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

(資料圖片僅供參考)

結果大家都已經知道，超重-星艦組合體在點火升空約239秒后，在數(shù)個發(fā)動機熄火、箭體嚴重傾斜、翻滾的情況下，最終爆炸解體，場面頗為壯觀。

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

圖源：SpaceX公司

準備良久的試射任務以火箭爆炸收場，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)消息向任務團隊祝賀。

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錯誤嗎？

其實對于本次試射任務，馬斯克及他的團隊把預期放得足夠低。他曾預計成功率只有50%。但由于本次試射任務標志著SpaceX公司進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，卻仍然引來了航天愛好者的全程關注。

說到這里，可能有的同學已經搞不清了：從2008年開始，馬斯克就帶領著一幫人一次又一次地試射，不是已經發(fā)射成功又回收成功了嗎？這次又在搞啥捏？

趁這個機會，我們就來捋一捋。

航天發(fā)射兩大件：火箭和航天器

火箭和航天器是各國航天發(fā)射任務中的“標配”。

以我國為例，風云氣象衛(wèi)星、北斗導航衛(wèi)星、神舟載人飛船、嫦娥系列月球探測器、天問一號火星探測器和天宮空間站等等都被稱為航天器，它們以天體力學的運動規(guī)律在太空中飛行，并用于完成載人、探測等任務。

在研發(fā)過程中，工程師們除了要讓航天器具備完成預定工作任務的能力，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沖擊的能力。

嫦娥三號（左），天宮一號（中）和天問一號（右）

圖源：cnsa

而火箭則是將這些航天器安全送入太空的運載工具，航天器越重、預定到達的飛行軌道越高，對火箭的綜合能力要求也就越嚴格。由大氣層中的飛行環(huán)境遠比真空中要復雜，所以在航天發(fā)射任務中，火箭點火發(fā)射及其升空后兩分鐘內是最容易發(fā)生事故的階段。

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

神舟系列火箭（圖源：中國大百科全書數(shù)據(jù)庫）

馬斯克的SpaceX做了哪些事？

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

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

聽說鈦合金、碳纖維等航天材料太貴？那我就用不銹鋼來造火箭吧！

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

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

你讓我在試驗前先嚴密論證，以確保萬無一失？不存在的，只管試就是了，哪里失敗了就在哪里打一個補丁，然后繼續(xù)試。這種令大家瞠目結舌的“程序員在線修bug”式研發(fā)手段曾經屢戰(zhàn)屢敗，一度使SpaceX瀕臨破產邊緣，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，經過上百次的迭代測試，SpaceX逐步掌握了貨運/載人龍飛船的降落傘濺落回收技術和獵鷹9號運載火箭的反推垂直著陸技術。通過龍飛船和獵鷹火箭的重復回收使用，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，一時間風頭無兩。

載人龍飛船（左）和獵鷹9號火箭（右）

圖源：維基百科

SpaceX的星艦首飛試驗

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

為此老馬又開始了迭代進化：既然配備有27臺猛禽發(fā)動機的重型獵鷹9號火箭都不夠用，那我就用33臺高功率猛禽發(fā)動機攢一個“超重”的獵鷹火箭吧！沒錯，這個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多個星艦原型機，進行了大量地面試驗和大氣層內飛行試驗，一步步地摸索了星艦發(fā)射與反推垂直回收技術。本月的發(fā)射測試，則是首次嘗試軌道級發(fā)射任務，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劃

圖源：中國航天報

不過，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，可以發(fā)現(xiàn)一共有6臺發(fā)動機熄火了。這樣一來，整個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。

↑↑↑點火后17秒，組合體發(fā)射成功，整體略有傾斜，發(fā)動機初始故障3臺

圖源：Space X公司

↑↑↑點火后1分47秒，組合體傾斜嚴重，發(fā)動機故障6臺，出現(xiàn)泄露情況

圖源：Space X公司

↑↑↑點火后2分26秒，組合體開始翻滾

圖源：Space X公司

↑↑↑點火3分59秒，組合體爆炸

圖源：Space X公司

對于馬斯克而言，即使星艦在地面當場爆炸都是可以接受的（以前又不是沒有發(fā)生過），而這次星艦在飛行了這么久后才爆炸，已經是非常棒了。

同時，這次試驗證明了星艦的技術路線具有一定的可行性，后期只要排除發(fā)動機失控的故障就可以了。這就是馬斯克對本次首飛失利評價頗高的原因。

寫在最后

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

其實，早在1985年，我國就開始將自行研制的長征三號火箭推向了國際商業(yè)航天市場，并在之后的幾年內多次成功發(fā)射國外衛(wèi)星，一度占據(jù)了國際市場的9%份額。但在1999年，美國發(fā)布了所謂的《考克斯報告》，據(jù)此指責中國竊取美國航天技術，并禁止任何使用美國零部件的衛(wèi)星由中國完成發(fā)射任務。此后，中國航天開始進入一段漫長的低谷期，直到2005年才又開始進入國際市場。

長征二號火箭為美國休斯公司發(fā)射衛(wèi)星

圖源：中國運載火箭技術研究院

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

參考文獻：

[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. 中國航天報 https://www.163.com/dy/article/I3BM1G5L0552D3NO.html

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

[4] 20多年前長二捆火箭發(fā)射“澳星”：簽合同時火箭還在圖紙上。中國運載火箭技術研究院 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