马斯克的飞船立住了!虽然后来又双叒叕敠炸了

作者: 天才琪露诺

来源: 果壳

发布日期: 2021-03-04

SpaceX的星舰SN10号原型机在高空飞行测试中首次成功垂直着陆,尽管随后发生了爆炸,但此次试飞仍具有里程碑意义。星舰项目旨在开发下一代航天载具,目标是实现运载火箭的完全回收重用和载人登陆月球甚至火星。尽管星舰的设计和试飞过程充满挑战,但其成功标志着核心动力、飞行控制和地面支持系统经受住了考验,为未来的太空探索奠定了基础。

SpaceX又进行了一次星舰飞船的高空飞行测试。今天上场的是星舰SN10号原型机。星舰SN10号原型机起飞前的英姿 | SpaceX。星舰,SpaceX正在研发的下一代航天载具,直径9米,高122米,建成后总重将超过5000吨,近地轨道运载能力达100吨以上,成为有史以来最强大的运载火箭。星舰飞船,则是星舰的第二级,高约50米。

按照设计,未来的星舰飞船可分为货运和载人等不同版本,都将拥有从地球轨道甚至更远深空返回并垂直着陆的能力。按照SpaceX创始人埃隆‧马斯克的设想,这样的能力对于运载火箭的完全回收重用,以及未来载人登陆月球甚至移民火星,都至关重要。星舰飞船一次又一次高空试飞所要验证和演练的,正是重返地球最终垂直着陆的过程。正因为如此,高空试飞才设计得如此花里胡哨,导致星舰原型机一炸再炸。

星舰SN8落地时“计划外快速拆解” | SpaceX。去年12月9日,星舰SN8首次高空试飞。落地时燃料罐压力不足,导致发动机推力不够,触地速度过快最终“计划外快速拆解”。今年2月3日,星舰SN9再次试飞。燃料罐倒是没问题了,但一台猛禽发动机落地前点火失败,同样导致推力不足,飞船无法摆正,最终歪着落地,摔得比前辈更惨。星舰SN9炸在当场,星舰SN10在旁边瑟瑟发抖 | LabPadre。

屡炸屡飞总结了前两次的经验教训之后,北京时间今天一早,当地时间3月3日下午,星舰SN10号原型机点火升空,开始了星舰飞船的第三次高空试飞。

星舰SN10点火升空 | SpaceX。三台猛禽火箭发动机点火,将星舰SN10送上万米高空,然后逐一熄火。凭借两对设计独特的“翅膀”,SN10在高空躺平,开始“肚皮向下可控坠落”。肚皮向下平沙落雁式 | SpaceX。

起飞后大约6分钟,星舰飘落到地面附近,3台火箭发动机重新点火,将星舰的姿态从肚皮向下迅速改为尾部向下,堪称“神龙摆尾”。落地前的神龙摆尾,完美 | SpaceX。紧接着,星舰SN10再次关闭两台发动机,在最后一台发动机的反推下缓缓落向着陆场,很快便没入了被尾焰吹起的烟尘之中。缓缓落向着陆场 | SpaceX。烟尘散尽,星舰SN10居然立住了!

虽然站得有一点歪,尾部还着了明火,但SN10号原型机完成了星舰飞船高空试飞的首次完整着陆!星舰SN10立住了! | SpaceX。估且算是吧……至少星舰SN10着陆后有好几分钟,它是完完整整站在那里的。接下来,有可能是因为外泄的剩余燃料遇上了尚未熄灭的明火,SN10再次上演了星舰系列试飞的保留节目——“计划外快速拆解”。至于爆炸的根本原因,要等SpaceX研究之后才会公布了。

落地几分钟后,星舰SN10原地爆炸 | NASASpaceflight。

虽然最后又双叒叕敠炸了,但星舰SN10的这次试飞,仍是一次相当具有里程碑意义的事件。经历了数次失败之后,星舰原型机的核心动力、飞行控制、地面支持等系统经受住了考验,开始蹒跚迈出了走向太空的第一步。

在未来,这个十几层楼高的庞然大物将一举打破米格-25创下的不锈钢制飞行器升限记录,还可以给国际空间站乃至月球输送大批量的货物,甚至直接作为一个舱段实现行星际航行。未来星舰飞船可能会有不同的形态 | Everday Astronaut。实际上,星舰作为一款货物输送工具,那将是一件天大的好事。

