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　　最近，星艦SpaceX公司又進行了發射試驗。首飛4月20日，到底麻將胡了SpaceX公司嘗試了超重-星艦組合體的成功首次軌道級試射任務。

　　結果大家都已經知道，還失超重-星艦組合體在點火升空約239秒后，星艦在數個發動機熄火、首飛箭體嚴重傾斜、到底翻滾的成功情況下，最終爆炸解體，還失場面頗為壯觀。星艦

　　發射前的超重-星艦組合體（左）以及發射失敗后的爆炸畫面（右）

　　圖源：SpaceX公司

　　準備良久的試射任務以火箭爆炸收場，本該是還失一件令人垂頭喪氣的事情，可馬斯克看上去卻挺高興，還在推特發消息向任務團隊祝賀。

　　那么這次試射到底是麻將胡了成功還是失敗了？莫非馬斯克是死要面子不肯承認錯誤嗎？

　　其實對于本次試射任務，馬斯克及他的團隊把預期放得足夠低。他曾預計成功率只有50%。但由于本次試射任務標志著SpaceX公司進入了探索行星際旅行的全新階段，因此盡管發射成功的可能性不大，卻仍然引來了航天愛好者的全程關注。

　　說到這里，可能有的同學已經搞不清了：從2008年開始，馬斯克就帶領著一幫人一次又一次地試射，不是已經發射成功又回收成功了嗎？這次又在搞啥捏？

　　趁這個機會，我們就來捋一捋。

　　航天發射兩大件：火箭和航天器

　　火箭和航天器是各國航天發射任務中的“標配”。

　　以我國為例，風云氣象衛星、北斗導航衛星、神舟載人飛船、嫦娥系列月球探測器、天問一號火星探測器和天宮空間站等等都被稱為航天器，它們以天體力學的運動規律在太空中飛行，并用于完成載人、探測等任務。

　　在研發過程中，工程師們除了要讓航天器具備完成預定工作任務的能力，還要使其具備良好的抵抗宇宙輻射、極端溫度環境和微流星體超高速沖擊的能力。

　　嫦娥三號（左），天宮一號（中）和天問一號（右）

　　圖源：cnsa

　　而火箭則是將這些航天器安全送入太空的運載工具，航天器越重、預定到達的飛行軌道越高，對火箭的綜合能力要求也就越嚴格。由大氣層中的飛行環境遠比真空中要復雜，所以在航天發射任務中，火箭點火發射及其升空后兩分鐘內是最容易發生事故的階段。

　　目前，世界各國都在不遺余力地研制性能更為強大的火箭，保障航天發射任務。

　　神舟系列火箭（圖源：中國大百科全書數據庫）

　　馬斯克的SpaceX做了哪些事？

　　SpaceX公司是一家由美國航天局NASA支持并發展壯大起來的民營商業航天服務商。自成立以來，它的任務就是研制可重復使用的火箭和貨運/載人航天器。

　　降低材料成本和實現重復使用是馬斯克降低航天發射成本的兩大法寶。

　　聽說鈦合金、碳纖維等航天材料太貴？那我就用不銹鋼來造火箭吧！

　　火箭發射一次就扔的做法太過浪費，費用太高？那我就把發射出去的火箭再接回來繼續用唄！

　　而SpaceX公司的研發方式也很簡單直接。在NASA的支持下，SpaceX公司快速完成了一輪又一輪的地面試驗和發射試驗。

　　你讓我在試驗前先嚴密論證，以確保萬無一失？不存在的，只管試就是了，哪里失敗了就在哪里打一個補丁，然后繼續試。這種令大家瞠目結舌的“程序員在線修bug”式研發手段曾經屢戰屢敗，一度使SpaceX瀕臨破產邊緣，但最終還是取得了不小的成功。

　　SpaceX公司的失敗案例

　　圖源：SpaceX公司

　　從2008年到2020年，經過上百次的迭代測試，SpaceX逐步掌握了貨運/載人龍飛船的降落傘濺落回收技術和獵鷹9號運載火箭的反推垂直著陸技術。通過龍飛船和獵鷹火箭的重復回收使用，馬斯克大大降低了航天發射的成本，接了大量商業航天訂單在手，一時間風頭無兩。

