文|經(jīng)緯創(chuàng)投
3月14日,北京時(shí)間21點(diǎn)25分,美國(guó)太空探索技術(shù)公司(SpaceX公司)進(jìn)行第三次“星艦”(Starship)重型運(yùn)載火箭的無(wú)人飛行測(cè)試。
發(fā)射升空,33臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)均正常發(fā)動(dòng)。發(fā)射2分40秒后,隨著星艦按照預(yù)定計(jì)劃成功進(jìn)行熱分離,成果已超越第二次。不過(guò),大約3分鐘后,星艦成功完成了一二級(jí)分離,超重型火箭返回準(zhǔn)備在墨西哥灣濺落。但SpaceX發(fā)言人丹·霍特(Dan Huot)在直播中表示,超重型火箭在返回途中丟失了。
約11分鐘后,超重助推器完成其使命,星艦開(kāi)始進(jìn)行艙門(mén)打開(kāi);發(fā)射約28分鐘后,艙門(mén)完成關(guān)閉,星艦完成艙門(mén)開(kāi)關(guān)測(cè)試;發(fā)射47分鐘后,星艦執(zhí)行二次點(diǎn)火演示,猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火順利成功;不過(guò),在SpaceX在星艦重返大氣層過(guò)程中失去了星艦,任務(wù)提前結(jié)束。雖然,最后結(jié)果沒(méi)有看到星艦著陸的畫(huà)面,但這一次星艦試飛取得又一里程碑式的突破。
馬斯克表示:“Starship will make life multiplanetary”。此前,SpaceX在社交媒體上表示,雖然這次發(fā)射不是在實(shí)驗(yàn)室或測(cè)試臺(tái)上發(fā)生的,但這絕對(duì)是一個(gè)測(cè)試,“我們今天所做的將為星艦的快速開(kāi)發(fā)提供寶貴數(shù)據(jù)?!?/p>
從Falcon、Dragon、Starlink到Starship,馬斯克的“快速螺旋開(kāi)發(fā)”哲學(xué)得到了一次又一次驗(yàn)證。
那么,此次星艦三戰(zhàn)太空,接受了哪些不為人知的挑戰(zhàn)?深藏不露的SpaceX,完成了哪些數(shù)據(jù)和行動(dòng)?星艦本次試飛后,下一步的試驗(yàn)飛行將會(huì)有哪些新目標(biāo)?移民火星還有多遠(yuǎn)?以下,Enjoy:
1、星艦三戰(zhàn)太空,挑戰(zhàn)極限
回顧SpaceX的三次試飛,從失敗走向成功,總是在挑戰(zhàn)極限。 2023年4月20日,星艦首次試飛,由于未能與第一級(jí)助推器分離,開(kāi)始翻滾并在升空后四分鐘內(nèi)引爆了火箭。
圖片來(lái)源:PATRICK T. FALLON/AFP via Getty Images
之后,SpaceX公司公布了失敗的原因,稱(chēng)“星艦”發(fā)射后,其中一級(jí)有多臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)工作不正常,出現(xiàn)故障,損失高度并開(kāi)始旋轉(zhuǎn),向飛船下達(dá)了終止飛行的指令。SpaceX稱(chēng),“星艦”設(shè)置了出現(xiàn)意外情況時(shí)自毀的機(jī)制,以防止火箭自由墜落并威脅地面人類(lèi)的安全。
首飛失敗后,SpaceX對(duì)“星艦”進(jìn)行了1000多次修改,最主要的變化是級(jí)間熱分離方式,即“星艦”的二級(jí)飛船在還未與一級(jí)超重助推器分離時(shí)點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。馬斯克稱(chēng),“熱分離具有載荷入軌優(yōu)勢(shì),保守地說(shuō),運(yùn)載能力大約增加了10%。
