移民火星最強大火箭「星艦」 射歪炸了！不過沒事

今天，人類探索太空的腳步已經走得很遠了，火箭發射的成功率越來越高



空間站對接的效率也越來越高。



然而，載人深空探索和星際旅行，卻依然是短期內難以企及的夢想。其中重要的一個原因就是，太空飛行實在太過燒錢。火箭作為一次性發射的載具，成本和造價實在太高。現實證明，登陸月球，登陸火星，不僅僅要製造強大的太空載具，還需要大幅度降低成本。

20日在德州墨西哥灣沿岸，太空探索技術公司SpaceX經過十年沈淀，研發出的號稱人類史上最強的，可回收的運載火箭「星艦」（Starship） 終於發射了！儘管，在點火升空一分多鐘後，「星艦」便失去正常姿態，偏離預定軌道，最終以失敗告終。但這一次的大膽嘗試，依然開啟廉價太空飛行時代的大門，也為宏大的星際旅行探索指明方向。



回顧「星艦」一路走來的經歷，這枚史上最大火箭的誕生，其實沒有捷徑…

火星殖民計劃

一切，還要從SpaceX成立之初說起，在2002年公司剛成立時，馬斯克就定下了研發可回收的商用火箭，降低空間運輸成本的近期目標，以及未來實現殖民火星的遠期目標。過去發射的火箭都是一次性的，傳統的火箭通常使用兩級或多級結構，一級是火箭助推器，將承載的二級火箭和搭載物（通常是衛星）送入軌道後，一級助推器便脫離箭體墜落，往往就此毀壞，無法重複使用，這導致太空運輸的成本極其昂貴。



雖然美國和前蘇聯都曾研發過可重複使用的太空飛機，但因其維護費用甚至超過火箭，最終也不得不廢棄。


前蘇聯「暴風雪號太空梭」

在馬斯克看來，只要能研發出可回收，可重複使用的火箭，就能大幅度降低太空運輸成本。不僅能讓近地太空運輸變得常態化，也能省下大筆資金用於更強大的，星際旅行載具的研發，從而最終實現殖民火星這看似遙不可及的夢想！



事實證明，馬斯克和SpaceX的方向是對的，定好目標，SpaceX開始拿出十年間磨一劍的姿態，他們組建團隊，招攬人才，開始一門心思投入到可回收火箭方面的研發上。



SpaceX從零開始，朝著「可回收火箭」這個曾被俄羅斯人放棄的領域艱難進發。從2002年到2012年這十年間，SpaceX潛心磨礪技術，研發出「獵鷹1號」低軌道運載火箭並試飛成功。基本實現了馬斯克所說的低發射成本（只有670萬美元）的目標。SpaceX的成功不僅讓SpaceX名聲大噪，也為他們贏得美國國家航空暨太空總署NASA的投資與合作。

從那2006年起，NASA開始和SpaceX深度合作，出錢出人出技術，指望馬斯克的SpaceX能在商用火箭開發上更進一步，降低發射成本，替NASA發射火箭，向國際空間站運貨，讓這類業務變得更低廉，更常態化。



而馬斯克的目標遠不在此，他一門心思，鐵了心要研發出真正的「可回收火箭」。他公開宣稱，接下來的十年裡，SpaceX不僅要在可回收火箭技術上取得突破，還要同時研發大推力火箭，最終造出可回收的大推力火箭，朝著登陸火星，實現火星運輸常態化這個終極目標。



此話一出，馬斯克遭到全世界眾多網民的嘲笑，有人笑話他還沒學會走就想要飛。然而私底下，馬斯克卻在認真踐行自己的豪言壯語，他一方面緊鑼密鼓地為大推力火箭做準備，將適配於大推力火箭的「猛禽」發動機的研發提上日程。



另一方面，他又在加緊試驗可回收火箭技術，並終於取得成功。十多年裡，馬斯克和SpaceX經歷的是一段反覆品嚐各種失敗的過程。

有墜海爆炸的：



有引擎傳感器失靈導致空中解體的：



還有好不容易降落到海上平台，卻最終功虧一簣的…



一直到2015年12月，SpaceX的「獵鷹9號」火箭在佛羅里達州發射升空，十分鐘後一級火箭成功著陸回收，載有通信衛星的二級火箭則繼續運行，才真正實現全球首次軌道發射火箭陸地回收。