　　載人龍飛船（左）和獵鷹9號火箭（右）

　　圖源：維基百科

　　SpaceX的星艦首飛試驗

　　馬斯克的雄心并不止于此，他最終想實現的是火星移民。但為了把航天器順利地運送到火星，SpaceX公司現有的獵鷹火箭推力遠遠無法滿足要求。

　　為此老馬又開始了迭代進化：既然配備有27臺猛禽發動機的重型獵鷹9號火箭都不夠用，那我就用33臺高功率猛禽發動機攢一個“超重”的獵鷹火箭吧！沒錯，這個新型火箭就叫做超重獵鷹火箭（SuperHeavy）。而在超重火箭上方的航天器，要比龍飛船要大得多，被命名為星艦（Starship）。

　　從2018到2022年，SpaceX制造了30多個星艦原型機，進行了大量地面試驗和大氣層內飛行試驗，一步步地摸索了星艦發射與反推垂直回收技術。本月的發射測試，則是首次嘗試軌道級發射任務，也就是看看能不能讓星艦發射在近地近軌道附近飛行一段距離。

　　按照原計劃，超重-星艦組合體發射升空后，超重獵鷹將首先受控降落，而星艦則繞地球飛行將近一圈后在海上濺落回收。

　　超重-星艦組合體的飛行計劃

　　圖源：中國航天報

　　不過，在發射之初，組合體就因故障而出現了明顯的彈體傾斜現象。到第67秒時，可以發現一共有6臺發動機熄火了。這樣一來，整個星艦受到的推力不再平衡，因此越飛越歪，還出現了翻滾現象，最終只能以引爆告終，最大飛行高度39公里。

　　↑↑↑點火后17秒，組合體發射成功，整體略有傾斜，發動機初始故障3臺

　　圖源：Space X公司

　　↑↑↑點火后1分47秒，組合體傾斜嚴重，發動機故障6臺，出現泄露情況

　　圖源：Space X公司

　　↑↑↑點火后2分26秒，組合體開始翻滾

　　圖源：Space X公司

　　↑↑↑點火3分59秒，組合體爆炸

　　圖源：Space X公司

　　對于馬斯克而言，即使星艦在地面當場爆炸都是可以接受的（以前又不是沒有發生過），而這次星艦在飛行了這么久后才爆炸，已經是非常棒了。

　　同時，這次試驗證明了星艦的技術路線具有一定的可行性，后期只要排除發動機失控的故障就可以了。這就是馬斯克對本次首飛失利評價頗高的原因。

　　寫在最后

　　馬斯克和他的SpaceX在商業航天中不斷嘗試。我國在此領域進展如何呢？

　　其實，早在1985年，我國就開始將自行研制的長征三號火箭推向了國際商業航天市場，并在之后的幾年內多次成功發射國外衛星，一度占據了國際市場的9%份額。但在1999年，美國發布了所謂的《考克斯報告》，據此指責中國竊取美國航天技術，并禁止任何使用美國零部件的衛星由中國完成發射任務。此后，中國航天開始進入一段漫長的低谷期，直到2005年才又開始進入國際市場。

　　長征二號火箭為美國休斯公司發射衛星

　　圖源：中國運載火箭技術研究院

　　即使是這樣，如今的中國航天做到了載人航天、月球探測和深空探測的壯舉，我們有理由相信，中國航天人最終會以自己的方式，探索出全新的低成本商業航天之路。

　　參考文獻：

　　[1] SpaceX. 維基百科 https://zh.wikipedia.org/wiki/SpaceX#SpaceX%E6%98%9F%E8%89%A6_2

　　[2] “星艦”首飛分析. 中國航天報 https://www.163.com/dy/article/I3BM1G5L0552D3NO.html

　　[3] 1985-2015：初探商業化的中國航天. 鈦禾產業觀察 https://k.sina.com.cn/article_6774587394_193cc000202000uwit.html

　　[4] 20多年前長二捆火箭發射“澳星”：簽合同時火箭還在圖紙上。中國運載火箭技術研究院 http://calt.spacechina.com/n488/n754/c4237/content.html

　　作者：崔天寧 兵器工業某研究所工程師

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