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这一次比预想中走得更远。
当地时间11月18日晚,美国太空探索技术公司(SpaceX公司)进行第二次“星舰”(Starship)重型运载火箭的无人飞行测试。火箭顺利发射升空,33台发动机均正确启动。然而,在一级火箭达到工作时序后,二级火箭发生故障,火箭失去联系。
SpaceX 的直播主播、航天工程师John Insprucker表示,“我们找不到二级火箭的数据…… 我们可能找不到二级火箭了。”“第二级上的自动飞行终止系统似乎在燃烧后期触发了。”据美国有线电视新闻网报道,SpaceX已证实,星舰在失联后,自毁系统已被迫触发。
时隔七个月,SpaceX星舰发射再失败。但这次发射也取得了某种意义的成功——星舰完成了重要的技术验证:经过技术改进,这次发射没有损毁发射台;星舰与助推火箭成功完成“热分离”。
第一次试射任务,马斯克及其团队的预期并不高,其预计成功率只有50%。但这一次试射,SpaceX投入了更多心血。经过种种复盘,星舰完成1000多项修改更新,还极速走完“FAA”和“USFWS”的流程,野心蓬勃,蓄势待发。
早在2016年,马斯克就曾预言SpaceX将实现首次无人登陆火星、首次载人飞行等。SpaceX的星链业务拓展和推进也让火星“科幻故事”不再虚幻飘渺。今天的发射虽然失败,但却再一次向公众展示了航天宇宙观。
马斯克对于火星梦的执着,或许正如《埃隆·马斯克传》中所提及,“他的火星任务仿佛是对于重返家园的渴望,而他打造人形机器人的愿望似乎又在表达着一种对亲密情感关系的心理诉求”。
那么,此次星舰针对经验教训进行了哪些全新升级?马斯克对星舰持之以恒的投入,是为了什么?星舰试飞的背后,确定一个发射时间走了多少流程?以下,Enjoy:
星舰的升级:从SN24的炸“坑”中,更新千项内容
4月的星舰首飞,被网友调侃为巨资“烟花秀”。自那以后,SpaceX并没有消极怠工,反而快马加鞭推进下一次试飞进程。马斯克表示,SpaceX星舰实施了超1000项升级和改进,并进行了63次FAA规定的修正,以提高飞行安全和性能。
发射前(左)发射后(右) 图源:Space X
4月的星舰,为什么成了一场“烟花秀”?
SpaceX曾发表声明表示,助推器内部燃料泄漏引发了火灾。正是这个原因,导致SpaceX与星舰上的主要飞行计算机失去了联系,所以,“最终失去了对其控制”。
SpaceX的前任主管特里帕蒂则认为,更大的问题在于,SpaceX低估了自身发动机力量支撑火箭所需的防护。
即便遇到种种挫折,SpaceX仍然没有丧失信心或者坐以待毙。1000多项更新的努力,在新星舰上得到验证。
更新改进,远比想象中困难
1000多项改进对于每个火箭飞船来说,听起来似乎都合情合理,但放在“巨无霸”星舰上,难度系数激增。
相比普遍认知的飞船,星舰的“舰”完全不负虚名:120米高、9米直径、5000吨总重、7500吨起飞推力……
图源:BBC
如果对星舰的“大”还不具备一个明确的概念,下边这张动图足以说明:建一个“舰”、修一个“舰”,都不是件容易事!
