作者 | 王笑漁

(資料圖片)

標題 | 周到

“炸了！炸了！”

曾幾何時，這是美國媒體對美國太空探索技術公司SpaceX報道時，最常用的標題格式。在過去兩年，SpaceX的星際飛船（Starship）進行過無數(shù)次的測試，屢屢遭遇爆炸和損毀。

較為嚴重的一次，是2021年3月第12次星際飛船原型測試爆炸事件。其中炸出無數(shù)的碎片，讓SpaceX花了三個月才清理干凈。

2021年SN10 Starship爆炸

契訶夫曾說過：“困難和折磨對于人來說，是一把打向坯料的錘。打掉的應是脆弱的鐵屑,鍛成的將是鋒利的鋼。”而如今的SpaceX正從陰霾中緩緩走出，并迎來新的里程碑。

北京時間2023年2月10日凌晨5時，美國當?shù)貢r間2月9日晚間，SpaceX成功進行了一次超重型火箭助推器原型Booster 7的靜態(tài)點火測試。雖然沒有全發(fā)動機點火，而且整個點火過程雖然只持續(xù)了約5秒的時間，但它已經(jīng)超越了蘇聯(lián)N1火箭一級30顆NK-15發(fā)動機同時點火的記錄。

SpaceX 31個引擎靜態(tài)點火

SpaceX創(chuàng)始人埃隆·馬斯克在社交媒體平臺上寫到：“團隊在開始前關閉了1個引擎，1個引擎自行停止，所以總共有31個引擎點火。但仍有足夠的引擎進入軌道！”

我們很多讀者可能并不了解，這種將大量小型發(fā)動機并聯(lián)組合成載人登月火箭這種技術方案有多么危險。因為，當一個系統(tǒng)變得復雜時，它的可靠性就會大大降低。SpaceX能并聯(lián)如此多數(shù)量的火箭，同時還能保證系統(tǒng)運行的可靠性，這本身就是一件難于上青天的事情。

在上世紀60年代美蘇冷戰(zhàn)期間，雙方曾圍繞載人登月進行過長時間的太空競賽。

因為技不如人和資金缺乏的原因，蘇聯(lián)無法在同樣的時間研發(fā)出像美國土星5號那樣的大推力運載火箭。但隨著美國的土星5號火箭在同期進行了多次成功發(fā)射，蘇聯(lián)高層坐不住了。為了搶在美國阿波羅飛船之前完成載人登月任務，蘇聯(lián)高層甚至跳過了N1火箭的獨立測試飛行測試，在該火箭的第一次發(fā)射時就為其搭載了聯(lián)盟7K-L1登月飛船。

30個并聯(lián)NK-33發(fā)動機：像不像煤氣灶？

時間緊任務急，蘇聯(lián)的科研人員們只能寄希望于大力出奇跡了。他們將30臺NK-33型發(fā)動機并聯(lián)組成N1火箭的1級結構，用“眾籌”的方式試圖提升火箭的1級推力。按理說，NK-33發(fā)動機的足夠先進，一度是人類歷史上推重比最高的火箭發(fā)動機，直到21世紀被SpaceX的默林火箭發(fā)動機超越。

但問題在于，放在1969年1月的這個時間點上，構成N1火箭1級推進結構的30臺NK-33發(fā)動機才剛剛出廠，并沒有經(jīng)過點火測試，還因為各種調試過程以及發(fā)射氣象條件不佳的原因在發(fā)射臺上被風吹日曬了四個星期。最終在1969年2月21日的第一次試驗發(fā)射中，N1火箭因為1級火箭中的其中1個發(fā)動機的意外熄火，引發(fā)系統(tǒng)關閉了所有30個推進火箭。隨后在點火3分鐘后，N1火箭失去動力在距離發(fā)射塔52公里處墜毀。

在共3年多的時間里，N1火箭進行了4次發(fā)射，無一例外地以失敗告終。其中的第二次事故里，由于其中1臺發(fā)動機吸入異物，導致承擔1級推進任務的全部30個發(fā)動機在火箭升空200米后全部熄火，進而致使N1火箭攜帶著2300噸推進劑在發(fā)射臺墜毀并爆炸。