2023年11月18日,星艦二次試飛,飛行約2分40秒時(shí),成功與Super Heavy分離,但Super Heavy隨后在大規(guī)模的空中爆炸中隨之爆炸。
圖片來(lái)源:Space X
在第二次試飛之后,美國(guó)聯(lián)邦航空管理局(FAA)確定了SpaceX在下一次飛行前要采取的17項(xiàng)糾正措施:星際飛船10項(xiàng),超重型助推器7項(xiàng)。
3月14日,第三次試飛的飛行程序,則與之前兩次有一定區(qū)別。
前兩次計(jì)劃的試飛過(guò)程為:星艦從位于南加州的星艦基地起飛后,完成接近1圈的軌道飛行,隨后進(jìn)入大氣層,并且墜入夏威夷附近的大海中,整個(gè)過(guò)程計(jì)劃持續(xù)90分鐘。
第三次試飛,則計(jì)劃飛行器墜入印度洋。
IFT-飛行落區(qū)
SpaceX公司認(rèn)為:“這條新的飛行路徑可以幫助我們嘗試一些新技術(shù),例如在太空中進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火。同時(shí),這也能夠最大程度確保公共安全?!?/p>
IFT-3 飛行圖解 來(lái)源:全球航天事件
此外,為對(duì)未來(lái)星鏈衛(wèi)星發(fā)射進(jìn)行技術(shù)和安全驗(yàn)證,此次試飛的目標(biāo)是測(cè)試星艦的性能極限,增設(shè)了許多復(fù)雜任務(wù):
兩級(jí)火箭的上升段燃燒
打開(kāi)并關(guān)閉星艦有效載荷艙門(mén)
上級(jí)助推器滑行階段進(jìn)行推進(jìn)劑轉(zhuǎn)移演示
太空中重新點(diǎn)燃猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)
控制星艦再入大氣層
……
一系列復(fù)雜操作的終極目標(biāo)是讓星艦實(shí)現(xiàn)完全、快速地可重復(fù)使用,以更好完成各類(lèi)太空任務(wù)。
此次試飛,并不會(huì)對(duì)兩枚星艦之間轉(zhuǎn)移推進(jìn)劑進(jìn)行試驗(yàn),而是在星艦第二級(jí)的主貯箱和貯存著陸推進(jìn)劑的小型頭部貯箱之間轉(zhuǎn)移推進(jìn)劑,以此掌握在微重力環(huán)境下液氧和甲烷的流體特性,推進(jìn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。
試飛之前,SpaceX在其社交媒體上表示,已經(jīng)完成了第二次試飛后,F(xiàn)AA指定的17項(xiàng)改進(jìn)措施,以提高可靠性和安全性。SpaceX也是在FAA正式簽發(fā)第三次星艦超重飛行器許可證授權(quán)后才官宣發(fā)射時(shí)間。
如FAA所言:“SpaceX 符合所有安全、環(huán)境、政策和財(cái)務(wù)責(zé)任等要求?!?/p>
圖片來(lái)源:Space X
對(duì)于這次發(fā)射,馬斯克曾表示,第三次星艦試飛能夠達(dá)到地球軌道的概率能有70%-80%?,F(xiàn)在的火箭要比第一、第二次試飛時(shí)好多了。
需要說(shuō)明的是,星艦在試飛過(guò)程中并非真的要上地球軌道,而是需要達(dá)到能進(jìn)入地球軌道的飛行速度——至少1.75萬(wàn)英里/小時(shí)。在去年11月的第二次試飛中,星艦在自毀前最終達(dá)到過(guò)1.5萬(wàn)英里/小時(shí)的峰值速度。馬斯克曾預(yù)測(cè)那次試驗(yàn)成功概率只有50%。
根據(jù)官方公布的時(shí)間表,假設(shè)一切順利,第三次試飛的一套流程需要64分鐘左右。
此次試飛的火箭,是人類(lèi)建造的最龐大、同時(shí)最強(qiáng)大的火箭。星艦由兩級(jí)可重復(fù)使用的部分組成。其一,是配備33臺(tái)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)、被稱(chēng)為超重型(Super Heavy)的第一級(jí)火箭助推器;其二,是被稱(chēng)為星艦(Starship)的50米高飛船。
