(jì)劃
SpaceX官網(wǎng)顯示，“星艦”是SpaceX研發(fā)的可重復(fù)利用重型運(yùn)載火箭，該火箭分為兩級(jí)，一級(jí)為“超重型助推器”，并聯(lián)安裝33臺(tái)“猛禽”液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)；第二級(jí)為擁有6臺(tái)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的飛船，也即“星艦”本體�！靶桥灐苯剀壍雷畲筮\(yùn)載能力為250噸，可回收狀態(tài)下為150噸。
SpaceX聯(lián)合美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)于2019年發(fā)布登月計(jì)劃，預(yù)計(jì)在2024實(shí)現(xiàn)環(huán)月飛行，2025年實(shí)現(xiàn)登月所需的人類著陸系統(tǒng)測(cè)試，這一計(jì)劃被稱為“阿爾忒彌斯計(jì)劃”。在該計(jì)劃中，太空發(fā)射系統(tǒng)(SLS)火箭、“獵戶座”飛船、登月版“星艦”是不可或缺的三個(gè)部分。前二者已經(jīng)完成研發(fā)，SLS已于去年11月順利完成首次試飛，它將承擔(dān)運(yùn)送航天員前往太空的任務(wù)。登月版“星艦”的任務(wù)則是與月球“門戶”空間站對(duì)接，運(yùn)送航天員執(zhí)行登月任務(wù)。該任務(wù)成功的前提是實(shí)現(xiàn)“星艦”的廉價(jià)運(yùn)作、快速部署和高度可靠回收復(fù)用，這構(gòu)成了“星艦”項(xiàng)目的核心挑戰(zhàn)。
周炳紅預(yù)測(cè)，原計(jì)劃在2024年實(shí)現(xiàn)的環(huán)月飛行、2025年實(shí)現(xiàn)的登月日程已經(jīng)非常緊迫，可能SpaceX在4～6個(gè)月后就要進(jìn)行下一次“星艦”試飛。楊宇光則認(rèn)為，下一次試飛時(shí)間很難說(shuō)，就目前“星艦”的表現(xiàn)看來(lái)，如果一直堅(jiān)持現(xiàn)有技術(shù)路線，2025年登月計(jì)劃大概率要擱淺了。此次暴露的各種問(wèn)題很可能造成之前生產(chǎn)的幾百臺(tái)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)全部報(bào)廢，重新設(shè)計(jì)制造的時(shí)間成本巨大。
楊宇光指出，目前“星艦”的表現(xiàn)與登月計(jì)劃的要求差距很大，首先它還沒(méi)成功入軌，其次沒(méi)有實(shí)現(xiàn)兩級(jí)回收和再發(fā)射。最關(guān)鍵的是，在這兩步基礎(chǔ)上還要實(shí)現(xiàn)燃料的在軌加注。到目前為止，沒(méi)有低溫推進(jìn)劑能夠在軌儲(chǔ)存非常長(zhǎng)的時(shí)間，后續(xù)需克服的技術(shù)難題還有很多。
即便如此，包括路透社在內(nèi)的多媒體在發(fā)射后表示，“星艦”已經(jīng)創(chuàng)下歷史。SpaceX在直播中稱，“星艦”是世界上最強(qiáng)大的運(yùn)載火箭，它的推力大約是土星5號(hào)火箭的兩倍，隨著未來(lái)發(fā)動(dòng)機(jī)的升級(jí)，它的推力將增加三倍。這些改動(dòng)將使其能夠?qū)?50～250噸的貨物送入軌道。對(duì)比“獵鷹9號(hào)”，迄今為止最重的有效載荷約為17噸。有效載荷決定了未來(lái)航天運(yùn)輸和星際移民的效率。為提升有效載荷，“星艦”無(wú)疑是同類火箭中塊頭最大的，僅一級(jí)助推器就有70米高，與完全集成的“獵鷹9號(hào)”高度相同。二級(jí)飛船的高度堪比自由女神像，而箭體總高度和電影中怪獸哥斯拉的高度相當(dāng)。
楊宇光認(rèn)為不能以個(gè)頭和現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行排名。單論技術(shù)的話，“星艦”用的技術(shù)非常先進(jìn)，但它沒(méi)有成功發(fā)射過(guò)。成功發(fā)射的火箭中，從有效載荷也就是近地軌道能力來(lái)看，保持“人類最大運(yùn)載火箭”稱號(hào)的是冷戰(zhàn)期間用于“阿波羅”登月計(jì)劃的美國(guó)土星5號(hào)火箭，具備約130噸有效載荷，但起飛推力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于“星艦”。第二名是蘇聯(lián)的“能源號(hào)”火箭，它的有效載荷大概是100噸。第三就是美國(guó)現(xiàn)役的SLS火箭，有效載荷95噸左右。承載“星鏈”計(jì)劃的“獵鷹”重型火箭，近地軌道能力大概是60多噸，屈居第四。
楊宇光進(jìn)一步指出，高性能低造價(jià)是“星艦”的優(yōu)勢(shì)。SLS一級(jí)火箭用了4臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，每臺(tái)價(jià)值1億美元。而馬斯克曾公開表示猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的造價(jià)為一臺(tái)25萬(wàn)美元，業(yè)內(nèi)人士分析稱，保守估計(jì)實(shí)際市場(chǎng)價(jià)格是200萬(wàn)美元左右，總造價(jià)依然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于SLS。周炳紅認(rèn)為，SpaceX財(cái)大氣粗，市場(chǎng)估值超過(guò)1500億美元，所以可以大膽試錯(cuò)。
“星艦”二次試飛直播結(jié)束后，馬斯克在X上發(fā)帖祝賀了SpaceX團(tuán)隊(duì)。許多民眾在發(fā)射場(chǎng)外觀看了全程。在飛船點(diǎn)火驚起周圍鳥群的瞬間，以及升空后熱分離成功的瞬間，人群都爆發(fā)出激烈的歡呼，互相擁抱碰杯。