SpaceX星艦“失聯”,馬斯克的太空夢卻更進一步?
這次比預想中走得更遠。當地時間11月18日晚,美國太空探索科技公司(SpaceX公司)進行第二次「星艦」(Starship)重型運載火箭的無人飛行測試。火箭順利發射升空,33台引擎均正確啟動。然而,在一級火箭達到工作時序後,二級火箭發生故障,火箭失去聯繫。
SpaceX 的直播主播、航太工程師John Insprucker表示,「我們找不到二級火箭的數據… 我們可能找不到二級火箭了。」「第二級上的自動飛行終止系統似乎在燃燒後期觸發了」根據美國有線電視新聞網報道,SpaceX已證實,星艦在失聯後,自毀系統已被迫觸發。
時隔七個月,SpaceX星艦發射再失敗。但這次發射也取得了某種意義的成功——星艦完成了重要的技術驗證:經過技術改進,這次發射沒有損毀發射台;星艦與助推火箭成功完成「熱分離」。
第一次試射任務,馬斯克及其團隊的預期並不高,其預期成功率只有50%。但這次試射,SpaceX投入了更多心血。經過種種複盤,星艦完成1000多項修改更新,也極速走完「FAA」和「USFWS」的流程,野心蓬勃,蓄勢待發。
早在2016年,馬斯克就曾預言SpaceX將實現首次無人登陸火星、首次載人飛行等。SpaceX的星鏈業務拓展與推進也讓火星「科幻故事」不再虛幻飄渺。今天的發射雖然失敗,但卻再一次向大眾展示了航太宇宙觀。
馬斯克對於火星夢的執著,或許正如《伊隆馬斯克傳》中所提及,「他的火星任務彷彿是對於重返家園的渴望,而他打造人形機器人的願望似乎又在表達著一種對親密情感關係的心理訴求」。
那麼,此次星艦針對經驗教訓進行了哪些全新升級呢?馬斯克對星艦持之以恆的投入,是為了什麼?星艦試飛的背後,確定一個發射時間走了多少流程?以下,Enjoy:
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星艦的升級:
從SN24的炸「坑」中,更新千項內容
4月的星艦首飛,被網友調侃為巨資「煙火秀」。自那以後,SpaceX並沒有消極怠工,反而快馬加鞭推進下一次試飛進程。馬斯克表示,SpaceX星艦實施了超1000項升級和改進,並進行了63次FAA規定的修正,以提高飛行安全和性能。
發射前(左)發射後(右) 圖源:Space X
·4月的星艦,為什麼成了一場「煙火秀」?
SpaceX曾發表聲明表示,助推器內部燃料洩漏引發了火災。正是這個原因,導致SpaceX與星艦上的主要飛行計算機失去了聯繫,所以,「最終失去了對其控制」。
SpaceX的前主管特里帕蒂則認為,更大的問題在於,SpaceX低估了自身引擎力量支撐火箭所需的防護。
即便遇到種種挫折,SpaceX仍沒有喪失信心或坐以待斃。1000多項更新的努力,在新星艦上得到驗證。
·更新改進,遠比想像中困難
1000多項改進對於每個火箭飛船來說,聽起來似乎都合理,但放在“巨無霸”星艦上,難度係數激增。
相較於普遍認知的飛船,星艦的「艦」完全不負虛名:120公尺高、9公尺直徑、5000噸總重、7500噸起飛推力…
圖源:BBC
如果對星艦的“大”還不具備一個明確的概念,下邊這張動圖足以說明:建一個“艦”、修一個“艦”,都不是件容易事!