日臻成熟的垂直回收技术,便利且廉价的甲烷-氧气推进剂,不锈钢耐温壳体,这些因素让星舰的生产、运营、维护成本都显著降低,从而使廉价进入太空成为了可能。可以预见,近地轨道乃至地月系都将因此受益,更大型空间站的建设也将成为可能。没错,我唯独没有提到载人。星舰飞船对接国际空间站的想像图 | Erc X。

载人,你敢坐吗?星舰飞船的设计最终目的,是载人登月乃至登陆火星。

但它的独特设计与激进的降落方式,将使这条载人之路变得困难重重。星舰飞船上升-着陆一体式的设计会导致一个致命问题——一旦着陆发生问题,包括但不限于引擎受损、侧倾乃至局部损坏,那么它还能不能再次复飞将打上一个大大的问号。更不用说装满液氧-甲烷的巨大储罐一旦损坏引发的爆炸了。星舰SN8、SN9和SN10计划外快速拆解的场景,大家一定已经影响深刻了吧。

现在,再想象一下,如果里面坐着60名乘客……显然,在这么一团大火球内,群死群伤将是一幕无法避免的悲剧。阿波罗17号登月舱,上升段从月面起飞 | NASA。常规的登月器“上升段-下降段”的设计,可以让上升段作为紧急逃逸装置,从而维护宇航员的生命。可惜星舰并没有。航天飞机的引擎、燃料舱与头部的驾驶舱之间隔着一个长长的货舱,即便着陆失败乃至爆炸,乘员理论上也有较大的存活可能。但这样的设计,星舰还是没有。

如此一来,星舰想要通过NASA的载人认证,就会变得异常困难——要么改设计,要么充分证明垂直回收的可靠性。前者大概是不可能的,后者的实现则需要一个漫长的过程。未来的星舰,会加上紧急逃生设计吗? | Erc X。

有人可能会说,星舰犹如早期的民航客机,未来一定可以实现载人。再说了,当今的民航客机也不能算是完全安全,空难仍时有发生,其中不乏全员遇难的案例。

这一点当然无法否认,但从原理上说,民航客机与星舰仍相差甚远:星舰的运行场景跨大气层进入星际空间,必须自带氧化剂,而强大的第一宇宙速度,结合齐奥尔科夫斯基火箭公式,要求工质排放速度尽可能高,因此燃料体系必须高能。而民航客机靠吸入空气就能轻松实现极高的排气速度,燃料的能量要求可以略有降低。这两者之间的燃料安全性,从根本上就已经大不相同。星舰飞船与空客A380飞船的对比 | 9GAG。

星舰的运行速度最高将达到数十倍声速,而民航客机除了早已退役的协和式之外,主要在亚音速段,如此悬殊的速度差异导致的设计差异,继而引发的大气层内操控性差异,将极大地影响应急处理时间——对于民航而言,应急状况的处理时间可以达到数个小时,而星舰可能仅有几分钟;民航客机的着陆方式是水平着陆,可以利用空气阻力、地面摩擦力以及气体反冲进行降速,而星舰星舰的着陆方式为垂直着陆,唯一减速的方法只有气体反冲,这就意味着一旦发动机工作失效,坠毁将不可避免。

更不妙的是,星舰质量过大,降落伞将无法提供足够的阻力用于减速。马斯克曾经设想,把星舰飞船用作交通工作,全球范围内实现1小时速达 | SpaceX。民航客机已经发展了100余年,至今仍然在不断完善,而比民航客机运行条件极端得多的星舰,想要真正实现载人飞行的目标,恐怕不是一两代人就能解决的。综上,对于无生命的货物而言,只要发射上天,安全回来,那就是赚到;但对于有生命的人而言,搭乘星舰无异于一场豪赌。

或许只有真正的勇敢者与冒险家,骨子里永远叛逆不羁的人,才敢于登上这艘星际巨轮。日本富商前泽友作已经包下一整艘星舰,预计2023年启程前往月球旅行。现在,他面向全球召募8人与他同行,你敢应征吗? | dearMoon。我真心实意祝贺星舰的成功,也毫不掩饰对其短期内实现载人目的的悲观。但无论如何,星舰项目已经产生了巨大的效应,你我都将是未来的见证者。人类的航天史必将为SpaceX留下浓墨重彩的一笔。

星舰SN10高空试飞全程回放 | SpaceX。最后,再来回顾一遍星舰SN10高空试飞的全过程吧。下回,该星舰SN11上了!

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