如此“艰难”的情况下,SpaceX团队不仅完成了1000多项内容的更新,还使其完美通过FAA和USFWS的审核,属实是展示了一波实力。
针对星舰的明显改进,SpaceX前任务主管作出解读:
1.热分离尝试:上级飞船和助推器之间增加通风口
星舰由上级飞船和超重型助推器两部分构成。为了进行热分离(hot staging)尝试,SpaceX在二者之间增加了通风口和隔热罩。热分离技术主要通过引燃火箭两级之间的连接处,通过激增的温度和压力达到二者分离的目的。理想状态下,星舰在高空中完成分离,上级飞船飞往预设轨道。
马斯克表示,增设通风口和隔热罩可以让火焰自然溢出,火箭就不会“自己爆炸”。
前任务主管Abhi Tripathi曾表示,通常,助推器的主发动机在上级分离结束后才会重新启动;但在星舰二次试飞之际,上级飞船启动发动机,基本上与助推器仍然保持连接。
2.安全度提高:助推器与自毁系统
吸取了上次星舰未能两级分离,并且延迟爆炸的失控教训,SpaceX团队更注重星舰的安全设施修整,为助推器的组件增设更多保护和系统以减少火灾的发生。同时,针对星舰的自毁系统的意外延迟,团队还增强并重新认证了自主飞行安全系统(AFSS)以提高其可靠性。
3.环保力增强:发射台加设洪水系统
4月份的发射中,发射台的炸毁导致混凝土碎片在超过156万平方米的土地上飞舞,导致公园产生火灾。环保组织向FAA提起诉讼,这也引起了SpaceX的注意。因此,新星舰配置了两块厚钢板和一个喷水系统,通过向上喷水散发热量解决问题。
星舰的“OA”:连马斯克也躲不过的流程集邮
11月16日,距离马斯克最初预设的发射时间不到48小时,FAA才正式授予SpaceX 星舰的第二次发射许可。许可包含了安全、环境、政策和财务责任等所有要求。
而仅仅3分钟过后,SpaceX官网便官宣了星舰第二次试飞的具体时间。
想要发射一次星舰,远没有想象中容易。即便是马斯克,也逃不过一层层审批流程,就如同“OA”一般,导致试验发射一“鸽”再“鸽”。不要问为什么还没发射?因为星舰的“OA”都在路上。
此次发射倒计时前,马斯克还在推特上表示,“万物俱备,只欠最终许可的佳音。”
许可的申报固然需要时间,4月的发射失败则让这一过程变得更加复杂。上次星舰发射损坏了SpaceX的发射台,数百英亩的土地上散落着星舰碎片和混凝土,部分地区还引发了小型火灾。这让本就艰难的“OA”雪上加霜。马斯克曾在推特表示,可能要“2024年”才能继续发射。
此次发射,则在发射台下方加设了一个洪水系统,以抑制和纠正星舰起飞时的冲击力和伤害性。为此,FAA向FWS提交了一份生物评估的更新草案,并要求就《濒危物种法》与FWS进行磋商,以此审查纠正措施清单和预计损害。星舰团队紧随其后完成了FAA规定的必要纠正措施。
那么,“卡”住星舰的“OA”流程,都有哪些?
1.漫长的环境审查:美国鱼类和野生动物服务局(USFWS)
如果说FAA是终极关卡,那FWS就是打开这一关卡的钥匙。FWS的专家曾在彭博社中强调环境问题:“一旦FAA收到生态评估报告,将重新启动意见征询流程,我们将在135 天内发布最终版生态评估报告。”这段不确定的审查时间成为了发射的主要不确定性因素。
FAA对于星舰共进行了两次审查:
10月5日,FAA向FWS发送了最终版的动植物评估报告。按以往流程,FWS只要在30天以内审查完公告即可。然而,10月19日(国会山听证会结束的第二天)FWS就宣布完成审查。这对星舰而言倒是意外之喜。
随后,根据美国《濒危物种法案》(ESA)第7条规定,FAA必须进行咨询流程,以评估马斯克的星舰项目对濒危物种或是受威胁物种,以及对关键栖息地存在的潜在影响。
这一流程最长可以将战线拉到135天:
(1)正式咨询:90天以内完成。FAA和FWS共同商议星舰项目对于提及物种所存在的潜在影响。
(2)制定生物学意见:45天以内完成。包括采取何种合理谨慎的方式以减少威胁、破坏濒危物种或栖息地的行为,将不利影响最小化。
显然,FAA的不踩“DDL”的办事行为,为星舰提前发射助力许多。
