出品:科普中國
作者:川陀太空(科普創(chuàng)作者)
監(jiān)制:中國科普博覽
據(jù)路透社、美國有線電視新聞網(wǎng)(CNN)等媒體報道,當?shù)貢r間2025年5月27日,美國太空探索技術(shù)公司(SpaceX)的“星艦”飛船進行第九次試飛,火箭第一級助推器在降落過程中失控,未能按計劃實現(xiàn)海上著陸,火箭第二級飛船也在失去姿態(tài)控制后空中解體。
這次發(fā)射地點依然位于德克薩斯州博卡奇卡的星際基地,這與此前的多次測試保持一致。工位在“軌道發(fā)射臺A”(OLP-A),于美東時間晚上7點30分開始實施。
根據(jù)SpaceX發(fā)布的信息,第九次試飛使用的是14號助推器(B14),飛船上面級編號為S35——這一數(shù)字表明,自2019年首艘鋼制測試飛船“跳躍者”和高空原型機Mk系列以來,星艦項目已經(jīng)進行了大量的測試和試飛。此次第九次飛行測試屬于全集成試飛,對星艦項目至關(guān)重要,美國國家航空航天局也在密切關(guān)注其進展。
星艦的第九次飛行測試(直播畫面)
(圖片來源:SpaceX)
阿爾忒彌斯3號任務(wù)中,星艦的Block3版本將負責把宇航員送上月球南極地區(qū),并支持他們在月表停留大約一周時間。因此,星艦的試飛進度將直接影響阿爾忒彌斯項目的整體推進。
目前,阿爾忒彌斯項目已經(jīng)嚴重推遲,即便是使用太空發(fā)射系統(tǒng)與獵戶座飛船執(zhí)行的首次繞月載人飛行(阿爾忒彌斯2號),也尚未實現(xiàn)。在這樣的背景下,星艦第九次試飛的成功與否顯得尤為重要,甚至可以說,它承載著巨大的壓力。
星艦起飛后33臺發(fā)動機點燃(直播畫面)
(圖片來源:SpaceX)
第九次試飛的基本情況
星艦是一種運載火箭,由兩個部分組成:第一部分是超重型助推器,配備33臺猛禽發(fā)動機,整體高度大約71米,直徑為9米。第二部分是飛船上面級,也是其第二級,是一個有襟翼結(jié)構(gòu)的航天器,內(nèi)置6臺猛禽發(fā)動機。在本次試飛之前,星艦已完成8次試飛,其中超重型助推器已實現(xiàn)回收,但飛船上面級仍然表現(xiàn)欠佳,未達到預定的試飛目標。
本次試飛是星艦第九次發(fā)射,預定試飛時長為1小時零6分鐘。但在這次試飛中,直播持續(xù)到47分鐘左右中斷,此時飛船上面級距海平面大約59公里,顯然實際飛行并未完成全過程。
雖然飛船上面級按計劃成功進入預定軌道,但是在后續(xù)的測試環(huán)節(jié)出現(xiàn)了一些問題。比如,部署衛(wèi)星的關(guān)鍵測試因有效載荷艙門無法完全打開而暫停。飛船上面級可能還存在燃料泄漏問題,再入大氣層時失去了對姿態(tài)的控制能力,導致猛禽發(fā)動機重新點火測試也被取消,最終,飛船上面級在失控中再入大氣層。
此時,視頻信號仍然在傳輸中,畫面顯示飛船上面級周圍出現(xiàn)了等離子體包圍的現(xiàn)象,這是因為航天器在穿越大氣層時,周圍空氣被劇烈壓縮,高溫使空氣電離,形成了一層包裹在航天器表面的等離子體。由于姿態(tài)失控,襟翼等結(jié)構(gòu)在這一過程中被摧毀,使得部分數(shù)據(jù)無法正常收集。
飛船上面級再入大氣層后尾部結(jié)構(gòu)發(fā)生解體(直播畫面)
(圖片來源:SpaceX)
超重型助推器濺落到墨西哥灣(直播畫面)
(圖片來源:SpaceX)
