美国时间 12 月 10 日 6 时 45 分,德州博卡奇卡(Boca Chica)测试基地,太空探索技术公司(SpaceX)的星舰(Starship)专案飞船首次高空试飞开启,在最后的时刻爆炸。
Starship 飞船原型 SN8 三台引擎首先同时工作,SN8 垂直向上飞。
随后引擎逐一停止工作,SN8 开始慢慢倾斜,直至与地表平行;接着受重力作用开始下降;SN8 即将坠落撞击地面时,推动器重启,SN8 调整至垂直状态,挑战了关键姿态测试,网友表示“空中杂技太绝了”。
但测试最后回收着陆时,SN8 爆炸,烈焰横飞。官方称原因在于头部燃料罐压力较低导致着陆速度较快。
“测试很精彩。恭喜星舰团队!”虽然 SN8 并未如预想轻轻落在着陆台上,但 马斯克表示:我们已拿到所有需要的数据。
终于,SN8 在生命终结之前迎来亮点时刻。
试飞前出现一个小插曲──直播原定 8 日 22 时开始,但却延后 8 个多小时,直到 9 日 6 时多 SpaceX 终于宣布 SN8 测试开始。
准备点火前 1.3 秒,引擎紧急自动中止,蹲守的观众仅等到一句“请关注下一次测试窗口”。
Raptor auto-abort at T-1 second
— SpaceX (@SpaceX) December 8, 2020
早在 11 月 25 日,SpaceX CEO 马斯克就透露 Starship SN8 的高空飞行目的:测试 3 台引擎上升、机体襟翼、主储罐到顶部储罐的过渡、着陆翻转。
Good Starship SN8 static fire! Aiming for first 15km / ~50k ft altitude flight next week. Goals are to test 3 engine ascent, body flaps, transition from main to header tanks & landing flip.
— Elon Musk (@elonmusk) November 24, 2020
相比最初的计划,试飞的高度和实施时间都有变化──试飞高度由 15 公里降到 12.5 公里;时间上,最早计划 10 月底测试,但之后杳无音信、一拖再拖,直至当天。12 月 7 日 SpaceX 宣布测试最早次日进行,马斯克的评论也还是“但愿明天能飞吧”。
业界人士认为,飞行高度的降低与美国联邦航空局(FAA)的航空管制有关。试飞时间延迟也不罕见。马斯克曾对《硅谷钢铁人》作者、外媒记者 Ashlee Vance 说:
航太产业的延迟现象司空见惯。
但某种程度这也反映出测试难度不低,毕竟马斯克两次公开表示 SN8 完成所有目标的概率仅三成。
Probably 1/3 chance of completing all mission objectives
— Elon Musk (@elonmusk) December 8, 2020
“SN8”中,“SN”代表 serial number,意为序号;数字 8 则是指 Starship 系列的第八艘原型机。
SN8 是 Starship 第一艘全尺寸原型机,也是第一艘高空测试用的原型机,由 304L 合金制成,高 50 米、直径 9 米、重达上百吨、推力多达 600 多吨,堪称“飞行怪兽”。
《经济学人》的评价是:
It has more oomph than its predecessors. (它比前辈更有魅力。)
外形上,之前原型机常被网友调侃“水塔”、“不锈钢保温杯”等,而 SN8 比起“前辈”又多了头锥。2020 年10 月 22 日,SN8 头锥完成吊装,看上去立马就有穿透大气层的太空火箭模样了。
引擎方面,原型机使用的猛禽引擎(Raptor engine)是可重复使用甲醇分级燃烧的引擎,2019 年 7 月开始就在 Starship 火箭原型测试。
不过“前辈”只用到一台引擎,因此地面测试高度不超过 150 米;SN8 则配备 3 台,每台引擎推力约 225 吨,试飞高度 12.5 公里,即平流层。
比起 SN5 和 SN6,SN8 还安装控制襟翼,旨在控制飞行。
这次历史性试飞前,SN8 经过大量前期准备工作,分别为 10 月 20 日、11 月 10 日、11 月 12 日和 11 月 24 日 4 次静态点火测试。从未装头锥到合体,从单台引擎到 3 台引擎,除第三次测试因意外损坏启动系统,其余几次测试均成功。
如今,在发射台等了 2 个多月的 SN8 终于迎来亮点时刻,“虽炸犹荣”。
星际移民,何其不易
2017 年 9 月,马斯克提出 Starship 的概念,计划打造下一代发射载具。SpaceX 的 Starship 定义是:包含星际太空船和超重型火箭两部分,完全可重复使用的运输系统,可将太空人和货物运送到地球轨道、月球、火星甚至更远的地方。
Starship 有效载荷 100 吨,可载 100 多人进行长途星际旅行。用 SpaceX 的话说就是未来 Starship 是世界最强大的运载系统。
搭载太空船实现人类星际移民梦的,正是重型猎鹰运载火箭(Falcon Heavy)。
身为全球现役运载能力最强的火箭,Falcon Heavy 有:
- 近地轨道(LEO)运载能力:63.8 吨。
- 地球同步轨道(GTO)运载能力:26.7 吨。
- 火星轨道运载能力:16.8 吨。
- 冥王星运载能力:3.5 吨。
