SpaceX星艦原型再次觸地爆炸，瞬間成碎片！一文讀懂來龍去脈

獨孤求財 2021-02-03

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歷經(jīng)6個月建造磨礪、6次點火試射、FAA暫緩審批之后，今天星艦新先鋒SN9終于掀起滾滾紅塵，步SN8后塵，再度演繹一場高難度航空之旅。結(jié)果觸地爆炸，重蹈覆轍。

發(fā)射速覽

發(fā)射時間：美中時間2021年2月2日14:25（北京時間2月3日4:25）

發(fā)射地點：德州博卡奇卡SpaceX星艦基地發(fā)射場Pad B

著陸地點：德州博卡奇卡SpaceX星艦基地發(fā)射區(qū)著陸場

測試星艦：第二艘功能完備的全尺寸原型星艦（編號SN9）

發(fā)動機：三臺猛禽（SN49、新更換兩臺編號未知）

飛行時間：6分26秒

最高飛行：～10000米（32800英尺）

測試目的：復(fù)制SN8成功之果，扭轉(zhuǎn)SN8著陸之失。結(jié)果未能如愿。

去年12月10日，SN8率先高飛，出乎大多數(shù)人意料，「差一點就成功」，僅在最后關(guān)頭未能軟著陸。馬斯克給出失敗原因：SN8在最后著陸階段，因頭錐燃料艙壓力不足，使得反推力不足，降速過快，導(dǎo)致硬著陸爆炸（馬斯克技術(shù)詞語RUD）。

SpaceX解決方案：借鑒獵鷹9號成熟經(jīng)驗，利用氦氣自動增壓，取代之前氧氣為推進劑加壓?；赟N8、SN9硬件設(shè)備基本同款，短期內(nèi)無法做到推倒重來重大調(diào)整，所以這個短期解決方案既是權(quán)宜之計，更要實際驗證才行。

結(jié)果SN9仍然沒有足夠減速，再度觸地爆炸，制造一個巨大火球！軟著陸夢再次幻滅，SN9未能成功跳過SN8著陸失敗劫。

SpaceX首席集成工程師約翰·因斯普魯克（John Insprucker）在網(wǎng)絡(luò)直播中表示：「我們還需要在著陸方面下功夫?！?/p>

不過他補充道：「我們得到很多寶貴數(shù)據(jù)，主要目標就是驗證在亞音速再入時對星艦的控制——看起來非常好，我們從中獲得很多。」

為何降到10公里？

SN9與SN8飛行路徑、測試難度大體相當，但飛行高度降低2500米，從SN8最高點12.5公里，降至SN9最高點10公里。這是為何？

在此之前，知名航天自媒體Everyday Astronaut就曾透露：SN9飛行高度降至～10公里。簡單來說，測試團隊希望通過降低飛行高度，降低著陸階段下降速度，從而提高軟著陸成功幾率。

SN9測試最大目標就是：復(fù)制SN8成功之處，突破SN8著陸之敗。之所以降低2500米飛行高度，就是要調(diào)低著陸難度。SN8由于在著陸階段燃料艙壓力不足，使得反推力不足，降速過快，從而導(dǎo)致硬著陸爆炸。要想讓SN9成功著陸，除了利用氦氣增壓，取代之前氧氣推進燃燒劑，避免重蹈SN8覆轍之外，測試團隊還可以通過降低飛行高度，降低著陸階段下降速度，從而提高軟著陸成功幾率。

我們知道，根據(jù)能量守恒定律，當物體從高空下落時，重力勢能不斷減小，動能不斷增大，速度越快，沖擊地面的力也就越大。動能定理1/2mv1^2-1/2mv0^2=mgh，當v0=0時，可以簡化成v1 =2gh，這意味著：下落高度降低，下降速度越慢，沖擊地面的力就越小，需要著陸反推力也就減小，從而提高軟著陸成功率。