2016年4月，「獵鷹9號」火箭搭載「龍」飛船發射升空，之後成功在大西洋上回收獵鷹9號一級火箭，不僅實現人類歷史上首次在海上實現火箭回收，還同時將「龍」飛船順利送入軌道，向國際空間站成功運送物資。



這兩次的發射成功，不但證明回收火箭技術的可行性，也將人類太空運輸的成本降低一到兩個數量級，不少媒體驚呼到，廉價太空的時代越來越近了…然而，階段性的成功並沒有讓馬斯克消停，沒過多久，語不驚人死不休的馬斯克再次豪言：「我要在火星上退休，那是個適合退休的地方！」講完這番話沒多久，他就投入比「獵鷹9號」更大的重型運載火箭的研發中，在他的設想中，這枚超大的火箭，是為登陸火星準備的…

「星艦」的誕生

2018年11月，這款設想中史無前例的重型火箭最終確定了名字，被命名為科幻感十足的「星艦」（Starship）。它的設計理念是，第一級是一個強大的助推器，名為「超級重型」（Superheavy）。



第二級是一艘可獨立飛行的宇宙飛船，也稱為「星艦（Starship）」（和整體名字一樣）。




「星艦」全貌

一二級兩部分都是可回收重複使用的，一級的「超級重型」在發射後不久就可返回降落到發射架，二級的「星艦」在完成太空飛行後也有能力返回發射架旁。「星艦」的方案前後經過多次修改，但在馬斯克的設想裡，它必須是一款史無前例，人類有史以來最大最強力的火箭。比如，它應該比「阿波羅登月計劃」使用的火箭，「農神5號運載火箭」尺寸更大，高度超過111公尺，且推力要遠遠超過後者。


登月火箭「農神5號」

對馬斯克研發的大推力火箭，NASA非常感興趣，不僅追加30億美元投資，還跟SpaceX簽訂新合約，預備馬斯克的星艦一旦試驗成功，將把它作為「阿提米絲3號」登月計劃的重要載具，實現NASA重返月球的計劃。


「星艦」早期概念圖

要知道，「星艦」要達成的目標，不僅僅實現最大火箭升空，還要做到可回收。如果不能成功回收，那麼這枚史上最大的火箭也不過是重複前人造大火箭的路，徒增資源浪費罷了。

為了達成這個目標，馬斯克和SpaceX又一次開啟反覆試驗的進程。像過去一樣，他們不斷失敗，改進，再失敗，又再改進的過程。和無數的科研項目一樣，除了反覆試驗和迭代，沒有任何捷徑可走。在設計星艦的中，馬斯克和SpaceX團隊也做出不少大膽的革新，比如火箭的材料，就大膽使用新型不銹鋼，拋棄傳統的碳纖維。



對此馬斯克的解釋是：不銹鋼造價便宜，鍛造容易。又因為星艦的猛禽發動機用的是液態甲烷與液氧作為推進劑，液氧罐在加熱過程中容易和碳纖維發生反應，不得不給碳纖維添加惰性襯裡，這會增加額外的成本。其次，碳纖維的強度在溫度超過200後性能就會下滑，又需要添加厚厚的隔熱瓦，而不銹鋼不需要那麼厚。

說到底，不銹鋼雖然不如碳纖維那麼輕，但因為不需要添加各種額外的隔層和保護層，總體算下來還是比碳纖維材料輕。總而言之，比起碳纖維，不銹鋼重量輕，成本低，加工容易，韌性強度不輸碳纖維。最終，SpaceX敲定用自研改進的不銹鋼，作為星艦的外殼材料。



接下來，就是各種原型機的建造和測試，迄今為止，星艦一共建造超過25個原型機。其中絕大多數成為這場漫長試驗的鋪路石，這份長長的表單上，記錄了眾多原型機火箭的命運，它們有的碎裂，有的毀壞，有的被拆除，有的直接退役…