爆炸后的發(fā)射臺

直到爆炸發(fā)生半小時后，現(xiàn)場人員才被允許走出掩體，而當時天空中還在下著煤油雨。這次爆炸破壞力相當于7000噸當量TNT，炸碎了方圓10公里內(nèi)所有建筑物的玻璃，火光在相距發(fā)射場35公里外的列寧斯克市都清晰可見。不過幸好因為疏散即使，事故并沒有造成人員傷亡。但這次發(fā)射徹底炸毀了火箭發(fā)射臺，導致工作人員用18個的時間對其進行了重建。在4次連續(xù)失敗后，蘇聯(lián)被迫放棄了載人登月項目，在冷戰(zhàn)的太空競賽中漸漸落后。

如此來看，SpaceX將超過30個引擎進行并聯(lián)，難度顯然不言而喻。而這次的靜態(tài)點火雖然沒有讓飛船升空，但卻意味著星際飛船完成了進行軌道發(fā)射前最后一步。接下來的3月或者4月，我們很可能就能看到星際飛船進行首次軌道飛行測試——距離馬斯克的火星移民計劃，又近了。

“總有一天，星際飛船會帶我們?nèi)セ鹦恰薄?/strong>馬斯克說道。

成功點火，意味著什么？

SpaceX的星際飛船（Starship）由兩個可重復使用的部分組成，一個是約70米高的第一級助推器Super Heavy，一個是50米高的航天器Starship。它們被統(tǒng)稱為星際飛船——代表了一個完全可重復使用的運輸系統(tǒng)，旨在將船員和貨物運送到地球軌道、月球、火星及更遠的地方。

Starship

星際飛船的第一代原型機為星蟲（Starhopper），第二代原型機（Starship No.X）簡稱為SNX，X為編號。超重助推器（Super Heavy Booster No.X）簡稱BX，X為編號。

從2019年開始，星際飛船已經(jīng)歷過數(shù)十版的迭代和進化，其中部分原型機在測試中炸毀。到目前，航天器Starship迭代到了SN24，而助推器Super Heavy則為Booster 7。

航天器在上，助推器在下，兩者均由SpaceX的猛禽發(fā)動機（Raptor）提供動力，以液態(tài)甲烷和液態(tài)氧 (CH4 / LOX) 為燃料。其中，助推器Super Heavy上有33個猛禽火箭發(fā)動機，而Starship上有6個。這次成功進行靜態(tài)點火測試的，正是底部的助推器Super Heavy。

值得注意的是，SpaceX在獵鷹9號火箭上用的并不是猛禽，而用液氧煤油的梅林發(fā)動機（Merlin rocket engine）。雖然它也能夠撐到馬斯克太空移民的目的地——火星，但在其上面卻得不到補充的能源。而且，液氧煤油容易出現(xiàn)積碳、結焦，難以重復使用。

所以，SpaceX開發(fā)了猛禽發(fā)動機，其動力來源正是火星上能制造出來的——甲烷。

Raptor猛禽火箭發(fā)動機

猛禽發(fā)動機是世界上第一種實用化的甲烷火箭發(fā)動機，同時也是世界上第一種實用化的全流量分級燃燒火箭發(fā)動機。

所謂的全流量分級燃燒發(fā)動機，是通過使用多個燃燒室，部分燃料先進入預燃室燃燒，產(chǎn)生的推力再推動渦輪泵，驅動全部燃料進入主燃燒室燃燒并產(chǎn)生推力，可以將每一絲的燃料都轉換成推力。

猛禽發(fā)動機的直徑僅有為1.3米，室壓約30兆帕，單臺推力不低于200噸，盡管推力略小于藍色起源（亞馬遜創(chuàng)始人貝索斯的商業(yè)太空公司）的BE-4，但體積和燃料利用率卻遠優(yōu)于后者。

猛禽火箭發(fā)動機

但與其說猛禽發(fā)動機是燒甲烷的，不如說是“燒錢”的。

在2009-2015年間，猛禽發(fā)動機一直由SpaceX公司自籌資金研制?到2016年，美國空軍決定支持SpaceX公司的液氧/甲烷發(fā)動機研制項目，并提供了3360萬美元的研制資金，但同時還要求SpaceX自己也要投入6730萬美元的研制經(jīng)費?