發(fā)射過程

這艘全尺寸原型星艦（Starship prototypes）采用顛覆傳統(tǒng)航天材料的全不銹鋼艦體（大部分采用304L，少量301），艦高50米，直徑跨度達9米，這相當于波音747客機直徑1.5倍。

SN9屬于SpaceX開發(fā)第三代原型星艦SN系列（第一代星蟲StarHopper、第二代Mark系列）第9款全尺寸測試飛船，序列號為SN9，也是作為SN8后繼者在星艦測試之路走得最遠的。從去年8月起開建，歷經(jīng)5個月建造、60天輾轉(zhuǎn)磨礪、6次點火試射、FAA暫緩審批之后，終于迎來高飛時刻。

美中時間2021年2月2日14:25（北京時間2月3日4:25），位于德州最南端博卡奇卡SpaceX星艦基地測試發(fā)射場B發(fā)射臺上，今天的主角——原型星艦SN9，幾乎同時啟動三臺猛禽發(fā)動機，憑借600噸推力，磅礴而起，掀起滾滾紅塵，天高任你飛！

接下來越飛越快，直上云霄。航天史上最強大甲烷富氧發(fā)動機——三臺猛禽噴射出長長的純美尾焰，恰似為天空畫上一個耀眼驚嘆號！

起飛大約111秒，按照程序設(shè)定，第一臺猛禽關(guān)閉。當起飛約兩分17秒時，第二臺猛禽也關(guān)閉，只留單臺持續(xù)點火。隨后飛抵最高點大約10公里，這比民航客機通常巡航高度還要高。

與此同時釋放液氧，冷凝成大量白汽。之所以排放氧氣，主要有兩個原因：由于飛行過程中周圍空氣熱量讓部分液氧到達沸點，必須釋放艙內(nèi)壓力，防止壓力過大出現(xiàn)危險。陸續(xù)關(guān)閉發(fā)動機減少消耗液氧時，更需要釋放壓力，必須排放相當量的液氧；為星艦減輕重量，而且液態(tài)氧對環(huán)境無害，甲烷則不然。

SN9越過最高點，當起飛約4分半，SN9關(guān)閉最后一臺猛禽。憑借自帶液氮氣體推進器的前后翼進行姿態(tài)調(diào)整，星艦艦體逐漸傾斜，頭錐朝下，直到與地面保持水平，開始以95%自由落體返航下降。

這種可控性空氣動力下降（形象說法：腹部拍水式俯沖），就像翼裝跳傘者張開手腳那樣，利用前后翼進行姿態(tài)控制（俯仰、翻轉(zhuǎn)、偏航等控制）……這是繼SN8之后，SN9再度演繹史無前例的航空飛行，這一過程大約持續(xù)兩分鐘。

當起飛約6分18秒，在距地面大約500米之際，SN9開始演繹令人咋舌的著陸翻轉(zhuǎn)機動（形象說法：神龍擺尾），先后點燃兩臺猛禽發(fā)動機，同時自動調(diào)整前翼、后翼，使得船身最大擺幅120度，然后順利旋轉(zhuǎn)90度，讓船身從水平姿態(tài)變成垂直地面。

但不幸的是，第二臺猛禽未能正常持續(xù)點火，導(dǎo)致SN9仍沒有足夠減速。甚至飛濺出少許碎片，顯然出現(xiàn)異常。

就在發(fā)射升空6分26秒，以大角度觸地爆炸（馬斯克技術(shù)詞語RUD），制造一個巨大火球！軟著陸夢再次幻滅，SN9未能成功跳過SN8著陸失敗劫。

就在SN9高飛前幾天，Everyday Astronaut每日宇航員自媒體賬號搞了一項民調(diào)，讓參與者預(yù)估試飛結(jié)果如何，結(jié)果有接近80%的人相信SN9能夠成功軟著陸。顯而易見，大家對SpaceX神團隊充滿信心，對星艦先鋒滿懷期待。盡管事與愿違。但只有對待失敗的態(tài)度越理性，才可能越接近成功。

