2022年2月9日,美国国家工程院发布2021年度增补院士名单,SpaceX创始人伊隆·马斯克(Elon Musk)成功当选。这位现任世界首富,成功实现了“名利双收”。而在两天后,SpaceX举行了又一次新闻发布会,这位新晋院士向大家重点介绍了人类史上最强火箭星舰(Starship)的最新进展。
发布会的地点就是位于美国得克萨斯州的星舰测试基地,甚至所有观众就围绕在一个简易的露天讲台、投影面板和两台火箭发动机旁边,果真是非常硬核的工业风格发布会。
SpaceX的成名绝技是低成本、可复用、高可靠性的猎鹰9号系列火箭。之所以做到这些,根源就在于它的墨林(Merlin)系列发动机,尤其是成熟的1D版本。
多次重复启动、可变推力调节、超高推重比、多发动机并联工作等特点,使得猎鹰9号和猎鹰重型系列均使用这一款量产型发动机,火箭成本由此大幅降低。在星舰的发展过程中,发动机依然是最核心的技术突破点。为此,SpaceX花了很大力气研发新一代猛禽(Raptor)发动机。猛禽发动机采用全流量分级燃烧循环,发动机燃烧室压力更大、比冲更强、寿命更长且推力更大。
它采用更低成本的液氧甲烷推进剂,没有液氧煤油带来的积碳结焦问题,成本更低且可复用性能更强。
猎鹰系列火箭的火箭一级(助推器),作为现役唯一可复用的火箭,回收方式可选用地面定点平台和海上定点平台。自2015年12月实现首次成功回收之后,回收技术越发成熟,目前已成功回收超过100次,有4枚助推器突破了10次重复使用,这个数据还在不断增加。相应的,回收精度也在显著提升。
于是,采用更强推进系统的星舰干脆计划采用一个更大胆的回收方案:通过巨大的机械臂在空中接住降落回来的火箭,马斯克本人在社交媒体更是把这个巨大的钢铁结构叫做“筷子”(Chopsticks)。
星舰的目标是全箭回收,这意味着飞出大气层已经入轨的飞船本身也必须再入大气层并完整飞回地表,难度远超现有的仅回收火箭一级。毕竟,火箭一级速度更慢、高度更低、回收过程不必经历剧烈的空气摩擦和产热。
而从大气层外飞以轨道速度返回就是另外一番光景了,剧烈的空气冲击是所有航天器的噩梦。此前最为成功的策略是同样可复用的航天飞机,它的核心在于遍布底部和关键部位的隔热瓦/毯。重量低、体积小却能隔绝上千摄氏度高温,也导致这种小小的瓦片价格极高且维护更换成本暴增。
眼下值得期待的就是星舰的首飞时间。不过这可不是SpaceX研发进度说了算的,还需要等待联邦航空管理局(FAA)的全面环评。毕竟,这个近5000吨的庞然大物首飞可不是个小事件,它甚至远超了曾经3000吨级的土星五号登月火箭。从发布会透露的信息来看,顺利的话今年3月就有可能获批,铺平年内入轨首飞测试之路。未来还会有位于肯尼迪航天中心的发射场,甚至还有海上发射场。