在如此「艱難」的情況下,SpaceX團隊不僅完成了1000多項內容的更新,還使其完美通過FAA和USFWS的審核,屬實是展現了一波實力。
針對星艦的明顯改進,SpaceX前任務主管作出解讀:
1.熱分離嘗試:上級太空船與助推器之間增加通風口
星艦由上級太空船和超重型助推器兩部分構成。為了進行熱分離(hot staging)嘗試,SpaceX在二者之間增加了通風口和隔熱罩。熱分離技術主要透過引燃火箭兩級之間的連接處,透過激增的溫度和壓力達到二者分離的目的。理想狀態下,星艦在高空中完成分離,上級太空船飛往預設軌道。
馬斯克表示,增設通風口和隔熱罩可以讓火焰自然溢出,火箭就不會「自己爆炸」。
前任務主管Abhi Tripathi曾表示,通常,助推器的主發動機在上級分離結束後才會重新啟動;但在星艦二次試飛之際,上級飛船啟動發動機,基本上與助推器仍然保持連接。
2.安全度提高:助推器與自毀系統
吸取了上次星艦未能兩級分離,並且延遲爆炸的失控教訓,SpaceX團隊更注重星艦的安全設施修整,為助推器的組件增設更多保護和系統以減少火災的發生。同時,針對星艦的自毀系統的意外延遲,團隊也增強並重新認證了自主飛行安全系統(AFSS)以提高其可靠性。
3.環保力增強:發射台加設洪水系統
4月的發射中,發射台的炸毀導致混凝土碎片在超過156萬平方公尺的土地上飛舞,導致公園產生火災。環保組織向FAA提起訴訟,也引起了SpaceX的注意。因此,新星艦配置了兩塊厚鋼板和一個噴水系統,透過向上噴水散發熱量解決問題。
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星艦的「OA」:
連馬斯克也躲不過的流程集郵
11月16日,距離馬斯克最初預設的發射時間不到48小時,FAA才正式授予SpaceX 星艦的第二次發射許可。許可包含了安全、環境、政策和財務責任等所有要求。
而僅僅3分鐘過後,SpaceX官網便官宣了星艦第二次試飛的具體時間。
想要發射一次星艦,遠沒有想像中容易。即便是馬斯克,也逃不過一層層審核流程,就如同「OA」一般,導致試驗發射一「鴿」再「鴿」。不要問為什麼還沒發射?因為星艦的「OA」都在路上!
在此次發射倒數計時前,馬斯克還在Twitter上表示,“萬物俱備,只欠最終許可的佳音。”
許可的申報固然需要時間,4月的發射失敗則讓這個過程變得更加複雜。上次星艦發射損壞了SpaceX的發射台,數百英畝的土地上散落著星艦碎片和混凝土,部分地區也引發了小型火災。這讓本就艱難的「OA」雪上加霜。馬斯克曾在Twitter表示,可能要「2024年」才能繼續發射。
這次發射,則在發射台下方加設了一個洪水系統,以抑制和糾正星艦起飛時的衝擊力和傷害性。為此,FAA向FWS提交了一份生物評估的更新草案,並要求就《瀕危物種法》與FWS進行磋商,以此審查糾正措施清單和預計損害。星艦團隊緊接著完成了FAA規定的必要糾正措施。
那麼,「卡」住星艦的「OA」流程,都有哪些?
1.漫長的環境審查:美國魚類和野生動物服務局(USFWS)
如果說FAA是終極關卡,那麼FWS就是打開這關卡的鑰匙。FWS的專家曾在彭博社中強調環境問題:「一旦FAA收到生態評估報告,將重新啟動意見徵詢流程,我們將在135 天內發布最終版生態評估報告。」這段不確定的審查時間成為了發射的主要不確定性因素。
FAA對於星艦共進行了兩次審查:
10月5日,FAA向FWS發送了最終版的動植物評估報告。依以往流程,FWS只要在30天以內審查完公告即可。然而,10月19日(國會山莊聽證會結束的第二天)FWS就宣布完成審查。這對星艦而言倒是意外之喜。
隨後,根據美國《瀕危物種法案》(ESA)第7條規定,FAA必須進行諮詢流程,以評估馬斯克的星艦計畫對瀕危物種或是受威脅物種,以及對關鍵棲息地存在的潛在影響。
這項流程最長可以將戰線拉到135天:
