又炸了一艘,但飛向火星的原型「星艦」還夠用

2021-01-09 澎湃新聞

本文基於公開資料撰寫,僅作為信息交流,不構成任何投資建議。

在發射倒計時階段被緊急暫停兩次之後,北京時間周四凌晨5:45,太空探索公司SpaceX終於在德州南部的測試中成功發射大型星際飛船SN8。

飛船成功升空了約13千米,但在下降過程的最後階段由於燃料系統出現問題,發生墜毀,「成為一團大火球」,所幸飛船沒有載人。

這是SpaceX星艦飛船第一次執行高空飛行測試任務,儘管沒有實現平穩落地,不過馬斯克稱「我們得到了我們需要的所有數據」。

根據SpaceX的計劃,在飛船最終成型之前,大約要有20臺原型機進行測試,全部迭代要在3年內完成,目前在建造的還有SN9、SN10、SN11。

儘管馬斯克對SpaceX在2026年載人著陸火星依然「高度自信」,不過CNN稱,SpaceX在造出一臺能用的星艦飛船之前還有很長的路要走。

01

墜毀在預料之中

SN8是星艦(Starship)的早期開發模型。「SN8」中,「SN」代表 serial number,意為序列號;數字 8 則是指 Starship 系列的第八艘原型機。

據CNN報導,按照馬斯克的設想,高50米的星艦,未來將被用於運輸大量的衛星進入地球軌道,讓人們以極高的速度在城市間通行,以及最終幫助人類在火星上建立基地。馬斯克希望有一天這項技術能夠把第一批人類送往火星。

圖片來源:推特

此次飛行測試創造了星艦飛船原型機到目前為止的最高飛行紀錄,而墜毀燃燒的結果也在預料之中。馬斯克在飛船發射前就曾試圖降低公眾的期望,在一條推特中,他預計「SN8」飛船,有1/3的機會能夠安全返回地面。

SN8按計劃返回了目標著陸點,不過按照馬斯克的說法,火箭燃料系統的一個問題造成了這次墜落。著陸點位於德克薩斯州濱海城鎮Boca Chica附近,SN8墜毀之後,著陸點被綠色和黃色火焰所吞沒。

據CNN,SpaceX和馬斯克對於新的宇宙航行技術早期開發階段出現問題,持樂觀態度。這家公司的精神是快速行動和從錯誤中學習,而不是像NASA一樣,在把火箭推上發射臺前,會先通過研究和地面測試慢慢推進。

SN8墜毀之後,馬斯克在社交媒體上表示,飛船「在著陸過程中,燃料箱壓力過低,造成了下落速度過快和意外解體,不過我們得到了我們需要的所有數據!祝賀SpaceX團隊!」

圖片來源:推特

在此次發射之前,SN8曾有過兩次試飛嘗試,不過都在倒計時階段的時候被緊急暫停,這在火箭發射中並不常見。這可能是因為電腦或者飛行控制員發現火箭的健康狀況存在異常,於是停止了點火,不過目前並不清楚具體原因。

02

2026年飛向火星?

據澎湃新聞報導,馬斯克12月份表示,他依然對SpaceX到2026年載人著陸火星「高度自信」,這一目標「從現在起大約6年」可實現,「如果我們運氣好,可能4年。」載人登陸火星的關鍵環節,正是「星艦」的生產進度。

SpaceX仍在生產更多原型機,目前已建造了10艘「星艦」原型,SpaceX表示SN9幾乎準備好轉移到發射臺。

CNN稱,SpaceX在造出一臺能用的星艦飛船之前還有很長的路要走。截至目前,SpaceX打造的幾款原型機都是用來測試在壓力之下,飛船的鋼結構表現,以及進行亞軌道的「跳躍測試(hop tests)」——即測試火箭巨大的引擎如何能控制飛船在飛行之後柔和精準地著陸。

馬斯克曾表示,軟著陸對於回收和重複使用飛船是必要的,包括未來在月球和火星上進行可控著陸。

03

星際移民太過困難

據雷鋒網,2017年9月,馬斯克提出了星艦的概念,計劃將其打造為下一代發射載具。SpaceX給出的星艦定義是:一個包含著星際飛船和超重型火箭兩部分、完全可重複使用的運輸系統,可將太空人和貨物運送到地球軌道、月球、火星甚至更遠的地方。