11月14日,美国鱼类和野生动物服务局(USFWS)通过了关于星舰轨道发射台(OLM)底部的洪水系统通过补充环评的授权,但是每年限制使用次数为30次。这也是FAA更新飞行许可的最后一项重要依据。
该项授权主要针对SpaceX为保护发射塔架而增设的水冷钢板系统。
星舰团队为了加快审核进度,经常“云”喊话:
SpaceX副总裁比尔·格斯滕迈尔曾在美国参议院商业委员会空间小组委员会听证会上放言:
「如果还不改变现行监管,星舰项目就难以按时赶上阿尔忒弥斯载人登月,美国重返月球计划很可能就会被中国等竞争对手赶超!」
他直言美国正在落后:
「被简称为AST的商业空间运输办公室必须认识到:我们行业处在什么阶段,行业发展方向是什么,还有在监管这一新兴行业、促进、鼓励、扶持和保护公共安全方面的作用到底是什么。这是国会在《商业空间法》起草时的方向。要做到这一点,美国的监管速度必须与美国的创新步伐相匹配。我们正在落后。」
在多方力量的push下,FWS和FAA都没有让公众失望。尤其是FAA,多次提前完成任务,主动将“DDL”留给FWS做下一次推进的时间预留。
2.临门一脚:美国联邦航空管理局(FAA)批准试验
FWS的批准文件下发不久,FAA便批准了SpaceX星舰超重型运载火箭的第 2 次发射试验,认为其符合安全、环境、政策和财务责任要求。
为了星舰的顺利发射,FAA的工作效率也几乎拉满。
9月中旬,代理局长表示:「FAA最快今年10月份颁发星舰发射许可证」,但随后补了一句 :这之前,需要USFWS的审批手续。10月末,局长赶在万圣节赴约,发布简短声明,表示完成了对SpaceX星舰的安全审核,要和FWS继续开展合作以推进。10月5日,FAA便向FWS发送了最终版的动植物评估报告。
压力再次给到FWS!
FAA的表现确实足够公众买账。
FAA发布的书面重评估报告显示,星舰的各类拟议修改符合先前的环境文件。同时,2022 年计划环境评估中的数据仍然基本有效,不涉及重大环境变化,所有相关的事先批准条件在当前行动可以得到满足。
因此,不需要编写补充或新的环境文件来支持拟议行动。
当然,最后也不忘了补一句:本次 FAA 的授权只对 IFT-2 飞行生效。
至此,SpaceX总算没有辜负马斯克和网友们的期望,顺利走向“重头戏”——发射。
北京时间11月18日晚,SpaceX“星舰”从美国得克萨斯州的发射台发射升空。
据美国有线电视新闻网报道,SpaceX“星舰”第二次试飞比第一次做得更好——火箭已经发射升空,33台发动机均正确启动。
可火箭级间分离后,“超重”助推器爆炸,SpaceX原本希望引导它在海洋中可控溅落。但“星舰”飞船仍在移动,以更快的速度飞向太空。发射约9分钟后,在场者欢呼,马斯克也微微点了点头。但随后几分钟,任务控制中心似乎与“星舰”飞船失去联系,欢呼声逐渐平息。
最终,星舰没有完成所有预定计划,还是再次爆炸。同时,Space X公司已证实与“星舰”失联,工程师们认为是自毁机制触发的。
但一次伟大的失败同样鼓舞人心,SpaceX又一次用实际行动推动着人类航天迈向新纪元。正如马斯克所说:“这并不是一次失败,而是为下一次发射做了更充足的准备。”
星舰的未来:
为什么说星舰是全村的希望?
SpaceX在航空航天业脱颖而出,正是因为其极具勇气的“疯狂”想法;更是因为团队能够努力将“不可思议”变为现实。星舰得到广泛关注的原因也是如此。
飞行目标:SpaceX 星舰想做到什么?
这一次,星舰飞行的目标依旧明确:将星舰飞船送上环绕地球的轨道,然后重返大气层,并在夏威夷以北的太平洋上降落。
如果此次飞行测试成功,将预示着SpaceX成功的飞行测试将标志着SpaceX和NASA的一个重要里程碑,NASA 正在斥资数十亿美元购买星舰飞船末级的变体,用于将阿尔特弥斯宇航员从月球轨道送至月球表面。
按照结构打造来看,星舰可以运输 150 吨载荷到近地轨道,不考虑回收复用的话,甚至可以达到 250~300 吨。星舰在载人任务中,最多可以容纳足足 100 名宇航员同时工作和生活。这大幅超过了目前国内外普通载人飞船的容量:3~6 人。
按照回收预期来看,星舰基于SpaceX 的猛禽系列发动机和火箭回收复用技术建造。如果大胆“再前进”,可以实现全箭复用!航天史上尚未有过如此记录!
