马斯克的星舰首飞，到底是成功了还是失败了？
发布时间：2023-05-15 10:08:21
来源：蝌蚪五线谱
最近，SpaceX公司又进行了发射试验。4月20日，SpaceX公司尝试了超重-星舰组合体的首次轨道级试射任务。
结果大家都已经知道，超重-星舰组合体在点火升空约239秒后，在数个发动机熄火、箭体严重倾斜、翻滚的情况下，最终爆炸解体，场面颇为壮观。
发射前的超重-星舰组合体（左）以及发射失败后的爆炸画面（右）
(资料图)
图源：SpaceX公司
准备良久的试射任务以火箭爆炸收场，本该是一件令人垂头丧气的事情，可马斯克看上去却挺高兴，还在推特发消息向任务团队祝贺。
那么这次试射到底是成功还是失败了？莫非马斯克是死要面子不肯承认错误吗？
其实对于本次试射任务，马斯克及他的团队把预期放得足够低。他曾预计成功率只有50%。但由于本次试射任务标志着SpaceX公司进入了探索行星际旅行的全新阶段，因此尽管发射成功的可能性不大，却仍然引来了航天爱好者的全程关注。
说到这里，可能有的同学已经搞不清了：从2008年开始，马斯克就带领着一帮人一次又一次地试射，不是已经发射成功又回收成功了吗？这次又在搞啥捏？
趁这个机会，我们就来捋一捋。
航天发射两大件：火箭和航天器
火箭和航天器是各国航天发射任务中的“标配”。
以我国为例，风云气象卫星、北斗导航卫星、神舟载人飞船、嫦娥系列月球探测器、天问一号火星探测器和天宫空间站等等都被称为航天器，它们以天体力学的运动规律在太空中飞行，并用于完成载人、探测等任务。
在研发过程中，工程师们除了要让航天器具备完成预定工作任务的能力，还要使其具备良好的抵抗宇宙辐射、极端温度环境和微流星体超高速冲击的能力。
嫦娥三号（左），天宫一号（中）和天问一号（右）
图源：cnsa
而火箭则是将这些航天器安全送入太空的运载工具，航天器越重、预定到达的飞行轨道越高，对火箭的综合能力要求也就越严格。由大气层中的飞行环境远比真空中要复杂，所以在航天发射任务中，火箭点火发射及其升空后两分钟内是最容易发生事故的阶段。
目前，世界各国都在不遗余力地研制性能更为强大的火箭，保障航天发射任务。
神舟系列火箭（图源：中国大百科全书数据库）
马斯克的SpaceX做了哪些事？
SpaceX公司是一家由美国航天局NASA支持并发展壮大起来的民营商业航天服务商。自成立以来，它的任务就是研制可重复使用的火箭和货运/载人航天器。
降低材料成本和实现重复使用是马斯克降低航天发射成本的两大法宝。
听说钛合金、碳纤维等航天材料太贵？那我就用不锈钢来造火箭吧！
火箭发射一次就扔的做法太过浪费，费用太高？那我就把发射出去的火箭再接回来继续用呗！
而SpaceX公司的研发方式也很简单直接。在NASA的支持下，SpaceX公司快速完成了一轮又一轮的地面试验和发射试验。
你让我在试验前先严密论证，以确保万无一失？不存在的，只管试就是了，哪里失败了就在哪里打一个补丁，然后继续试。这种令大家瞠目结舌的“程序员在线修bug”式研发手段曾经屡战屡败，一度使SpaceX濒临破产边缘，但最终还是取得了不小的成功。
SpaceX公司的失败案例
图源：SpaceX公司
从2008年到2020年，经过上百次的迭代测试，SpaceX逐步掌握了货运/载人龙飞船的降落伞溅落回收技术和猎鹰9号运载火箭的反推垂直着陆技术。通过龙飞船和猎鹰火箭的重复回收使用，马斯克大大降低了航天发射的成本，接了大量商业航天订单在手，一时间风头无两。
载人龙飞船（左）和猎鹰9号火箭（右）
图源：维基百科
SpaceX的星舰首飞试验