就在SN9爆掉不遠處，SN10不懼此情此景，依然沖天矗立，繼承先驅(qū)者遺志，渴望挑戰(zhàn)高飛，復(fù)制SN8成功之果，扭轉(zhuǎn)SN8著陸之失。

未來星艦有多神？

去年第一季度最后一天，SpaceX官方發(fā)布的《星艦用戶指南1.0版》，讓世人一窺星艦的霸氣未來——

前所未有的超級運力

作為下一代超級重載太空運輸系統(tǒng)，超重型火箭（第一級)+星艦(第二級)這對黃金組，憑借兩級運載模式就將實現(xiàn)前所未見、令人咋舌的超級性能。要知道，當年美蘇打造的登月火箭都得三或四級模式。

星艦單次發(fā)射近地軌道LEO運力高達100噸以上，地球同步轉(zhuǎn)移軌道GTO運力達21噸。最晃眼的是，利用停車軌道加油，星艦運載能力就會大幅增加，讓其他發(fā)射系統(tǒng)望塵莫及。

無論是地球同步轉(zhuǎn)移軌道，還是月球軌道、火星軌道，甚至是月球表面、火星表面，統(tǒng)統(tǒng)超過100噸。在此之前，這是航天界想都不敢想的超級運力。要知道，全球每年太空運量不過五六百噸。

盛滿未來的科幻飛船

載人版星艦一次可搭載100人，這相當于中型客機載客量的下限。而航天飛機最多載客量只有8人，即將開啟的載人龍飛船最多7人，聯(lián)盟號飛船區(qū)區(qū)3人。而豪華款載人版星艦搭載量＜100人，更多空間用來打造「太空版豪華郵輪」，不僅內(nèi)裝私人艙室、大型公共區(qū)域、中央倉庫和太空觀景臺，而且設(shè)有太陽風暴庇護所，避免太空高輻射。舒適安全兩不誤。

星艦絕不僅僅是一款登月飛船、火星飛船、深空飛船，而是充滿未來主義的超級飛船，將來有望承載地球人變成月球人、火星人、太陽系人類的「科幻飛船」。

載人版星艦還會涉足軌道內(nèi)交通，打造全球一小時點對點航班，大多數(shù)城際間飛行只需半小時，全球任意兩地飛行理論上只要一小時。這是要顛覆現(xiàn)有運輸規(guī)則的節(jié)奏，橫跨航空航天兩界的巨大創(chuàng)新。盡管這一瘋狂想法早在三年前就已提出，但隨著日新月異的星艦快進開發(fā)，變得越來越靠譜。

一次部署整個星座

如果說載人版星艦用來承載深空遨游夢想，那么貨運版星艦更多用來盛滿現(xiàn)實需求。每次高達100噸的太空運量，意味著什么？

這意味著：單次發(fā)射入軌的星艦?zāi)軌蛲瑫r攜帶三顆地球同步軌道衛(wèi)星（GTO運力21噸），或者部署一個完整的低軌道衛(wèi)星星座（一次即可部署多達440顆星鏈衛(wèi)星），還可以大小拼車放衛(wèi)星（攜帶一兩顆大型地球同步衛(wèi)星，同時搭載小衛(wèi)星共乘模式完成部署）。

另一項用途：太空快運特殊任務(wù)「太空演示飛船」，星艦提供長期跟蹤式飛行或者一體化飛行。這種模式非常適合太空實驗室平臺、短期機動性太空天文臺、絕密太空飛行任務(wù)等。某種意義上說，我們不妨把貨運版星艦當成一個機動靈活的空間站。無論科研商業(yè)，還是軍用國安，都會用得著。