(1)正式諮詢:90天以內完成。FAA和FWS共同商議星艦計畫對於提及物種所存在的潛在影響。
(2)制定生物學意見:45天以內完成。包括採取何種合理謹慎的方式以減少威脅、破壞瀕危物種或棲息地的行為,將不利影響最小化。
顯然,FAA的不踩「DDL」的辦事行為,為星艦提前發射助力許多。
11月14日,美國魚類和野生動物服務局(USFWS)通過了關於星艦軌道發射台(OLM)底部的洪水系統通過補充環評的授權,但是每年限制使用次數為30次。這也是FAA更新飛行許可的最後一項重要依據。
此項授權主要針對SpaceX為保護發射塔架而增設的水冷鋼板系統。
星艦團隊為了加速審核進度,常常「雲」喊話:
SpaceX副總裁比爾‧格斯滕邁爾曾在美國參議院商業委員會太空小組委員會聽證會上放言:
「如果還不改變現行監管,星艦計畫就難以按時趕上阿爾忒彌斯載人登月,美國重返月球計畫很可能就會被中國等競爭對手追趕!」
他直言美國正在落後:
「被簡稱為AST的商業空間運輸辦公室必須認識到:我們行業處在什麼階段,行業發展方向是什麼,還有在監管這一新興行業、促進、鼓勵、扶持和保護公共安全方面的作用到底是什麼。這是國會在《商業空間法》起草時的方向。要做到這一點,美國的監管速度必須與美國的創新步伐相匹配。我們正在落後。”
在多方力量的push下,FWS和FAA都沒有讓大眾失望。尤其是FAA,多次提前完成任務,主動將「DDL」留給FWS做下一次推進的時間預留。
2.臨門一腳:美國聯邦航空管理局(FAA)核准試驗
FWS的核准文件下發不久,FAA就批准了SpaceX星艦超重型運載火箭的第2 次發射試驗,認為符合安全、環境、政策和財務責任要求。
為了星艦的順利發射,FAA的工作效率也幾乎拉滿。
9月中旬,代理局長表示:“FAA最快今年10月份頒發星艦發射許可證”,但隨後補了一句:這之前,需要USFWS的審批手續。10月末,局長趕在萬聖節赴約,發布簡短聲明,表示完成了對SpaceX星艦的安全審核,要和FWS繼續合作以推進。10月5日,FAA便向FWS發送了最終版的動植物評估報告。
壓力再次給到FWS!
FAA的表現確實足夠民眾買單。
FAA發布的書面重評估報告顯示,星艦的各類擬議修改符合先前的環境文件。同時,2022 年計畫環境評估中的數據仍然基本有效,不涉及重大環境變化,所有相關的事先批准條件在當前行動可以滿足。
因此,不需要編寫補充或新的環境文件來支持擬議行動。
當然,最後也不忘了補一句:本次FAA 的授權只對IFT-2 飛行生效。
至此,SpaceX總算沒有辜負馬斯克和網友們的期望,順利走向「重頭戲」-發射。
北京時間11月18日晚,SpaceX「星艦」從美國德州的發射台發射升空。
根據美國有線電視新聞網報道,SpaceX「星艦」第二次試飛比第一次做得更好——火箭已經發射升空,33台引擎都正確啟動。
可火箭級間分離後,「超重」助推器爆炸,SpaceX原本希望引導它在海洋中可控濺落。但「星艦」飛船仍在移動,以更快的速度飛向太空。發射約9分鐘後,在場者歡呼,馬斯克也微微點了點頭。但隨後幾分鐘,任務控制中心似乎與「星艦」飛船失去聯繫,歡呼聲也逐漸平息。
最終,星艦沒有完成所有預定計劃,還是再次爆炸。同時,Space X公司已證實與「星艦」失聯,工程師認為是自毀機制觸發的。
但一次偉大的失敗同樣鼓舞人心,SpaceX又一次用實際行動推動著人類航天邁向新紀元。正如馬斯克所說:“這並不是一次失敗,而是為下一次發射做了更充足的準備。”
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星艦的未來:
為什麼說星艦是全村的希望?
SpaceX在航空航太產業中脫穎而出,正是因為其極具勇氣的「瘋狂」想法;更是因為團隊能夠努力將「不可思議」變成現實。星艦得到廣泛關注的原因也是如此。
·飛行目標:SpaceX 星艦想做到什麼?
