星艦復飛未竟全功，宏偉計劃仍需努力_風聞

來源：中國航天報

北京時間11月18日21時許，SpaceX公司的“星艦”在美國得克薩斯發射場進行了第二次試驗性發射。本次發射中，“星艦”第一級飛行正常，尤其是全部33台發動機均成功點燃並正常工作，一掃首飛時多台失效的窘境。隨後，火箭兩級成功分離，新設計的“熱分離”系統首試即獲成功。但接下來第一級在回收過程中空中爆炸。分離後，第二級正常工作約6分鐘，但在接近燃盡關機時突然自毀失聯。

時隔七個月，這款目前規模最大、設計最激進的運載火箭復飛，取得了不小的進步，但未竟全功。這將使“星艦”項目乃至後續一系列宏偉計劃面臨更大的不確定性，研製團隊需付出更大的努力。

超越首飛

雄心受挫

在本次任務中，“星艦”選擇了編號B9的第一級和編號S25的第二級，全箭直徑9米，高121米，主要採用不鏽鋼材料。第一級又被稱作“超重型助推器”，高71米，可加註推進劑約3400噸，起飛總推力超過7500噸。第二級高50米，可加註推進劑約1200噸，推力1500噸左右。SpaceX公司宣稱，“星艦”在兩級完全回收模式下的近地軌道運力不低於150噸，一次性發射模式下的近地軌道運力可達250噸。

“星艦”本次起飛順利（圖源：John Kraus）

為此，本次試飛的“星艦”第一級配備了33台猛禽系列液氧甲烷發動機，這也是首款實用化全流量分級燃燒循環發動機，單機海平面推力230噸；第二級配備了6台發動機，其中3台是推力285噸的真空型。另外，單機海平面推力高達269噸的改進型發動機正在測試，未來有望使“星艦”在一次性發射模式下的近地軌道運力突破300噸。

“星艦”首飛僅正常工作了62秒，導致多項試驗未能完成，因此本次設定的發射流程與首飛時基本一致。起飛2分半鐘後，“星艦”兩級順利分離。按計劃，第一級應開展返場回收試驗，包括箭體調頭、返場點火等流程，下落至距發射場不遠的海面上空，啓動發動機反推減速，以便安全濺落海中。但是，第一級分離後不久便在空中爆炸。

“星艦”本次在兩級分離前表現正常（圖源：John Kraus）

按照發射計劃，“星艦”起飛8分鐘多後，第二級關閉了發動機。為了避免再入階段發動機點火失利而變成“巨型太空垃圾”，即使“星艦”這次任務完全成功，第二級也不會進入嚴格意義上的近地軌道，而是繞地球飛行大半圈後，再入大氣層，並以類似航天飛機的姿態返回，滑翔飛行後落入預定海域。為了抗衡氣動加熱、高温燒蝕，“星艦”第二級表面敷設了大量隔熱瓦。而在實際發射中，“星艦”起飛8分鐘多後，在接近燃盡關機時突然觸發自毀，最終在148公里高度失去遙測信號。

總體來看，“星艦”第二次試飛雖然取得較大進步，但仍未能完成全部驗證目標，勢必會影響後續任務進度。

根據不同任務需求，“星艦”規劃發展貨運型、在軌加註型、載人登月型等。本次發射的是“星艦”貨運型，未來運營可以配備類似航天飛機的開合式載荷艙門，將大質量載荷送入太空，還有望執行在軌維修、帶回航天器等任務。現在來看，實現這些規劃也要推遲了。

改進不少

未竟全功

SpaceX公司一直未放鬆對“星艦”的改進工作，雖然沒能確保本次復飛完全成功，但仍發揮了不容忽視的作用。在發射場裏，最引人注目的變化是整修一新的發射台，以及在“星艦”點火之際噴出的巨大水幕。

“星艦”發射台噴水系統測試現場（圖源：SpaceX公司）

“星艦”首飛時因缺乏冷卻降噪系統，巨大的推力在發射台上引發了“碎片雨”，發射台底板出現大坑，甚至露出了鋼筋和地基。

之後，SpaceX公司對發射台及其地基進行了全面修補，不平整之處均被鋼筋混凝土填充，形成了新的堅實底板。隨後，一整套夾層水冷鋼板系統被安裝好，使整個發射台底部被鋼板覆蓋，鋼板內有中空的夾層和流道。“星艦”發射時，夾層中有大量冷卻水流過，從而迅速帶走了發動機噴流的巨大熱量。同時，鋼板根據發動機分佈位置，設置有大量噴水孔，在“星艦”發射時向上噴出水幕，起到降温降噪的作用。根據監管要求，水冷鋼板最多使用30次。