2020年8月，原型機SN5的測試失敗，之後被迫退役。



2020年12月，原型機SN8測試，飛到半空後第三個引擎突然熄火，



回收著陸前，底部又因不明原因燃燒，最終墜毀到地面炸成一團火球……




馬斯克在SN8殘骸旁一臉無奈地拍下一張合影



2021年2月2日，星艦原型機SN9進行高空測試和回收著陸測試。由於著落時姿勢突然發生偏移，最終墜毀在預定降落地點。





2021年3月3日， 原型機SN10測試，發射和降落看似都成功了。



卻在著陸八分鐘後發生爆炸，據說因為著陸的強度遠高於預期值，火箭最終承受不了衝擊而爆炸…




2021年3月30日，原型機SN11，火箭在失去遙測數據後發生不明原因爆炸。




2021年5月5日，原型機SN15，回收時軟著陸成功，原本考慮再次發射，但最後還是退役了…




史上最大火箭

2021年10月，在經歷幾十次失敗，挫折，又累積越來越多的經驗後，「星艦」原型機S24開始建造。這是一個高122公尺，直徑達9公尺，配備33台「猛禽」發動機的「超重型推進器」，推力高達74500千牛，號稱人類有史以來體積最大，推力最強的運載火箭！



從建造到調試，S24經歷的各類測試達50餘次。2023年4月17日，這個人類有史以來最大的火箭終於站在美國德克薩斯州的博卡奇卡發射場（SpaceX星港）上。



這個最大的火箭到底有多大？以人為參照物對比一下就能直觀感受到…




按原定計劃，它將從這個發射場升空。火箭起飛後不久，一級推進器「超級重型」和二級的星艦分離後，將在一個海上平台實施回收著陸。



而二級的星艦將繼續飛行一小時，飛到距離地面150公里到250公里的外太空，之後再重新進入大氣層，降落在太平洋某島外15公里的處，實現二級飛船「星艦」的回收。



不過，在原定17日發射前的最後關頭，由於發現一級推進器「超級重型」的一個壓力閥故障，SpaceX被迫臨時取消發射，擇日再發。對於這場萬眾矚目的火箭發射，馬斯克存在的最大的擔憂是：幾十台「猛禽」發動機好比綁在一起的手榴彈，一旦某個發動機在剛發射時就出現問題，極可能一發而動全身，炸毀發射台，而重建發射台需要好幾個月的時間。馬斯克對此感慨到：「只要不炸毀發射台就算成功！」

就這樣，4月20日21點多，「星艦」原型機S24最終迎來歷史性的一幕，這枚史上最大的火箭，第一次進行完整髮射和可回收測試。發射場的天氣不錯，眾多網友和粉絲都守候在直播室，控制大廳和發射場外也聚集眾多圍觀的民眾。



直播鏡頭給出「超級重型」推進器底部33台猛禽發動機的調試畫面。



隨著一波倒計時，「星艦」點火升空…



幾秒之後，在巨大的轟鳴聲中，將這個龐然大物緩緩地飛到半空…



它的初期爬升過程還算順利…



55秒後，它的高度達到4公里，時速達到629公里每小時。



然而，大約一分多鐘以後，當鏡頭再度給到「超級重型」推進器底部時，此時「星艦」的速度已經到了745公里每小時，發動機噴出的尾焰並沒有呈現完整的圓環，像是關閉了幾台發動機。




升空1分30秒，速度突破1084公里每小時後，突發狀況出現了：火箭開始突然下降…



隨後，整個箭體開始在半空中不規則地翻滾…



看到這一步的人都默默地意識到：情況不妙…又過十秒鐘後，演播大廳的主持人遺憾地宣布：出現不明原因的狀況，一二級火箭分離失敗，這一發射沒能取得成功。控制大廳裡，直播鏡頭拍到馬斯克，他先是敷衍地笑了一下，之後轉過頭去，滿臉都是肉眼可見的沮喪。



然而此時，前來現場見證的美國民眾，在短暫的嘆息後，很快爆發出的掌聲和歡呼聲。這聲音裡蘊含了致敬，鼓勵，還有希望。探索宇宙的道路，一直都佈滿荊棘與坎坷，「星艦」試飛失敗，依舊堪稱星際遠航的里程碑。正如一段名言所描述的：勇氣，有時並不是雄獅般的怒吼，而是敢於在失敗之後說一句，「我們再來一次」。

相信，人類終會有把星際旅行變為日常活動的那天～