這次,星艦飛行的目標依舊明確:將星艦飛船送上環繞地球的軌道,然後重返大氣層,並在夏威夷以北的太平洋上降落。
如果這次飛行測試成功,將預示著SpaceX成功的飛行測試將標誌著SpaceX和NASA的一個重要里程碑,NASA 正在斥資數十億美元購買星艦飛船末級的變體,用於將阿爾特彌斯太空人從月球軌道送至月球表面。
依照結構打造來看,星艦可以運輸150 噸載重到近地軌道,不考慮回收復用的話,甚至可以達到250~300 噸。星艦在載人任務中,最多可容納足足100 名太空人同時工作和生活。這大幅超過了目前國內外普通載人飛船的容量:3~6 人。
依照回收預期來看,星艦基於SpaceX 的猛禽系列引擎和火箭回收復用技術建造。如果大膽“再前進”,可以實現全箭復用!航太史上尚未有如此紀錄!
依成本計算來看,就馬斯克的說法,星艦的不銹鋼主體、簡易發射塔架、
液態氧甲烷推進劑成本均較低,使其發射成本可望低於常規火箭。同時,未來的發射目標是:將平均發射成本壓縮到100 萬美元。
目前,國際航天的報價約為:
貨運1 萬美元/公斤、客運8,000 萬美元/人
如果成功,馬斯克的價格則是:
貨運10 美元/公斤,客運1 萬美元/人
星艦的價格優勢,讓許多網友不由感嘆:TA值得!
·飛行價值與意義:SpaceX 星艦的期待值在哪裡?
在潛在風險方面,星艦呈現可控性和可接受性。
投入成本高、成功率低,卻沒能澆熄科技界對星艦成功發射的期待。這是因為,火箭的低成本、大量製造,可以實現快速迭代、不斷突破與發展。單一產品的一時失敗並不會對整個專案產生難以挽回的影響。
例如,首次試驗的星艦體,由Booster 7號和Ship24號組成。在發射之前,已經投入實際建造的Booster 排列到15號,Ship更是達到34號。這意味著,發射的經驗遠比失敗的風險重要。
在應用價值層面,星艦的潛力空間也愈發明顯。
首先,星艦是決定「移民火星夢」成敗的核心運載工具。
低成本星艦如果能逐批次將物資運送到火星著陸,就能夠用以維持小社區的可持續生活,甚至開發資源、改造星球,將馬斯克的設想逐漸變現。
其次,星艦也是「加速月球探索」的秘密武器。
因為具有較強的著陸能力,星艦甚至拿到了NASA重返月球計畫中的載人登陸月球合約。理想情況而言,經過設計的星艦將與月球太空站分離,帶著太空人和大量科學研究設備在月球表面登陸,成為太空站與月球之間的定期航班,以更全面、更深入地探索和開發利用月球。
同時,星艦可以作為「地球洲際運輸」的快速工具。
既然星艦成本低廉,還能夠載人載物,那在合理改裝後,便可以成為「客運版」航班。地球隨心飛,兩小時抵達不是夢。附帶一次失重俯瞰地球的全新體驗,相信會有許多消費者願意嘗試。
總而言之,低成本、高運能、強適用三大核心競爭力足以吸引科技巨牛和廣大網友對星艦進程的關注與支持。星艦作為航太領域內的一個新的“物種”,在各方面有著顛覆性創新的意義和高度。馬斯克及其支持者對太陽系的野心,大部分都押注在此。
《馬斯克傳》寫道:「最有可能的結果無非就是,我會因此傾家蕩產。但我有別的選擇嗎?眼睜睜看著太空探索沒有絲毫進展?我們必須試一試,否則人類將永遠被困在地球上。”
馬斯克的想法既瘋狂又實際,終有一天把人類送達火星的場面反覆激勵他做出每個判斷和決定。在狂熱的迫切感中,SpaceX在馬斯克的帶領下,承擔更多風險、打破各種常規、質疑各類要求以加速各類工作進度。所以,SpaceX能夠實現了不起的目標。
為了人類文明作出冒險,無論是否摻雜商業意義,本身就具有不平凡的英雄主義和實踐家精神。發射成功與否,頂禮膜拜或是嗤之以鼻,都無法改變馬斯克真刀真槍的舉措在航太事業中留下的痕跡。願意承擔風險的馬斯克,此時此刻,是勇敢者的化身。