作者段躍初黃湘紅

當(dāng)?shù)貢r(shí)間5月27日，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的新一代重型運(yùn)載火箭“星艦”在得克薩斯州發(fā)射升空，進(jìn)行第九次試飛。然而，這次試飛卻未能成功，火箭第一級(jí)助推器發(fā)生爆炸，第二級(jí)飛船也失控。這一事件引發(fā)了全球航天愛好者的關(guān)注，讓我們深入了解一下星艦的相關(guān)情況。

一、星艦的作用

星艦的設(shè)計(jì)初衷是打造一個(gè)可重復(fù)使用的超級(jí)重型運(yùn)載火箭系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)多個(gè)具有重大意義的目標(biāo)。

（一）降低太空探索成本

傳統(tǒng)火箭大多是一次性使用的，每次發(fā)射都需要高昂的成本。而星艦通過采用可重復(fù)使用技術(shù)，大大降低了太空探索的成本。這使得更多的國(guó)家、科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)能夠參與到太空探索中來，促進(jìn)了航天事業(yè)的發(fā)展。比如，SpaceX公司期望通過星艦，讓太空旅行變得更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，未來普通人也有可能實(shí)現(xiàn)太空之旅。

（二）實(shí)現(xiàn)星際旅行與殖民

星艦被視為實(shí)現(xiàn)人類星際旅行和殖民其他星球的關(guān)鍵工具，特別是火星。它的超大運(yùn)載能力，能將大量的人員、物資和設(shè)備運(yùn)往火星等遙遠(yuǎn)星球。按照計(jì)劃，星艦?zāi)軌虼钶d100人前往火星，為建立火星殖民地奠定基礎(chǔ)，助力人類成為跨星球的物種，解決地球上可能面臨的環(huán)境、資源等問題。

（三）執(zhí)行多種太空任務(wù)

星艦不僅可以用于載人航天，還能執(zhí)行各種太空任務(wù)，如部署衛(wèi)星、進(jìn)行深空探測(cè)等。它可以為未來的太空基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供支持，幫助人類更好地探索宇宙奧秘。例如，星艦有望部署SpaceX的第二代星鏈衛(wèi)星星座，加強(qiáng)全球的互聯(lián)網(wǎng)覆蓋。

二、星艦的高科技技術(shù)

（一）不銹鋼材質(zhì)箭體

從最初計(jì)劃使用碳纖維復(fù)合材料，到后來改用不銹鋼材料，這一轉(zhuǎn)變看似出人意料，實(shí)則是基于性能的考量。在太空超低溫到重返大氣層的高溫狀態(tài)下，全不銹鋼箭體的可用強(qiáng)度與質(zhì)量比，比碳纖維、鈦合金等航天材料表現(xiàn)更好 ，只是在常溫時(shí)不如后兩者。超重 - 星艦采用軸壓設(shè)計(jì)，貯箱在不加注時(shí)仍可以保持結(jié)構(gòu)完整，同時(shí)還要反復(fù)加注泄放過冷甲烷和液氧，這些都是此前業(yè)內(nèi)鮮有應(yīng)用的設(shè)計(jì)。經(jīng)過試驗(yàn)，SpaceX公司發(fā)現(xiàn)一種類似304L的不銹鋼材料在低溫下具有更強(qiáng)的延展性和韌性，最終采用了這種材料。

（二）猛禽液氧/甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)

星艦配備的猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)采用液氧/甲烷作為推進(jìn)劑，是全流量補(bǔ)燃循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)推力為1993千牛，約為法爾肯9火箭使用的猛禽1D發(fā)動(dòng)機(jī)的2.5倍，發(fā)動(dòng)機(jī)比沖330秒，主燃燒室壓力超過25兆帕，具備高比沖、深度節(jié)流的特點(diǎn)。一旦投入使用，有望成為第一款投入實(shí)用化的液氧/甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)，也是第一款全流量補(bǔ)燃循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。而且，單臺(tái)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)可執(zhí)行1000次飛行，幾乎無需維護(hù)。采用甲烷燃料具有清潔、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，并且可以在火星上提取，滿足未來探火的需求。

（三）獨(dú)特的回收方式

星艦系統(tǒng)設(shè)計(jì)為完全可重復(fù)使用運(yùn)載器，其火箭級(jí)與飛船級(jí)均可回收。星艦飛船級(jí)采用了與此前截然不同的回收方案。當(dāng)從軌道返回時(shí)，星艦不以垂直姿態(tài)進(jìn)入大氣層，而是以60°傾斜的姿態(tài)及25倍音速的超高速度“躺著”進(jìn)入大氣層，由四個(gè)單獨(dú)控制的襟翼精確引導(dǎo)下降，其中兩個(gè)為鴨翼在鼻錐上，兩個(gè)尾翼在船尾部分。在超音速狀態(tài)下產(chǎn)生升力，這對(duì)限制峰值加熱非常重要，星艦將盡可能最大限度地利用空氣制動(dòng)。最終在接近地面時(shí)還將進(jìn)行一次大幅機(jī)動(dòng)，點(diǎn)燃猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，最后垂直到達(dá)地面進(jìn)行精確著陸 。此外，在第五次發(fā)射前測(cè)試中，SpaceX公司還嘗試了高風(fēng)險(xiǎn)的塔架接力捕獲回收方式，利用發(fā)射塔的兩根捕獲臂作為“筷子”，對(duì)超重型助推器用“筷子夾火箭”的方式進(jìn)行回收，這將取消星艦超重型助推器的著陸腿設(shè)計(jì)，減少周轉(zhuǎn)時(shí)間，但對(duì)航天器的控制精度、抓取機(jī)械臂的強(qiáng)度等提出了更高的要求。