马斯克的雄心并不止于此，他最终想实现的是火星移民。但为了把航天器顺利地运送到火星，SpaceX公司现有的猎鹰火箭推力远远无法满足要求。
为此老马又开始了迭代进化：既然配备有27台猛禽发动机的重型猎鹰9号火箭都不够用，那我就用33台高功率猛禽发动机攒一个“超重”的猎鹰火箭吧！没错，这个新型火箭就叫做超重猎鹰火箭（SuperHeavy）。而在超重火箭上方的航天器，要比龙飞船要大得多，被命名为星舰（Starship）。
从2018到2022年，SpaceX制造了30多个星舰原型机，进行了大量地面试验和大气层内飞行试验，一步步地摸索了星舰发射与反推垂直回收技术。本月的发射测试，则是首次尝试轨道级发射任务，也就是看看能不能让星舰发射在近地近轨道附近飞行一段距离。
按照原计划，超重-星舰组合体发射升空后，超重猎鹰将首先受控降落，而星舰则绕地球飞行将近一圈后在海上溅落回收。
超重-星舰组合体的飞行计划
图源：中国航天报
不过，在发射之初，组合体就因故障而出现了明显的弹体倾斜现象。到第67秒时，可以发现一共有6台发动机熄火了。这样一来，整个星舰受到的推力不再平衡，因此越飞越歪，还出现了翻滚现象，最终只能以引爆告终，最大飞行高度39公里。
↑↑↑点火后17秒，组合体发射成功，整体略有倾斜，发动机初始故障3台
图源：Space X公司
↑↑↑点火后1分47秒，组合体倾斜严重，发动机故障6台，出现泄露情况
图源：Space X公司
↑↑↑点火后2分26秒，组合体开始翻滚
图源：Space X公司
↑↑↑点火3分59秒，组合体爆炸
图源：Space X公司
对于马斯克而言，即使星舰在地面当场爆炸都是可以接受的（以前又不是没有发生过），而这次星舰在飞行了这么久后才爆炸，已经是非常棒了。
同时，这次试验证明了星舰的技术路线具有一定的可行性，后期只要排除发动机失控的故障就可以了。这就是马斯克对本次首飞失利评价颇高的原因。
写在最后
马斯克和他的SpaceX在商业航天中不断尝试。我国在此领域进展如何呢？
其实，早在1985年，我国就开始将自行研制的长征三号火箭推向了国际商业航天市场，并在之后的几年内多次成功发射国外卫星，一度占据了国际市场的9%份额。但在1999年，美国发布了所谓的《考克斯报告》，据此指责中国窃取美国航天技术，并禁止任何使用美国零部件的卫星由中国完成发射任务。此后，中国航天开始进入一段漫长的低谷期，直到2005年才又开始进入国际市场。
长征二号火箭为美国休斯公司发射卫星
图源：中国运载火箭技术研究院
即使是这样，如今的中国航天做到了载人航天、月球探测和深空探测的壮举，我们有理由相信，中国航天人最终会以自己的方式，探索出全新的低成本商业航天之路。
参考文献：
[1] SpaceX. 维基百科 https://zh.wikipedia.org/wiki/SpaceX#SpaceX%E6%98%9F%E8%89%A6_2
[2] “星舰”首飞分析. 中国航天报 https://www.163.com/dy/article/I3BM1G5L0552D3NO.html
[3] 1985-2015：初探商业化的中国航天. 钛禾产业观察 https://k.sina.com.cn/article_6774587394_193cc000202000uwit.html
[4] 20多年前长二捆火箭发射“澳星”：签合同时火箭还在图纸上。中国运载火箭技术研究院 http://calt.spacechina.com/n488/n754/c4237/content.html
作者：流火 兵器工业某研究所，工程师
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