終于上天了，但還是炸了

文｜張雪松

4月17日，SpaceX公司的星艦在點(diǎn)火前8秒取消了第一次飛行。4月20日，星艦再次準(zhǔn)備出發(fā)，計(jì)劃在晚上9點(diǎn)28分到10點(diǎn)30分之間發(fā)射。雖然星艦在9點(diǎn)33分點(diǎn)火并發(fā)射，但由于姿勢(shì)失控和一、二次分離失敗，最終失控被迫引爆，發(fā)射以失敗告終。

要了解今天的星艦，它的后臺(tái)老板馬斯克是一個(gè)不可避免的話題。美國火星學(xué)會(huì)致力于探索火星，最終實(shí)現(xiàn)殖民火星。加入火星學(xué)會(huì)后，馬斯克也努力實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢(mèng)想，成立了著名的SpaceX公司。馬斯克從未忘記火星殖民的初衷。在2005年獵鷹1號(hào)小火箭取得成功之前，他首次提到開發(fā)一支名為大獵鷹的重型火箭。2010年，獵鷹9號(hào)火箭剛剛成功首次飛行。他還提出了開發(fā)獵鷹XX的重型火箭的概念。獵鷹XX將使用10臺(tái)540噸推力梅林2發(fā)動(dòng)機(jī)，近距離軌道容量達(dá)到140噸，比阿波羅登月使用的土星5號(hào)火箭更強(qiáng)大！

馬斯克在2012年提出了火星殖民運(yùn)輸船（MCT）概念，這是一種超級(jí)火箭，厚度超過10米，完全重復(fù)使用，近地軌道容量可達(dá)150-200噸。后來，馬斯克把它改名為行星運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS），并在國際宇航大會(huì)上展示了其基本設(shè)計(jì)：這種122米高、直徑12米的超級(jí)火箭，起飛推力1.3萬噸，起飛重量1.05萬噸。假如你對(duì)這組數(shù)字沒有直觀的印象，想想它有30層那么高，重量相當(dāng)于3枚土星5號(hào)火箭！馬斯克最終將這種運(yùn)輸工具命名為星艦。為了降低開發(fā)難度和成本，早在2017年，它的直徑就縮小到9米。后來，外殼從高科技碳纖維復(fù)合材料轉(zhuǎn)變?yōu)槠胀矣?04型不銹鋼。雖然新火箭的名字和設(shè)計(jì)一次又一次地改變，但馬斯克的初衷從未改變，那就是：火星！火星！火星！

在1969年阿波羅登月的太空熱時(shí)代，人們總覺得21世紀(jì)肯定會(huì)殖民月球火星，但半個(gè)多世紀(jì)過去了，人類甚至很難再次登上月球，這真的讓世界對(duì)太空感到沮喪。馬斯克不是一個(gè)成功的火箭商人。他開發(fā)了獵鷹9號(hào)火箭，在商業(yè)上取得了巨大的成功。他從不忘記高舉殖民火星的旗幟，自掏腰包開發(fā)如此巨大的星艦。石破天驚的星艦喚起了人們沉默已久的太空夢(mèng)！沒有人永遠(yuǎn)年輕，但沒有人永遠(yuǎn)不年輕。當(dāng)我們年輕輕浮的時(shí)候，我們期待著詩歌和距離。有多少人沒有夢(mèng)想過漫游星空？星艦是火星殖民的夢(mèng)想之船，寄托著幾代人對(duì)太空殖民的夢(mèng)想。它的影響力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過航天迷，成為世界輿論的寵兒。

星艦是馬斯克孜孜的夢(mèng)想，但它的外殼使用304不銹鋼，在我們的生活中隨處可見，粗糙的外觀也令人驚訝：這個(gè)看似愚蠢的破碎商品，也可以帶人去火星？事實(shí)上，我們有一個(gè)深刻的理解，星艦的設(shè)計(jì)是值得稱贊的，是21世紀(jì)火箭當(dāng)之無愧的基準(zhǔn)。

星艦是一支長度120米、直徑9米、起飛重量約5000噸的超級(jí)火箭。它的起飛推力可達(dá)7590噸，是土星5號(hào)起飛推力的兩倍多。隨著規(guī)模的擴(kuò)大和火箭開發(fā)難度指數(shù)的提高，星艦作為一種體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過土星5和N-1的超級(jí)火箭，可以開發(fā)并站在發(fā)射臺(tái)上，這本身就是一個(gè)偉大的成就。

最大火箭星艦的桂冠也充滿了黃金含量。讓我們談?wù)労教烀哉務(wù)摰拿颓莅l(fā)動(dòng)機(jī)。它的噴嘴直徑約1.2米，看起來小巧精致，但地面推力約230噸，發(fā)動(dòng)機(jī)推重比超過100噸。它是當(dāng)今最先進(jìn)、最強(qiáng)大的液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)之一。經(jīng)過仔細(xì)考慮，馬斯克解釋說：首先，不銹鋼非常便宜，價(jià)格遠(yuǎn)低于碳纖維或鋁合金；其次，不銹鋼在低溫下強(qiáng)度增加，部分彌補(bǔ)了材料密度的缺點(diǎn)；不銹鋼也相對(duì)耐熱，可以降低再加熱的要求。綜合考慮，使用不銹鋼損失的性能有限，但成本和加工難度明顯降低，大概是大巧無功。