不过 1970 年代 NASA 打造的土星 5 号运载火箭(最后一次发射是 1973 年)依旧保持最高运载能力纪录(近地轨道运载能力 140 吨),让 Falcon Heavy 真正称霸火箭家族的是经济性──两个侧助推器都会返回发射地,主助推器降落在海面,回收所需费用大大降低。
要将人类送进宇宙空间,太空船更是关键。
2019 年 1 月,马斯克宣布,考虑到成本、强度、生产难易程度等因素,太空船不再由碳纤维制造,而是用不锈钢代替。虽然后者价格是前者的 70 倍,但不锈钢不仅能抵抗复合材料在外层空间低温环境可能破裂,熔点也够高,可防止重返大气层时因高温受损,这是保证太空船回收利用的重要部分。
马斯克的设想中,Starship 是完全可重复使用的设计,类似商用飞机。
为了这个目标,SpaceX 在位于墨西哥湾沿岸的美国德州城市博卡奇卡(Boca Chica)建设 Starship 基地。这是 SpaceX 唯一自营的发射场,基地靠近墨西哥边境,人烟稀少,不仅是德州最南端,也是仅次佛罗里达半岛的美国本土最南端,靠近赤道的地理位置,意味此地发射火箭更能节省燃料。
自 2019 年 Starship 专案正式启动以来,Boca Chica 基地越来越像 SpaceX 一窥太空模样的秘密地点。
6 月 6 日,刚携团队创造“龙飞船”载人历史的马斯克向 SpaceX 员工发内部信指出:
Starship is the top SpaceX priority.(接下来要把精力放在星舰专案。)
他提到要继续建设 Boca Chica 基地,甚至希望员工都能搬到当地助力研发。虽说一切努力都是为了星际移民,但打造“地表最强运载器”实属不易。
2019 年 8 月,Starhopper 原型机(仅属 Starship 的一部分)成功完成 150 米低空测试。
(Source:SpaceX)
但随后,SpaceX 被原型机泼来一盆盆冷水:
- 2019 年 11 月,第一代全尺寸原型机 MK1 压力测试失败,因此 MK2 和 MK4 原型机未经测试直接退役。
- 2020 年 2 月,新一代原型机 SN1 原型机压力测试失败,因此 SN2 原型机只进行部分元件测试。
- 2020 年 4 月,SN3 原型机低温试验失败。
- 2020 年 5 月,SN4 原型机测试爆炸,几乎没有留下任何完整硬件,测试地也遭破坏。
难得的是,8 月 5 日 7 时 57 分,SN5 终于顺利完成 150 米悬停测试,当时 SN8 也已曝光。
后来 9 月 23 日经历 4 次失败后,SN7.1 爆炸──不过这次是特意爆炸试验,目的是了解研究 304L 不锈钢燃料箱承受的压力极限,同时也为 SN8 试飞做准备。
当然,SN8 并非入轨版本。据 SpaceX 计划,太空船最终成型之前,约需经 20 台原型机测试,全部更新要在 3 年内完成,目前在建造的有 SN9、SN10、SN11。
11 月 25 日马斯克甚至透露,SN15 将有重大升级。
Major upgrades are slated for SN15
— Elon Musk (@elonmusk) November 25, 2020
马斯克的“火星梦”
2002 年马斯克创立 SpaceX,三大业务领域为 Starship、Crew Dragon(龙飞船)、Starlink(星链)。
不论一次发射 60 颗的 Starlink 卫星、已接到 NASA 订单稳定运送太空人和货物往返国际空间站的 Crew Dragon,还是屡屡失败但进展不少的 Starship,马斯克的野心一点点彰显、一点点满足。
据《太阳报》报导,马斯克计划 2050 年前送 100 万人登上火星,具体细节包括:
- 打造一支有 1 千多艘 Starship 的舰队
- 每天 3 艘 Starship 出发前往火星
- 每艘 Starship 搭载 100 名乘客
- 用大约 9 年送 100 万人去火星
10 月的国际火星协会大会,马斯克再次许下承诺:4 年内,SpaceX 将向火星发起首次无人飞行任务。如果所言为实,那么明年或后年 Starship 就将进入轨道。
前不久,网友注意到了 Starlink 测试版的消费者服务条款《管理法律》(Governing Laws)。其中一条便是:
火星是自由星球,火星殖民地不承认地球法律。
众人好奇,马斯克最终是想做火星总统吗?
更令人震惊的是,马斯克 12 月初接受德国传媒巨头施普林格 CEO Mathias Dopfner 采访时表示,希望自己死后能埋在火星(当然不是因为太空船坠毁的意外死亡)。
外媒 TechCrunch 曾报导,相对于马斯克的预测,Starship 的研发进度其实有些落后。考虑到火星种种不确定因素和火箭研制的重重困难,很多人看来登陆火星,甚至死后埋在火星真像痴人说梦。
但不得不说,“火星梦”也并非完全没有机会实现,毕竟做梦人非痴人,而是钢铁人马斯克。
- Elon Musk’s latest adventure
- MISSION TO MARS Elon Musk plans to send humans to MARS in 2024 as billionaire SpaceX genius reveals timeline for colony
(本文由 雷锋网 授权转载;首图来源:SpaceX)
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