戍天九思：“星舰”炸了，但马斯克的火星梦近了！

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　　北京时间4月20日21时许，美国SpaceX公司研制的新型运载火箭“星舰”在美国得克萨斯州博卡奇卡的自建发射场点火起飞。火箭升空后即发现一级有多台发动机工作不正常，升空2分30秒后火箭姿态失稳并开始旋转，最终解体爆炸，发射宣告失败。

　　但是，SpaceX公司CEO马斯克“祝贺”称，“SpaceX团队对星舰进行了激动人心的测试发射！为几个月后的下一次测试发射学到了很多东西。”

　　美国航空航天局（NASA）局长比尔·尼尔森在推特上写道：“祝贺SpaceX进行星舰首次综合飞行测试！历史上的每一项伟大成就都需要计算一定程度的风险，因为风险越大，回报越大。”

　　笔者研究后认为，“星舰”虽然炸了，但马斯克的火星梦却前进了一大步！

　　激进创新——新船新箭新燃料+以飞代试

　　2020年2月28日，在美国加利福尼亚旧金山举办的关于“民用技术融入军事太空前景”研讨会上，美军空军上将约翰·汤普森问埃隆·马斯克：“在您看来，现在的美国要怎么做，才能打败中国呢？”

　　马斯克稍作沉默，仔细斟酌后，给出这样的答案：“如果美国想在军事方面打败中国，没有别的路可以走，必须选择‘激进创新’才行。”

　　“星舰”就是这种激进创新的典范，不仅采用了全新的新船新箭新燃料，而且采取以飞代试、快速迭代的冒险举措。

　　一向自信的埃隆·马斯克曾暗示， “星舰”发射可能会因为技术原因而被推迟，还表示此次发射“不保证成功，但保证刺激！”马斯克4月16日在社交媒体直播中说，飞船能达到轨道高度即算任务成功，不过，他上个月曾估计，这次测试飞行成功的几率只有50%。

　　难在前所未有的新箭新船新燃料上

　　“星舰”全箭直径9米，高约120米，箭体材料主要采用不锈钢。

　　新箭——第一级被称作“超重型助推器”。高达69米，可加注推进剂3400吨，起飞总推力达到了惊人的7590吨，是“阿波罗计划”使用的土星5号重型火箭的2倍多。（中国最大推力火箭长征—5号起飞推力为1078吨。）

　　为了驱动庞大的箭体，“星舰”全箭共使用了36台海平面推力230吨的“猛禽”液氧甲烷发动机和3台真空推力285吨的真空版“猛禽”，这也是人类首款实用化的全流量分级燃烧循环发动机。SpaceX公司宣称，“星舰”在两级全回收状态下的近地轨道运力不低于100吨。（中国推力最大的火箭长征-5号使用的发动机YF-100推力只有120吨）。

　　新船——第二级实际上是特殊的飞船。也称“星舰”原型机。高约50米，可加注推进剂1200吨，推力1500吨左右，其推力是中国最大推力火箭长征—5号的1.5倍。此外，“星舰”取消了整流罩，在第二级顶部有类似航天飞机的载荷，有载人返回能力。过去几年，SpaceX已经执行了10多次“星舰”原型机试飞，并屡次在高空飞行后的着陆中爆炸，从最早的MK1开始到SN11，星舰原型机炸了10次。直到2022年5月SN15的试飞成功，并首次实现回收降落，为“星舰”的正式发射迈出关键一步。

　　新燃料——使用廉价的液氧甲烷推进剂。主要有五个方面的原因：第一，液氧甲烷的推进效率高，推进剂的理论比冲高达390秒，仅次于液氢液氧推进剂。第二，液氧甲烷推进剂燃烧无积碳，点火机构设计更容易，便于发动机回收复用。第三，甲烷的比热容较高，综合冷却性能达到煤油的3倍以上。第四，甲烷与液氧的沸点相差不到20摄氏度，贮箱间的隔热需求大幅下降，可以更方便地引入共底设计，减轻结构重量。第五，甲烷成本低廉。目前主要由天然气提纯获取，相比液氢，堪称“白菜价”。这对可重复使用、需加注数千吨推进剂的重型火箭来说省钱“立竿见影”。

　　按照原定的首飞计划，“星舰”此次首飞不同于传统一次性运载火箭，两级顺利分离后，其第一级像猎鹰9火箭第一级返场回收一样，完成调头、点火、反推等流程。

　　不过，出于安全性考虑，此次“星舰”第一级实际上不回收，而是下落至距发射场不远的海面上，再次启动反推，并缓缓落海。“星舰”第二级则在绕地球飞行大半圈后再入大气层，并以类似航天飞机的姿态返回，隔热瓦在承受再入高温后，保护第二级进入大气内滑翔并最终坠海，完成验证使命。

　　▲“星舰”局部隔热瓦特写

　　下一步“星舰”成败的关键在新箭上

　　前苏联N-1重型火箭，采用30台发动机并联，失败了！“星舰”采用的是33台并联发动机，风险和难度更大，但是如今电子技术和控制系统与苏联时代截然不同了。

　　▲苏联N-1重型火箭有30台发动机

　　▲“星舰”第一级安装了33台发动机

　　▲猎鹰重型火箭也采用了27台发动机并联的方式

　　据称，“星舰”采用了大量传感器，可以随时监测发动机的情况，一旦发现异常就能立即动态调整。同时它采用了大冗余设计，即便有多台发动机失效，也能保证火箭有足够推力完成任务。

　　“星舰”首次发射失败，原因是最多时有6台发动机不工作。

　　由于SpaceX公司通过大量的火箭回收，对控制火箭的空中姿态积累了丰富经验，特别是有27台发动机并联的猎鹰重型火箭的成功经验，33台发动机并联的“星舰”成功可能会指日可待。

　　重任在肩的“星舰”：火星梦未来可期

　　“星舰”是人类历史上最大、最强的运载火箭，而且可以被重复使用。

　　“星舰”的任务远不止“星链”项目，利用快速重复发射和在轨加注设计，有望载人驶向更遥远的深空。2021年4月，“星舰”在竞标中击败了强劲对手，将改造为“阿尔忒弥斯计划”的载人登月舱。“星舰”还是美军“全球快速投送”项目的目标载具，试图将80吨载荷在1小时内投送到全球任何地方。“星舰”更重要的使命还是火星殖民。

　　▲猎鹰 9火箭末子级摄像机拍摄的火箭与第二代“迷你版”星链卫星在太空即将分离的照片

　　马斯克对于2026年人类登陆火星保持“高度信心”。这比NASA计划将宇航员登上红色星球的时间表要早七年。NASA预计于2033年将人类首次送往火星。

　　马斯克还曾宣称，首次发射成本约30亿美元。一旦相关试验取得成功，将启动规模化生产，以每年建造100艘的速度，打造1000艘“星舰”组成的太空舰队，将10万人和相关物资运送到火星，实现从21世纪20年代后期开始移民火星的梦想。

　　2022年2月，在得克萨斯州博卡奇卡召开的“星舰”发布会上，马斯克说，“星舰”飞船6-8小时就可以重复使用，这样一天就可以发射3次，“超重”火箭助推器发射6分钟后就能返回，大约每小时就能发射一次。快速重复使用也意味着降低成本，“每次飞行可能只需几百万美元，甚至最少可能只要100万美元。”

　　▲“星舰”前往火星想象图

　　面对星辰大海和激进创新，中国只有直面挑战，才能最终赢得挑战！