Starship 和 Super Heavy 被設(shè)計(jì)為完全可重復(fù)使用。目前來(lái)看,二者可以將近 165 噸的火箭發(fā)射到軌道上。
SpaceX的星際飛船是人類(lèi)歷史上最大規(guī)模的載人飛船,可以乘坐一百人,它將是馬斯克實(shí)現(xiàn)人類(lèi)定居火星這一宏大目標(biāo)的關(guān)鍵運(yùn)輸工具。就馬斯克的個(gè)人設(shè)想,最終版的星艦,單次可承載100人至太空,成本可控制在單次200萬(wàn)美元,即2萬(wàn)美元/人。
2、深藏不露的Space X用數(shù)據(jù)和行動(dòng)說(shuō)話(huà)
2016年-2023年,SpaceX在失敗中穩(wěn)步崛起:
馬斯克的星艦計(jì)劃,始于2016年,他用8年時(shí)間,經(jīng)歷兩次爆炸,把星艦送上太空。
然而,SpaceX見(jiàn)證過(guò)的“煙花”,卻遠(yuǎn)不止這兩次。
2016年,Spacex首次公開(kāi)了星艦前身——火星殖民運(yùn)輸器(Mars Colonial Transporter,MCT)。
2017年,Spacex再次修改了項(xiàng)目名稱(chēng),命名為BFR(Big Falcon Rocket),并修改了飛船的設(shè)計(jì),增強(qiáng)實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。
2018年,“星艦”早期技術(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)在博卡奇卡試驗(yàn)場(chǎng)啟動(dòng), 采用“星跳者”(Starhopper)樣機(jī)和 Mk1樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試。
“星跳者”是配備單臺(tái)“猛禽”發(fā)動(dòng)機(jī)的首個(gè)樣機(jī),用以測(cè)試著陸技術(shù)和低空/低速的相關(guān)控制算法。 “星跳者”完成了貯箱測(cè)試、濕彩排、燃燒前測(cè)試以及熱試車(chē)等,在試驗(yàn)中,達(dá)到1m高度。
2019年8月,“星跳者”實(shí)現(xiàn)飛行高度150m的突破,在距發(fā)射臺(tái)100m的位置完成著陸。
同期,Mark系列高空飛行樣機(jī)進(jìn)行亞軌道飛行、測(cè)試飛行及再入能力測(cè)試。
2019 年,Mk1 在試驗(yàn)中以爆炸告終。隨后, SpaceX 又相繼棄用 Mk2 和 Mk4 ,于 12 月把 Mk3 正式更名為 SN1。
2020 年,SpaceX 在進(jìn)行了多次貯箱增壓測(cè)試后,完成了對(duì)SN1的組裝。但由于貯箱的推力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響, SN1在2 月的低溫增壓試驗(yàn)中,以損毀告終。
隨后,SN5、SN6樣機(jī)先后進(jìn)行過(guò)150m高度的試飛。
經(jīng)過(guò)了對(duì)“星艦”的導(dǎo)航系統(tǒng)、全不銹鋼箭體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、新型著陸支腿等基本功能的驗(yàn)證后, Space X又對(duì)SN8至SN11樣機(jī)進(jìn)行了10km的高空測(cè)試。
SN8、SN9兩次測(cè)試中,樣機(jī)均著陸失??;SN10在安全著陸的片刻后就發(fā)生爆炸;SN11甚至還未落地就發(fā)生爆炸。