本次試飛的主要目標集中在對超重型助推器的可重復使用性能進行演示,雖然助推器實現(xiàn)了33臺發(fā)動機全部點燃驗證了可重復使用能力,但整體表現(xiàn)并不突出——在最后降落階段,遙測信號丟失,推測超重型助推器可能墜入墨西哥灣,未能實現(xiàn)原定的受控濺落目標。
第九次試飛任務(wù)的核心看點
第一,飛船上面級的表現(xiàn)成為焦點。
星艦飛船第九次試飛之所以備受關(guān)注,是因為自2023年4月啟動飛行試驗以來,前8次試飛成敗各半。雖然超重型助推器已多次實現(xiàn)返回,被稱為“筷子”的捕獲裝置回收,但飛船上面級的表現(xiàn)卻不盡如人意——在前兩次的試飛中均因多種原因發(fā)生解體。
自2025年第七次試飛時,星艦已升級為Block 2版本,在第七和第八次試飛中,飛船上面級均未達到既定目標,可以認為其升級后的表現(xiàn)反而出現(xiàn)倒退。這些壓力全部積累到第九次試飛,飛船上面級的表現(xiàn)也因此成為關(guān)注焦點。然而在本次試飛過程中,飛船上面級仍然沒有完成全過程,在返回大氣層的過程中解體,還出現(xiàn)了燃料箱泄漏的問題,再入大氣層時失控。
飛船上面級進入軌道,此時高度為159公里
(圖片來源:SpaceX)
飛船上面級的失控導致其以錯誤的姿態(tài)進入大氣層,這使得隔熱策略失效。從視頻畫面可以看到,其襟翼結(jié)構(gòu)被高溫摧毀,致使原計劃實施的隔熱罩性能測試也無法進行。與前兩次試飛對比來看,本次試飛中飛船上面級比前兩次飛得更遠,這可能是僅存的閃光點。綜合來看,在第九次試飛測試中,飛船上面級的表現(xiàn)遭遇了重大挫折。
第二,首次重復使用超重型助推器。
本次飛行使用的是14號助推器(B14),它在2025年1月實施的第七次飛行任務(wù)中就已經(jīng)被使用,33臺猛禽發(fā)動機中有29臺進入重復使用程序。這意味著在星艦任務(wù)中,助推器重復使用的間隔縮短到了4個月左右。
重復使用是SpaceX成立以來研發(fā)火箭的一大特色,目前商業(yè)模式較為成熟的獵鷹9號火箭,就憑借多次重復使用助推器來降低發(fā)射成本。但是獵鷹9號火箭的首次飛行測試是在2010年,首次重復使用助推器在2017年才實現(xiàn),間隔了7年。對于星艦而言,首次飛行測試是在2023年,而它在2025年就實現(xiàn)了助推器的重復使用,相比之下,重復使用的能力驗證已經(jīng)提前了。
值得一提的是,在本次試飛發(fā)射任務(wù)中,33臺猛禽發(fā)動機在起飛時全部點燃,這說明重復使用的猛禽發(fā)動機具備再次發(fā)射的能力。由于星艦任務(wù)與美國宇航局的阿爾忒彌斯項目深度關(guān)聯(lián),這層關(guān)系也促使SpaceX加快展示星艦助推器的可重復使用能力。
第三,沒有回收超重型助推器。
SpaceX在任務(wù)簡報中指出,第九次星艦試飛任務(wù)不會安排超重型助推器返回發(fā)射場回收,而是讓它在海面濺落。原因在于,本次任務(wù)第一次使用已發(fā)射過的超重型助推器,且需要在飛行中收集更多的數(shù)據(jù),可能還包括測試在一些極限條件下的表現(xiàn)。
超重型助推器返回著陸場情景,但在本次試飛任務(wù)中,不回收超重型助推器(非直播畫面)
(圖片來源:SpaceX)