（四）先進(jìn)的防熱瓦設(shè)計(jì)

由于不銹鋼的熔點(diǎn)較高，新的不銹鋼超重 - 星艦設(shè)計(jì)與碳復(fù)合材料相比，需要的熱防護(hù)措施較少，從而彌補(bǔ)了鋼具有更高質(zhì)量的這一缺點(diǎn)。飛船從低軌道返回時(shí)，表面約20%的部分將暴露在最高溫度約1476℃的環(huán)境中，另外20%最高溫度至1326℃，其余表面最高溫度將低于1176℃，這是不銹鋼無需任何額外冷卻即可承受的溫度。再入時(shí)箭體所承受的溫度最高不超過330℃，發(fā)動(dòng)機(jī)部分周圍的溫度不超過925℃，可采用被動(dòng)輻射冷卻來應(yīng)對(duì)，這意味著星艦的背風(fēng)側(cè)不需要任何隔熱層。而在迎風(fēng)面，最初馬斯克曾設(shè)想使用雙層不銹鋼外殼 液膜冷卻來實(shí)現(xiàn)防熱，但最終SpaceX研發(fā)團(tuán)隊(duì)還是決定采用堅(jiān)固的并可重復(fù)使用的防熱瓦，使系統(tǒng)整體更輕。迎風(fēng)面防熱結(jié)構(gòu)大部分由六邊形防熱瓦組成，這種形狀沒有能夠讓熱流加速通過的直線路徑間隙，有效保障了飛船再入大氣層時(shí)的安全。

三、第九次試飛失敗的原因

根據(jù)相關(guān)分析和報(bào)道，第九次試飛失敗的原因可能有以下幾點(diǎn)：

（一）燃料艙系統(tǒng)泄漏

有消息指出，此次試飛中燃料艙系統(tǒng)發(fā)生泄漏，導(dǎo)致主貯箱失壓。這可能是由于燃料管道、閥門等部件出現(xiàn)故障，或者在火箭發(fā)射和飛行過程中受到了過大的應(yīng)力、振動(dòng)等影響，破壞了燃料系統(tǒng)的密封性。燃料艙系統(tǒng)泄漏不僅影響了火箭的動(dòng)力供應(yīng)，還可能導(dǎo)致一系列連鎖反應(yīng)，使得火箭的飛行姿態(tài)和穩(wěn)定性受到嚴(yán)重威脅。

（二）飛行控制系統(tǒng)故障

火箭和飛船的飛行離不開精確的飛行控制系統(tǒng)。如果飛行控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，比如傳感器失效、控制算法錯(cuò)誤、通信中斷等，就無法準(zhǔn)確控制火箭和飛船的飛行方向、速度和姿態(tài)。在第九次試飛中，第二級(jí)飛船失控，很有可能是飛行控制系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，導(dǎo)致無法按照預(yù)定的程序進(jìn)行飛行和操作。

（三）硬件可靠性問題

盡管星艦采用了許多先進(jìn)技術(shù)，但在實(shí)際飛行中，硬件的可靠性仍然是一個(gè)關(guān)鍵因素。多次試飛中暴露出的各種問題，如發(fā)動(dòng)機(jī)故障、隔熱材料損壞等，都反映出硬件在設(shè)計(jì)、制造、裝配等環(huán)節(jié)可能存在不足。例如，之前試飛中出現(xiàn)過液氧管道堵塞、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器低壓故障等問題，這些硬件問題可能在第九次試飛中依然存在，或者引發(fā)了新的故障。

四、專家怎么說

面對(duì)星艦第九次試飛失敗，專家們也發(fā)表了各自的看法。有專家認(rèn)為，對(duì)于這種處于研發(fā)階段的新型火箭，出現(xiàn)失敗是正常的。太空探索本身就是充滿挑戰(zhàn)和風(fēng)險(xiǎn)的事業(yè)，每一次失敗都是一次寶貴的經(jīng)驗(yàn)積累。通過對(duì)失敗原因的深入分析和總結(jié)，SpaceX公司可以針對(duì)性地改進(jìn)技術(shù)和設(shè)計(jì)，從而提高星艦的可靠性和成功率。

也有專家指出，星艦的技術(shù)難度非常高，其設(shè)計(jì)目標(biāo)和應(yīng)用前景雖然令人期待，但要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)還面臨諸多困難。例如，可重復(fù)使用技術(shù)、星際旅行所需的生命保障系統(tǒng)、長(zhǎng)時(shí)間太空飛行對(duì)宇航員身體和心理的影響等問題，都需要進(jìn)一步研究和解決。此外，頻繁的試飛失敗也可能影響投資者和合作伙伴的信心，對(duì)SpaceX公司的發(fā)展帶來一定的壓力 。

不過，大多數(shù)專家對(duì)星艦的未來還是持樂觀態(tài)度。他們相信，憑借SpaceX公司的技術(shù)實(shí)力和創(chuàng)新精神，以及不斷積累的經(jīng)驗(yàn)，星艦最終有可能實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)目標(biāo)，為人類的太空探索事業(yè)做出巨大貢獻(xiàn)。同時(shí)，星艦的研發(fā)和試飛過程也為全球航天技術(shù)的發(fā)展提供了借鑒和啟示，促進(jìn)了整個(gè)航天領(lǐng)域的進(jìn)步。

總之，雖然星艦第九次試飛失敗，但這只是其漫長(zhǎng)研發(fā)道路上的一次挫折。我們期待SpaceX公司能夠從這次失敗中吸取教訓(xùn)，不斷改進(jìn)技術(shù)，讓星艦早日實(shí)現(xiàn)其宏偉的目標(biāo)，開啟人類太空探索的新篇章。