直至2021年5月,SN15樣機(jī)能夠完成從發(fā)射、返回、減速到安全著陸的全過(guò)程“重復(fù)使用”實(shí)驗(yàn)。SN15也成為了首次實(shí)現(xiàn)100%軟著陸的全尺寸“星艦”。
同期,多個(gè)超重型火箭助推器的原型機(jī),也相繼被安排了多次地面測(cè)試。BN1進(jìn)行壓力測(cè)試;BN2進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試;BN2.1進(jìn)行低壓測(cè)試;BN3進(jìn)行首次軌道試飛……
試飛與實(shí)驗(yàn)重復(fù)著失敗與突破。
直至2023年4月20日,SpaceX的首次軌道試飛,使用SN24配合BN7。然而,在助推器與飛船分離失敗后不久,便發(fā)生了爆炸解體。
至此,公眾視野中的SpaceX星艦“首炸”出現(xiàn)。雖然,首次和二次發(fā)射以失敗告終,但并未也影響SpaceX的工作。
光從2023年的年度數(shù)據(jù)來(lái)看,SpaceX堪稱(chēng)“斷層式”領(lǐng)先,永遠(yuǎn)在不懼失敗、勇于嘗試的路上。
2023年,全球共發(fā)射運(yùn)載火箭223次,SpaceX占98次,是全球總量的45%;
2023年,全球共發(fā)射衛(wèi)星2945顆,SpaceX占2514顆,是全球總量的87%;
2023年,全球的入軌質(zhì)量共1492噸,SpaceX占1286噸,占全球總量的86%。
甚至在馬斯克的下一步規(guī)劃中,2024年,SpaceX計(jì)劃發(fā)射144次,入軌質(zhì)量占全球總量的90%……
SpaceX以前,每一枚火箭的發(fā)射成本在以“億”為單位的美元;當(dāng)SpaceX出現(xiàn),火箭的成本被狠狠打下來(lái)了。以獵鷹9號(hào)火箭為例,其成本大約為5000萬(wàn)美元,較競(jìng)品而言降低了30-50%。
也不怪有網(wǎng)友說(shuō):「馬斯克帶領(lǐng)的SpaceX,活生生給航天行業(yè)祛魅了?!?/p>
2024年1月19日,SpaceX再次成功進(jìn)行私人飛行任務(wù)。此次任務(wù)由美國(guó)一家商業(yè)航天公司發(fā)起。4位私人宇航員搭載龍飛船,借由獵鷹9號(hào)火箭推送升空。
四位宇航員中包含前NASA宇航員、意大利空軍上校、土耳其戰(zhàn)斗機(jī)飛行員和歐洲航天局宇航員。
在實(shí)時(shí)直播中,超170萬(wàn)網(wǎng)友在線(xiàn)觀看這次發(fā)射任務(wù)。SpaceX面對(duì)此次第301次發(fā)射及第12次載人飛行任務(wù),已然輕車(chē)熟路。僅不到2天的時(shí)間,即可到達(dá)國(guó)際空間站。對(duì)于本次成功發(fā)射,馬斯克表現(xiàn)的淡定不少,只是連續(xù)轉(zhuǎn)了好幾條相關(guān)推特。
支撐此次航天任務(wù)的公司Axiom Space也并不簡(jiǎn)單。簡(jiǎn)單而言,其商業(yè)模式是通過(guò)與SpaceX進(jìn)行合作,將非官方宇航員或是普通公民送上太空、提供太空環(huán)游旅行。報(bào)名不設(shè)門(mén)檻,前提是每個(gè)席位售價(jià)5500美元。 這是Axiom的第三次太空服務(wù),也是龍飛船的第四次「私人航天員」太空服務(wù)。Axiom的雄心壯志是:打造私人空間站。值得注意的是,NASA對(duì)此進(jìn)行了支持。
3、星艦之后:馬斯克瞄準(zhǔn)了什么?
馬斯克的美好愿景中,星艦是把人類(lèi)送上火星的理想載具。SpaceX的創(chuàng)立核心目標(biāo),也不過(guò)如此。NASA正是看中了星艦的突破性,砸下數(shù)十億美元購(gòu)買(mǎi)星艦飛船末級(jí)的變體,把載人航天重返月球的任務(wù)寄希望于此。
為什么是“星艦”?