SpaceX還有另一重考量,他們未來的目標是讓超重型助推器在極少維護的情況下實現(xiàn)可重復使用,從而降低成本并縮短再次部署周期。馬斯克設(shè)想建造大量的星艦將人類送往火星,如果超重型助推器兩次使用之間需要較長時間的人工檢測甚至是維修,顯然會拖累大規(guī)模發(fā)射的進度。為了實現(xiàn)這個目標,就需要對超重型助推器進行多項飛行測試,尤其要收集在非正常情況下的實際性能數(shù)據(jù),此舉可能導致星艦基地的發(fā)射設(shè)施處于不安全狀態(tài)。綜合以上因素,SpaceX決定在本次任務(wù)中不回收超重型助推器。
圖為SpaceX構(gòu)想的使用星艦向火星轉(zhuǎn)移人類的場景
(圖片來源:SpaceX)
第四,超重型助推器返回策略有所改變。
SpaceX重新規(guī)劃了超重助推器返回的策略。按照原計劃,在級間分離后,超重助推器進行可控方向翻轉(zhuǎn),這一操作預計能減少其為翻轉(zhuǎn)預留的燃料量,進而允許在發(fā)射時攜帶更多燃料。
在之前的飛行測試中,超重助推器的翻轉(zhuǎn)方向是隨機的,取決于飛船上面級發(fā)動機點火產(chǎn)生的微小推力。在本次試飛中,超重助推器在下降時嘗試以更大的迎角進行飛行,此舉可增加大氣阻力并降低下降的速度,從而達到減少消耗燃料的目的。超重助推器在大仰角狀態(tài)下的實際飛行數(shù)據(jù)對SpaceX至關(guān)重要,可能會影響到后續(xù)對星艦性能的提升。
超重型助推器在降落最后階段的畫面(非本次試飛畫面),注意看中心三臺發(fā)動機處于工作狀態(tài),本次試飛中,SpaceX并沒有回收超重型助推器,同時對中心三臺發(fā)動機的運行策略進行了調(diào)整
(圖片來源:SpaceX)
SpaceX原計劃在本次試飛中對超重型助推器的發(fā)動機關(guān)閉和啟動策略進行調(diào)整,在著陸階段主動關(guān)閉三個中心發(fā)動機的一個,嘗試使用中環(huán)上的發(fā)動機作為備份,以此驗證在助推器發(fā)生故障情況下的實際參數(shù)。由于最后階段信號丟失,無法確定這項測試是否完成。
第五,部署衛(wèi)星未能實現(xiàn)。
星艦在本次試飛過程中計劃執(zhí)行衛(wèi)星部署任務(wù),載荷艙內(nèi)搭載了8顆星鏈衛(wèi)星模擬器星鏈衛(wèi)星,按計劃這些模擬器最終會在大氣層中燒毀。然而,由于有效載荷艙門無法完全打開,部署衛(wèi)星未能實現(xiàn)。結(jié)果表明這項測試沒有達到預期目標,這意味著SpaceX無法在本次試飛中驗證星艦將貨物送上軌道的能力。
實際上,這是已經(jīng)是第二次出現(xiàn)此類問題——在2025年3月的第八次試飛中,星艦也搭載了4個星鏈衛(wèi)星模擬器,由于一些故障同樣未能實現(xiàn)部署。
飛船上面級艙門未能打開,部署星鏈衛(wèi)星模擬器無法進行(直播畫面)
(圖片來源:SpaceX)
星艦近幾次試飛接連碰壁
星艦第一次試飛是在2023年,前六次試飛均為Block1版本,且有4次試飛被SpaceX認為是成功的。自2025年1月第七次試飛之后,星艦已經(jīng)升級為Block2版本,但近3次發(fā)射均未取SpaceX所期望的成功。