這套系統不是萬能的。8月7日，“星艦”進行了水冷鋼板系統建成後的首次全箭靜態點火試驗，仍有4台發動機未能如期啓動。不過，在第二次試飛中，“星艦”第一級33台發動機全部正常點火，給了外界不小的驚喜。

“星艦”第一級33台發動機本次全部正常啓動（圖源：John Kraus）

為了進一步降低發射台承受的尾焰尾流沖蝕，本次“星艦”點火到起飛的間隔時間從首飛的6秒縮短至3秒。這一操作看似簡單，但對發動機的點火可靠性和推力形成速度都提出了更嚴苛的要求。

此外，本次發射的“星艦”將負責發動機擺動的液壓作動器改為電驅作動器，進一步減輕了發動機重量，縮短了響應時間。

起飛2分鐘多後，“星艦”第一級發動機大部分關機。僅2秒後，從兩級連接處噴出一圈火焰，隨後第一級被第二級發動機“噴走”。這體現了“星艦”的新特徵——SpaceX公司嘗試改用火箭兩級熱分離，也就是在第一級發動機大部分關機而兩級尚未分離的狀態下，直接啓動第二級發動機，更“暴力”地確保兩級分離順暢。

“星艦”加裝熱分離級間段（圖源：SpaceX公司）

“星艦”這套熱分離流程的優點在於結構簡單，不必額外增加分離驅動裝置，而且第二級“無縫銜接”啓動發動機，減少動能損失，有望提升一定的運力。

不過，其缺點也不容忽視，那就是第二級發動機的噴流可能會損壞第一級，這個隱患對於可回收複用火箭值得警惕，因此需要對第一級頂部進行額外防護，“星艦”為此加裝了保護頂蓋，導致死重增大。此外，熱分離要求時序控制十分精確，如果火箭第一級關機延遲或後效推力較大，分離後仍可能再次撞上第二級。

實際上，為了防止再現“星艦”首飛時自毀系統延遲40秒才摧毀火箭的情況，本次自毀系統進行了“增強和重新認證”。外界認為，這個改進的實質就是增加貯箱爆破點，加大炸藥量。從這次“星艦”自毀的效果來看，這項改進確實“立竿見影”。

任務繁多

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延誤難免

“星艦”兩次試飛都未完全實現目標，必然會延誤一系列後續重大任務。

2021年，SpaceX公司中選了“阿爾忒彌斯計劃”的載人登月艙供應商，方案改進自“星艦”第二級，還有配合任務專門貯存和轉運低温推進劑的在軌加註型“星艦”。不過，該任務成功的前提是，實現“星艦”的廉價運作、快速部署和高度可靠回收複用，這就構成了“星艦”項目的核心挑戰。

基於“星艦”研製的載人登月艙最新效果圖（圖源：SpaceX公司）

SpaceX公司努力推進載人登月艙的研發進度。8月初，載人登月艙的人機控制界面首次公開演示。8月中旬，SpaceX公司利用“星艦”第二級S22頭錐，打造了載人登月艙加壓艙部分原理樣機，側面安裝人員進出艙門，底部結構修改，以便密封。樣機提供了9米直徑內部空間，居住環境堪稱“豪華”，設置單人間和獨立廁所，不必像阿波羅飛船登月艙那樣使用吊牀、尿袋了。10月下旬，載人登月艙使用的小型着陸發動機測試曝光。11月初，新的載人登月艙渲染圖發佈，改用更傳統的着陸腿、可收放式太陽能板，着陸發動機佈局也進行了修改，有望提升可靠性。

然而，美國宇航局還是“等不及”，10月公開對“星艦”進度表達不滿。“阿爾忒彌斯-3”載人登月任務被規劃在2025年底，但受“星艦”兩次試飛不順利的影響，恐怕美國航天員重返月球不會早於2026年，甚至更晚。

“星艦”進度不及預期，新一代“星鏈”的野望同樣遭受打擊。儘管“星鏈”用户已突破200萬，但快速增加的服務需求和衞星更新換代的壓力同樣可觀，SpaceX公司為此研發了單星重達2噸的完全版第二代衞星，但必須用“星艦”發射。可以説，“星艦”已成為制約“星鏈”擴張的“緊箍咒”。

“星艦”項目的高難度和高風險陸續暴露，各項試驗成本預計將顯著上升，這也是“星艦”融合了過多新技術的必然後果，SpaceX公司早有預期和準備。從長遠來看，“星艦”多久以後“涅槃”再飛，完全實現設計目標，後續的載人登月、近地軌道大載荷投送乃至火星之夢能否順利成真，我們不妨拭目以待。