星艦系統(tǒng)是由超重助推器和星艦上級(jí)組成的二級(jí)火箭，二級(jí)火箭應(yīng)回收利用。當(dāng)星艦完全重復(fù)使用時(shí)，近地軌道運(yùn)輸能力可達(dá)100噸，潛力可增加到150噸。它已經(jīng)超過了前年第一次飛行的SLS火箭，成為世界上運(yùn)載能力最大的火箭。蘇聯(lián)和平號(hào)空間站重130噸。如果不考慮尺寸限制，星艦?zāi)芤淮伟押推教?hào)送到太空嗎？！如果星艦推出一次性使用的型號(hào)，運(yùn)力可以提高到250噸以上，那將是前所未有的巨無霸。

星艦最大的優(yōu)點(diǎn)是重復(fù)使用帶來的廉價(jià)成本。一次性筷子在日常生活中隨處可見，但沒有人只開一次車。從這種經(jīng)歷來看，復(fù)雜昂貴的東西需要多次使用來分擔(dān)成本。然而，復(fù)雜而昂貴的運(yùn)載火箭基本上是一次性使用的，這使得太空發(fā)射的成本非常高。幾十年來，科幻迷們永遠(yuǎn)不會(huì)忘記的大型太空時(shí)代也是一個(gè)幻想。在星艦設(shè)計(jì)中，一級(jí)超重和二級(jí)星艦可以動(dòng)力返回發(fā)射場(chǎng)，然后快速組裝并再次投入發(fā)射。超重和星艦的重復(fù)使用對(duì)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有很高的要求。一旦星艦快速重復(fù)使用，其發(fā)射成本將懸崖式下降，這是星艦最大的魅力?？鋸埖卣f，星艦是對(duì)一次性火箭的降維打擊。

在星艦運(yùn)輸能力大、價(jià)格低、性能高的背后，技術(shù)跨度和風(fēng)險(xiǎn)都很大，尤其是一級(jí)并聯(lián)33臺(tái)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，讓人想起了蘇聯(lián)N-1發(fā)射屢戰(zhàn)屢敗的陰影。難怪馬斯克在第一次飛行前說:不炸發(fā)射臺(tái)就是成功！在4月20日的第一次飛行中，直播畫面顯示，起飛后有3臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)，起飛1分鐘后關(guān)機(jī)數(shù)量增加到4臺(tái)，約1分半后增加2臺(tái)。第一飛星艦故障檢測(cè)、推力和姿態(tài)冗余系統(tǒng)發(fā)揮作用，不僅及時(shí)關(guān)閉故障發(fā)動(dòng)機(jī)，星艦還正常飛行成功通過發(fā)射最大動(dòng)壓段，但可能是發(fā)動(dòng)機(jī)故障過多，一、二分離前星艦失控，一、二不能正常分離，發(fā)射任務(wù)失敗。

星艦發(fā)射并通過了最大動(dòng)壓段，證明了一級(jí)超重基本設(shè)計(jì)的可行性，這對(duì)第一次飛行失敗的星艦來說是一種安慰。未來，星艦系統(tǒng)將繼續(xù)進(jìn)行更多的試射。它不僅要成功發(fā)射到軌道上，還要實(shí)現(xiàn)第一級(jí)超重和第二級(jí)星艦的動(dòng)力返回和捕獲。更困難的測(cè)試仍在后面。然而，一旦星艦完全成功開發(fā)，它將對(duì)世界航天工業(yè)產(chǎn)生革命性的影響。通過完全重復(fù)使用，星艦的運(yùn)載能力可達(dá)100噸以上，發(fā)射成本可顯著降低。馬斯克表示，未來星艦超重助推器將重復(fù)使用1000次，星艦上級(jí)也將重復(fù)使用100次。一艘星艦一天最多可以發(fā)射三次，發(fā)射成本可以降低到200萬甚至100萬美元。沒有必要認(rèn)真對(duì)待這些理想的吹牛，但只要星艦一次發(fā)射能降低到幾千萬美元，或者每公斤物品上的太空只需要幾百美元，就足以引爆一場(chǎng)工業(yè)革命。

在過去的幾十年里，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，衛(wèi)星成本已經(jīng)下降。只要發(fā)射成本能夠降低到足夠的水平，商業(yè)航天就會(huì)迎來爆炸性的發(fā)展。SpaceX公司可以廉價(jià)發(fā)射高性能星鏈二代衛(wèi)星，打造前所未有的強(qiáng)大低軌道通信衛(wèi)星星座。至于公眾幾十年來津津樂道的太空旅游、天基太陽能電站和太空工廠，也有望從幻想變成現(xiàn)實(shí)。星艦依托商業(yè)航天市場(chǎng)的良性發(fā)展，進(jìn)一步改進(jìn)和降低了成本，載人飛向火星也不再遙不可及。然而，這一切畢竟都要等待星艦等理論上大運(yùn)力廉價(jià)復(fù)用運(yùn)載火箭的成功，而星艦未來的試射再次失敗也不會(huì)是個(gè)例。光明的未來已經(jīng)有了曙光，但道路還是會(huì)曲折的。

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