比如,在第七次試飛任務(wù)中,飛船上面級發(fā)動機過早關(guān)閉,導致遙測數(shù)據(jù)丟失,不久后失去控制,在特克斯和凱科斯群島上空解體。事后,SpaceX調(diào)查發(fā)現(xiàn),飛船上面級在成功啟動發(fā)動機后,有一臺猛禽發(fā)動機附近出現(xiàn)一道閃光,傳感器檢測到一個位于液氧罐底部的組件內(nèi)部壓力上升,發(fā)生泄漏,最終發(fā)生火災(zāi)。該事故原因的根本原因在于,飛行中出現(xiàn)了比以往測試中更強的諧波共振問題,進而引發(fā)推進系統(tǒng)壓力增加并出現(xiàn)泄漏。
再如,在第八次試飛任務(wù)中,飛船上面級仍然出現(xiàn)了故障。猛禽發(fā)動機出現(xiàn)硬件故障,導致發(fā)動機艙起火,其中四臺過早關(guān)閉,飛船上面級姿態(tài)失去控制,遙測數(shù)據(jù)丟失,飛船解體。
SpaceX認為這次故障與第七次的諧波共振問題無關(guān),原因是飛船上面級的推進系統(tǒng)。事故原因可能是推進系統(tǒng)發(fā)生硬件故障后,導致推進劑混合并引發(fā)大火,最終使發(fā)動機艙起火??梢钥闯?,星艦升級到Block2版本之后的兩次試飛,均出現(xiàn)推進系統(tǒng)的故障。從本次第九次試飛的情況來看,飛船上面級依然表現(xiàn)不佳,進入大氣層時處于失控狀態(tài)并解體,此次測試未達預期的情況較為突出。
圖為星艦第八次發(fā)射時的情景,為Block2版本,與本次試飛的星艦屬于同一批次,近兩次試飛均出現(xiàn)多處故障
(圖片來源:SpaceX)
星艦項目的短期目標與挑戰(zhàn)
星艦有兩種主要的用途,分別為貨運版和載人版。貨運版設(shè)置有一個大型貨艙門,類似航天飛機,可以在軌道上釋放有效載荷,在重返大氣層的時候可關(guān)閉。載人版本使用加壓的乘員艙,根據(jù)SpaceX的數(shù)據(jù),星艦在設(shè)計上可搭載100名乘員前往火星。
對SpaceX而言,解決飛船上面級的表現(xiàn)是當下的核心任務(wù),這直接關(guān)系到星艦項目乃至阿爾忒彌斯計劃的進度。本次使用的飛船上面級編號為S35,目前S36和S37主體制造完成,正在進行各項測試,S38和S39也處于建造中。星艦的試飛進度相當緊迫,為了在2027年完成阿爾忒彌斯三號任務(wù),他們需要在剩余的兩年左右時間內(nèi)完成多次試飛。
登月版星艦在月面著陸的想象圖
(圖片來源:美國國家航空航天局)
在執(zhí)行阿爾忒彌斯任務(wù)之前,星艦還需要進行一次無人登月和月面起飛的演示飛行。在阿爾忒彌斯三號任務(wù)中,兩名宇航員將搭乘飛船上面級的著陸器變體在月面表面軟著陸。著陸器變體基于飛船上面級改進,增加了著陸支架,可實現(xiàn)在月面軟著陸。但截至目前,飛船上面級尚未實現(xiàn)陸地軟著陸,甚至在飛行過程中出現(xiàn)多個故障導致解體事件發(fā)生。要在兩年左右的時間內(nèi)完成相關(guān)測試和著陸器變體的制造任務(wù),極具挑戰(zhàn)性。
在火星方向上,雖然星艦計劃與美國國家航空航天局的阿爾忒彌斯項目綁定,也是當前SpaceX的主要任務(wù)之一,但馬斯克仍然將星艦的最終用途定位在火星。根據(jù)馬斯克的設(shè)想,在理想情況下,星艦前往火星的無人飛行任務(wù)可能在2026年底啟動,前提是需要星艦完成在軌燃料補給的技術(shù)驗證。然而基于本次試飛暴露出的技術(shù)問題,后續(xù)S36的發(fā)射測試將承擔更大的驗證壓力,火星計劃的推進正面臨挑戰(zhàn)。