任念東：馬斯克“炸火箭”，什麼水平的操作？
【文/觀察者網專欄作者 任念東】
1月19日，SpaceX公司完成了為NASA提供近地軌道載人服務的最後一項測試——“飛行中發射中止測試”，用一枚真實的獵鷹9火箭將“載人龍”飛船發射升空，並在途中模擬發射失敗的宇航員救生場景。
這個測試有什麼用？
這還得從空氣説起。
在飛船發射過程中，高速流動的空氣會對飛船產生阻力，這個阻力大致可以用一個公式來表示：
式子中，阻力因子C和麪積S都是常數，影響阻力的只有空氣密度ρ和速度V。
隨着火箭加速，V當然是持續增加的，但是同樣隨着高度的提升，空氣密度ρ又會下降。
因此在火箭穿越大氣層的過程中，會出現一個阻力最大的點——最大動壓點，也叫“max-Q”。
在上面這張圖裏，紅線是速度，藍線是空氣密度，綠線就是動壓，能看到綠線有且僅有一個峯值。
那麼，如果在這個最大動壓點附近飛船能夠安全救生，那麼在其他阻力更小的情況下救生應該也能做到。
SpaceX和以前的測試有什麼不同？
在NASA的傳統中，新飛船需要進行實際的飛行逃逸測試，不過傳統上是用較小的火箭搭載發射。這種傳統可以追溯到美國最初的載人航天計劃“水星”中。
用於“水星”飛船逃逸測試的“Little Joe”火箭
在阿波羅計劃中，上升段逃逸測試用的火箭升級為“Little Joe II”。在阿波羅計劃的第三次飛行逃逸測試（A-003）中，由於故障，火箭陷入了不可控的旋轉中，最終在低空解體。而逃逸系統成功將阿波羅飛船的模擬返回艙在火箭爆炸時“拽”了出來，生動直觀地體現了系統設計的可靠性。
“阿波羅上升逃逸測試”
最近的一次上升段逃逸測試，是2019年7月2日進行的“獵户座”飛船逃逸試驗Ascent Abort-2，採用的助推火箭則是“和平衞士”洲際導彈的固體一級發動機SR118。
“獵户座飛船逃逸測試”
不過，與SpaceX的測試相比，細心的讀者朋友應該發現了些許不同。
“獵户座”飛船逃逸發動機點火時，助推火箭並沒有停止燃燒，而是在飛出畫面前持續工作：
而根據SpaceX公佈的遙測畫面來看，在“載人龍”飛船的發動機點火後，運載火箭的發動機就關機了。
根據NASA局長布里登斯廷在測試後的發言，逃逸過程中的最大過載是3.5g左右。
“這令人印象深刻。”他説，“本以為（逃逸過程）會很粗暴，但數據並非如此…這給了宇航員信心，如果我們不得不啓動逃逸程序，乘坐體驗不會那麼糟糕。”
3.5g是什麼概念呢，是前一陣子出現故障的波音“星際客機”飛船的發射過載上限。
也就是説，“載人龍”飛船在最大動壓點附近的逃逸加速度，近似於載人發射的正常加速度。
作為對比，阿波羅飛船和聯盟飛船的逃逸過載都在10g水平，“獵户座”飛船的逃逸塔也繼承這種優良傳統，“跑贏”了還在工作的固體火箭助推器。
產生這種差異的根本，還是在於飛船選擇的逃逸方式不同。
飛船的逃逸方式有哪些？
總的説來，在發射階段採用的逃逸方式主要有彈射座椅逃逸、逃逸塔逃逸和推式逃逸三種。
彈射座椅逃逸主要用於早期載人飛船，以及美蘇兩國的航天飛機。由於只能在發射的前幾十秒保護成員，現在已經基本被淘汰。
蘇聯“暴風雪”號航天飛機的彈射座椅設計
逃逸塔逃逸是目前最廣泛應用的逃逸方式，美國的阿波羅飛船、聯盟飛船、神舟飛船、“獵户座”飛船，都採用了由固體火箭發動機組成的逃逸塔。固體逃逸火箭的特點就是瞬時推力大、初始推力大，因此初始加速度大，能夠儘快把航天員帶離危險區域。
阿波羅飛船的逃逸塔
而“載人龍”飛船和波音的“星際客機”飛船採用的是“推式逃逸”技術，用飛船自帶的液體火箭發動機執行逃逸，省去了龐大而沉重的逃逸塔。
液體火箭可以反覆點火、重複使用，但是其“爆發力”一般比不過同等級固體發動機。根據新聞，“載人龍”飛船進行發射台逃逸的最大過載是6g，因此在飛行段阻力最大的情況下逃逸加速度下降到3.5g左右也是正常的。
採用“推式逃逸”的波音“星際客機”飛船
説了這麼多，為什麼要炸火箭呢？
回到SpaceX“炸火箭”這件事上。
不得不説，埃隆·馬斯克是個世界級營銷高手。
他知道怎麼做能夠吸引大家的眼球，也知道怎麼做能事半功倍達到目的。
在測試的最後，運載火箭被引爆。火箭化作一團火球，“載人龍”飛船成功逃出，安然無恙，宣傳效果直接拉滿。
也不會有人關心，火箭是在飛船逃逸的同時就熄火，並且在熄火8秒後才引爆。
那個時候飛船加速再慢，也早就飛到安全距離外了，引爆火箭不會有任何負面影響。
甚至“馬斯克要炸火箭”這件事，提前好幾天就成為了全世界各大媒體的焦點。
穩賺不虧。
認真地説，在許多需要啓用逃逸程序的情況下，火箭能夠及時關閉發動機，給飛船足夠的時間飛離危險區，因此SpaceX在執行逃逸試驗的同時關閉火箭發動機的舉措並無不妥。
不過還有極少數的情況，發動機不是你想關，想關就能關的。
當然，我們也不必對此有什麼額外的擔憂，NASA對相關測試有全過程監督和審查。
只要NASA能接受這個設計，那就一定是好的設計。
不是嗎？
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