從星鏈到星艦,SpaceX從不缺明星產(chǎn)品。星艦?zāi)軌蛞l(fā)廣泛關(guān)注,還要從其成本談起。
理想狀態(tài)下,“星艦”將成為可以完全重復(fù)使用的運(yùn)輸系統(tǒng)。即,如果成功達(dá)成周期性運(yùn)行,發(fā)射成本會(huì)大幅度降低。
據(jù)悉,自2009年SpaceX開(kāi)始發(fā)射可重復(fù)使用的“獵鷹9號(hào)”以來(lái),成本已從10000美元/千克降至約1520美元/千克,實(shí)現(xiàn)了跨越性降本。倘若星艦?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)大批量發(fā)射,其成本還將迎來(lái)巨大“折扣”。 若依據(jù)SpaceX所設(shè)想的“每天都進(jìn)行發(fā)射”,讓“太空旅行”轉(zhuǎn)變成日常性的“空中旅行”,甚至衍生出新興太空市場(chǎng)和其他商業(yè)業(yè)務(wù)。SpaceX的賽道將覆蓋軍事、商業(yè)、民用等多重領(lǐng)域。
目前,國(guó)際航天的報(bào)價(jià)約為:
貨運(yùn)1 萬(wàn)美元/千克、客運(yùn)8000 萬(wàn)美元/人
如果成功,馬斯克的價(jià)格則是:
貨運(yùn)10 美元/千克,客運(yùn) 1 萬(wàn)美元/人
“地-月-火”的第一聯(lián)絡(luò)機(jī)
就跨地域?qū)用娑裕紫?,星艦是決定“移民火星夢(mèng)”成敗的核心運(yùn)載工具。其次,星艦也是“加速月球探索”的秘密武器。同時(shí),星艦可以作為“地球洲際運(yùn)輸”的快捷工具。
一位名為馬斯克(Parody)的網(wǎng)友都忍不住替他發(fā)表獲獎(jiǎng)感言:“我已經(jīng)在火星駕駛我的Cybertruck!”
來(lái)源:X
能夠滿(mǎn)足載人載物、低成本、高運(yùn)力、強(qiáng)適用的星艦,足以在航天領(lǐng)域開(kāi)拓一片新天地。
“星艦”的成功,也將帶動(dòng)“星鏈”的發(fā)射,帶動(dòng)SpaceX乃至航天領(lǐng)域的聯(lián)動(dòng)性發(fā)展。因此,即便面臨著Twitter、特斯拉、OpenAI的繁雜事務(wù),馬斯克的野心,也不曾離開(kāi)過(guò)SpaceX。
“火箭之父”齊奧爾科夫斯基曾說(shuō):「地球是人類(lèi)的搖籃,但人類(lèi)不可能永遠(yuǎn)被束縛在搖籃里?!固章眯锌赡芟喈?dāng)復(fù)雜,但對(duì)于人類(lèi)而言,每次嘗試,都是里程碑。
似乎馬斯克的強(qiáng)者心態(tài)讓太空之夢(mèng)變得更加了不起。如同他在《埃隆·馬斯克傳》中自述:“問(wèn)題迎面而來(lái),告訴自己,這是我主動(dòng)選擇的,我知道自己缺乏什么歷練,所以給自己做了這個(gè)安排,我不會(huì)逃避,我可以解決。”
一步步走向強(qiáng)大的,是人類(lèi)文明;一次次經(jīng)受歷煉的,是科學(xué)歷程。在人類(lèi)的冒險(xiǎn)游戲中,比拼的從來(lái)不止速度,更是馬拉松式的勇氣和毅力。對(duì)于航天的期盼,我們相信,終將創(chuàng)造出屬于成功與歡呼的時(shí)刻。 歷史,會(huì)記住這些微小的文明進(jìn)程。
References:
1.SpaceX官網(wǎng)、X、BBC
2.馬斯克再送4名「私人」宇航員上太空 by FUTURE 遠(yuǎn)見(jiàn)
3.今晚 8 點(diǎn) SpaceX 星艦第 3 次集成飛行試驗(yàn)(IFT-3)by 全球航天事件
4.SpaceX:在座的各位,都是垃圾 by 創(chuàng)業(yè)邦
5.SpaceX星際飛船即將第三次飛行『航天視窗』by 我們的太空