星艦有效載荷100噸,可載100多人進行長途星際旅行。用SpaceX的話說就是,未來星艦是世界範圍內最強大的運載系統。

圖片來源:wikipedia

搭載著飛船實現人類星際移民夢的,正是重型獵鷹運載火箭(Falcon Heavy)。

作為全球現役運載能力最強的火箭,Falcon Heavy:

近地軌道(LEO)運載能力:63.8噸

地球同步軌道(GTO)運載能力:26.7噸

火星軌道運載能力:16.8噸

冥王星運載能力:3.5噸

不過,上世紀70年代 NASA 所打造的土星5號運載火箭(最後一次發射是在 1973 年)依舊保持著最大的運載能力記錄(近地軌道運載能力 140 噸),讓 Falcon Heavy 真正稱霸火箭家族的是其經濟性——兩個側助推器都會返回發射地,主助推器降落在海面,回收所需費用大大降低。

要將人類送進宇宙空間,飛船更是關鍵。

2019年1月,馬斯克宣布,考慮到成本、強度、生產難易程度等因素,飛船不再由碳纖維製造,而是用不鏽鋼代替。雖然後者價格是前者的70倍,但不鏽鋼不僅能抵抗複合材料在外層空間低溫環境下可能發生的破裂,其熔點也足夠高,可以防止在重返大氣層時因高溫受損,這是保證飛船回收利用的一個重要部分。

在馬斯克的設想中,星艦是一種完全可重複使用的設計,類似於一架商用飛機。為更好地實現目標,SpaceX在Boca Chica建設了星艦基地。

作為SpaceX唯一自營的發射場,Boca Chica基地靠近墨西哥邊境,人煙稀少,不僅是德州最南端,也是僅次於佛羅裡達半島的美國本土最南端,靠近赤道的地理位置意味著在此地發射火箭更能節省燃料。

自2019年星艦項目正式啟動開發以來,Boca Chica基地越來越像是SpaceX一窺太空模樣的秘密地點。

當地時間2020年6月6日,剛剛攜團隊創造了「龍飛船」載人航天歷史的馬斯克向 SpaceX 員工發布內部信表示:

Starship is the top SpaceX priority.(接下來要把精力放在星艦項目上。)

在公開信中,他提到要繼續建設Boca Chica基地,甚至希望員工都可以搬到當地助力研發。

雖說一切努力都是為了星際移民,但打造「地表最強運載器」實屬不易。

2019年8月,Starhopper 原型機(僅屬於 Starship 飛船的一部分)成功完成了150米低空測試。

但隨後,SpaceX迎來了一盆盆原型機潑來的冷水:

2019年11月,第一代全尺寸原型機MK1壓力測試失敗,因此MK2和MK4原型機未經測試直接退役。

2020年2月,新一代原型機SN1原型機壓力測試失敗,因此SN2原型機只進行了部分元件的測試。

2020年4月,SN3原型機低溫試驗失敗。

2020年5月,SN4原型機於測試中爆炸,幾乎沒有留下任何完整的硬體,測試地也遭到破壞。

難得的是,北京時間 2020年8月5日7時57分,SN5終於順利完成150米懸停測試,而當時SN8也已曝光。

後來的9月23日,在經歷了四次失敗後,SN7.1爆炸——不過這是一次特意爆炸試驗,目的是了解、研究304L不鏽鋼燃料箱所能承受的壓力極限,同時也為SN8試飛做準備。

當然,SN8並非入軌版本。根據SpaceX的計劃,在飛船最終成型之前,大約要有20臺原型機進行測試,全部迭代要在3年內完成,目前在建造的還有SN9、SN10、SN11。

11月25日馬斯克甚至還在推特透露,SN15將有重大升級。

儘管原型機的迭代飛速,但無論如何,星際移民終究是困難重重。

原標題:《又炸了一艘,但飛向火星的原型「星艦」還夠用》

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