按照成本计算来看,就马斯克的说法,星舰的不锈钢主体、简易发射塔架、
液氧甲烷推进剂成本均较低,使其发射成本有望低于常规火箭。同时,未来的发射目标是:将平均发射成本压缩到 100 万美元。
目前,国际航天的报价约为:
货运1 万美元/千克、客运8000 万美元/人
如果成功,马斯克的价格则是:
货运10 美元/千克,客运 1 万美元/人
星舰的价格优势,让许多网友不由感叹一句:TA值得!
飞行价值和意义:SpaceX 星舰的期待值在哪?
在潜在风险方面,星舰呈现可控性和可接受性。
投入成本高、成功率低,却没能浇灭科技界对星舰成功发射的期待。这是因为,火箭的低成本、大批量制造,可以实现快速迭代、不断突破与发展。单个产品的一时失败并不会对整个项目产生难以挽回的影响。
比如,首次试验的星舰体,由Booster 7号和Ship24号组成。在发射之前,已经投入实际建造的Booster 排列到15号,Ship更是达到34号。这意味着,发射的经验远比失败的风险重要。
在应用价值层面,星舰的潜力空间也愈发明显。
首先,星舰是决定“移民火星梦”成败的核心运载工具。
低成本星舰如果能逐批次将物资运送到火星着陆,就能够用以维持小社群的可持续生活,甚至开发资源、改造星球,将马斯克的设想逐渐变现。
其次,星舰也是“加速月球探索”的秘密武器。
因为具有较强的着陆能力,星舰甚至拿到了NASA重返月球计划中的载人登陆月球合同。理想情况而言,经过设计的星舰将与月球空间站分离,带着宇航员和大量科研设备在月球表面登陆,成为空间站与月球间的定期航班,以更全面、更深入地探索和开发利用月球。
同时,星舰可以作为“地球洲际运输”的快捷工具。
既然星舰成本低廉,还能够载人载物,那在合理改装后,便可以成为“客运版”航班。地球随心飞,两小时抵达不是梦。附带一次失重俯瞰地球的全新体验,相信会有许多消费者愿意尝试。
总而言之,低成本、高运力、强适用三大核心竞争力足以吸引科技巨牛和广大网友对星舰进程的关注和支持。星舰作为航天领域内的一个新的“物种”,在各方面有着颠覆性创新的意义和高度。马斯克和其支持者对太阳系的野心,大部分押注在此。
《埃隆·马斯克传》中写道:“最有可能的结果无非就是,我会因此倾家荡产。但我有别的选择吗?眼睁睁看着太空探索没有丝毫进展?我们必须试一试,否则人类将永远被困在地球上。”
马斯克的想法既疯狂又实际,终有一天把人类送达火星的场面反复激励着他作出每个判断和决定。狂热的紧迫感中,SpaceX在马斯克的带领下,承担更多风险、打破各种常规、质疑各类要求以加快各类工作进度。所以,SpaceX能够实现了不起的目标。
为了人类文明作出冒险,无论是否掺杂商业意义,本身就具有不平凡的英雄主义和实干家精神。发射成功与否,顶礼膜拜或是嗤之以鼻,都无法改变马斯克真刀真枪的举措在航天事业中留下的痕迹。愿意承担风险的马斯克,此时此刻,是勇敢者的化身。
References:
1.SpaceX官网、Twitter、BBC
2.明天再次发射!让马斯克屡败屡战的“星舰”,这次真能改变航天新格局?BY/科普中国(ID:Science_China)
3.SpaceX最新视频泄密,“星舰”二次试飞有四大改进,前主管深入解读 BY/腾讯科技(ID:qqtech)
4.星舰将再次发射!马斯克为什么要着急去火星?BY凤凰网科技(ID:ifeng_tech)
5.距离星舰第 2 次综合飞行试验还有 1 天,已集齐“龙珠”BY 全球航天事件(ID:GlobalspaceEvents)
6.比FAA更难搞的是FWS!星舰不早于10月底复飞!仍需鱼类和野生动物管理局审查 BY 火星学会MarsSociety (ID:marssociety)