所以，復用性也是猛禽發(fā)動機開發(fā)的基礎要求之一。馬斯克之前表示，未來安裝在星際飛船上的猛禽發(fā)動機可免維護使用100次，簡單維護后可以重復使用1000次。

理論上，復用次數(shù)越多，意味著單次發(fā)射的成本越低，最終“太空船票”也就會越來越便宜。但短期內(nèi)，太空旅行仍是有錢人的游戲。

上太空，仍是富人的游戲

任何事物都是明碼標價的，太空旅行也不例外。

2022年4月，載有首個全平民乘組的美國“SpaceX Crew Dragon”商用飛船抵達國際空間站。除NASA前宇航員邁克爾·洛佩斯-阿萊格里亞之外，此次搭乘飛船參加太空旅行的乘客還包括美國人拉里·康納、加拿大人馬克·帕西以及以色列人伊爾坦·施蒂比。這3位乘客各自要為旅行支付5500萬美元。

貝索斯的藍色起源，首次亞軌道飛行的票價高達2000萬美元，在可重復使用的運載火箭的幫助下，如今的票價已降至每次二三十萬美元之間。

藍色起源

理查德·布蘭森帶領的維珍銀河去年發(fā)售的太空旅行機票售價為45萬美元，但要先付15萬美元押金，旅行時長為90分鐘。期間將提供幾分鐘的離座失重體驗和地球景色觀賞項目。

與藍色起源和維珍銀河在“太空邊緣”觀光不同，SpaceX的太空旅行是正兒八經(jīng)的要送富人們到月亮上去。日本富豪前澤友作（Yusaku Maezawa）在2018年重金包下的SpaceX繞月之旅的所有座位。在2022年12月，他宣布了10名機組人員，其中還包括了韓國明星BIGBANG成員TOP。

前澤友作的機組人員

這次繞月之旅，是要到達距離月球表面200公里以內(nèi)的地方。最初計劃使用獵鷹重型與龍飛船的組合運載器，但后來改為星際飛船（Starship），也就是這次進行發(fā)動機靜態(tài)點火測試的那艘。

最早的計劃是2023年四季度發(fā)射，但以現(xiàn)在的進度來看，雖然星際飛船的靜態(tài)點火測試完成，但真正要奔赴月球仍有待時日。

在發(fā)動機靜態(tài)點火之前一天，SpaceX總裁兼首席運營官 Gwynne Shotwell公開表示，星際飛船需要經(jīng)過數(shù)百次無人飛行驗證后，才能用于載人飛行。星際飛船會先用于載人登月任務，而后再考慮在登陸火星任務中使用星際飛船。星際飛船首次載人登陸火星的目標時間，或許可以是在2030年。

最后能不能上月球和火星再說，至少現(xiàn)在的SpaceX靠已經(jīng)開始有盈利的跡象了。Shotwell表示，SpaceX公司的關鍵業(yè)務線正在盈利，美國國家航空航天局所依賴的主要火箭發(fā)射服務之一已經(jīng)成為該公司的盈利來源之一。

馬斯克的火星移民計劃

去年，SpaceX取得了幾個新的里程碑成就。該公司在2022年共發(fā)射了61次火箭，幾乎是2021年31次發(fā)射的兩倍。獵鷹9號運載火箭也借此成為了一年內(nèi)單一型號發(fā)射次數(shù)最多的火箭。此外，SpaceX的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)服務星鏈（Starlink）的用戶超過了100萬。她還表示，在2022財年，若不包括發(fā)射相關費用，星鏈有一個財季現(xiàn)金流為正。

寫在最后

在SpaceX的官網(wǎng)上，寫著馬斯克曾說過的話：“你想要早上醒來睜開眼睛時，希望我們的未來會更好——這就是作為一個太空文明的意義所在。就是相信未來，認為未來會比過去更好。我想不出還有什么比去宇宙中，在那里和星辰在一起更令人興奮的了。”

但目前看來，太空旅行的興奮感都是留給富人們?nèi)ハ硎艿模胀ɡ习傩諅冞€在為特斯拉漲漲跌跌的那幾千塊，而爭論不休。