太空維修回收超級平臺

星艦還有一項「附加功能」：擁有完全復(fù)用的星艦可以在軌道上捕獲并維修人造衛(wèi)星，也可以返回地球，或者轉(zhuǎn)移至一個新的運行軌道。

這意味著：星艦可以變身充當一艘穿梭于天地間、各個軌道間的太空維修、回收衛(wèi)星的超級平臺。相比之下，前段時間諾斯羅普·格魯曼創(chuàng)造的首顆太空救援衛(wèi)星成功對接目標衛(wèi)星，就不算什么了。甚至當年航天飛機維修哈勃太空望遠鏡也不算什么。畢竟，運力有限只能采取多趟運輸多次維修的路子。

要知道，加滿油的星艦有能力穿梭于各個軌道間，連人帶設(shè)備地進行太空捕獲、維修、帶回各種航天器。這恐怕是美國宇航局、美國太空軍、美國國偵局等最想要的太空神器！

打造全球化太空港

星艦指南透露，SpaceX初期為星艦建造兩個發(fā)射場：佛羅里達州肯尼迪航天中心、德克薩斯州博卡奇卡星艦基地。這對于超級太空重載運輸系統(tǒng)來說，兩個或者兩個以上發(fā)射場是必要的。

作為美國黃金發(fā)射位的肯尼迪航天中心39A，SpaceX正在加緊改造，為未來發(fā)射星艦打造基礎(chǔ)設(shè)施（包括新型發(fā)射臺、推進劑存儲罐、著陸平臺、運輸通道等等）。

按計劃肯尼迪航天中心39A將成為星艦承擔政府部門任務(wù)的主發(fā)射場，主要客戶包括NASA、五角大樓等。德州博卡奇卡星艦基地目前作為建造測試基地，未來還會擴建成為星艦純商業(yè)太空任務(wù)的主發(fā)射場，包括近地軌道太空游、深空游、登月之旅、火星之旅的起始點。

未來SpaceX發(fā)射基地不再局限于美國本土四個發(fā)射場，而是觸及各大洲、部署各大洋，遍布全球化的太空港，可能每天都有數(shù)班環(huán)球航班起降，每天都有往返穿梭于地球空間站、月球空間站、火星空間站、月球基地、火星基地之間的星艦艦隊……

星艦演化超簡史

最近幾年，SpaceX一直飛奔在新火箭新飛船研發(fā)的路上，又是ITS星際運輸系統(tǒng)，又是FH重鷹，又是BFR大獵鷹，又是迷你版BFR，又是Starship星艦，又是SH超重型……它們之間到底啥關(guān)系？如何一步步演化的？一筆SpaceX箭船開發(fā)變形記，就是一部星艦演化超簡史，一目了然——

2011年，馬斯克公布重鷹開發(fā)計劃。

2016年之前，火箭+飛船系統(tǒng)被稱為火星殖民運輸系統(tǒng)MCT。

2016年9月，更名為星際運輸系統(tǒng)ITS。

2017年7月，改成大獵鷹箭船系統(tǒng)BFR。

2018年11月5日，提出迷你版BFR。

2018年11月20日，棄用BFR，推出超重型火箭+星艦飛船組合，Super Heavy Starship System（縮寫SHS），常常簡稱為Starship星艦系統(tǒng)。

2019年1月，建成第一代原型星艦：跳蟲/星蟲（StarHopper）。后遭遇強風損壞。

2019年4月，沒有頭錐的星蟲多次點火，兩次系繩小跳躍。

2019年5月，德州佛州雙線競合模式開造第二代原型星艦（全尺寸測試飛船）。

2019年7月26日，星蟲（昵稱水塔water tower）首次不系繩跳躍，飛行高度約20米。同時意味著全球首款全流程分級燃燒循環(huán)發(fā)動機猛禽，首次試飛。

▲2019年8月28日，星蟲最后一跳、也是最大尺度跳躍，飛行高度150米，飛行時間57秒。之后測試由第二代原型星艦Mark取代。

2019年9月～12月，SpaceX開外掛模式快速打造四艘原型星艦Mark1～Mark4。