作者 | 王笑漁

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標(biāo)題 | 周到

“炸了！炸了！”

曾幾何時(shí)，這是美國(guó)媒體對(duì)美國(guó)太空探索技術(shù)公司SpaceX報(bào)道時(shí)，最常用的標(biāo)題格式。在過去兩年，SpaceX的星際飛船（Starship）進(jìn)行過無數(shù)次的測(cè)試，屢屢遭遇爆炸和損毀。

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

2021年SN10 Starship爆炸

契訶夫曾說過：“困難和折磨對(duì)于人來說，是一把打向坯料的錘。打掉的應(yīng)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(shí)間2023年2月10日凌晨5時(shí)，美國(guó)當(dāng)?shù)貢r(shí)間2月9日晚間，SpaceX成功進(jìn)行了一次超重型火箭助推器原型Booster 7的靜態(tài)點(diǎn)火測(cè)試。雖然沒有全發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，而且整個(gè)點(diǎn)火過程雖然只持續(xù)了約5秒的時(shí)間，但它已經(jīng)超越了蘇聯(lián)N1火箭一級(jí)30顆NK-15發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)點(diǎn)火的記錄。

SpaceX 31個(gè)引擎靜態(tài)點(diǎn)火

SpaceX創(chuàng)始人埃隆·馬斯克在社交媒體平臺(tái)上寫到：“團(tuán)隊(duì)在開始前關(guān)閉了1個(gè)引擎，1個(gè)引擎自行停止，所以總共有31個(gè)引擎點(diǎn)火。但仍有足夠的引擎進(jìn)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(dòng)機(jī)并聯(lián)組合成載人登月火箭這種技術(shù)方案有多么危險(xiǎn)。因?yàn)椋?dāng)一個(gè)系統(tǒng)變得復(fù)雜時(shí)，它的可靠性就會(huì)大大降低。SpaceX能并聯(lián)如此多數(shù)量的火箭，同時(shí)還能保證系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，這本身就是一件難于上青天的事情。

在上世紀(jì)60年代美蘇冷戰(zhàn)期間，雙方曾圍繞載人登月進(jìn)行過長(zhǎng)時(shí)間的太空競(jìng)賽。

因?yàn)榧疾蝗缛撕唾Y金缺乏的原因，蘇聯(lián)無法在同樣的時(shí)間研發(fā)出像美國(guó)土星5號(hào)那樣的大推力運(yùn)載火箭。但隨著美國(guó)的土星5號(hào)火箭在同期進(jìn)行了多次成功發(fā)射，蘇聯(lián)高層坐不住了。為了搶在美國(guó)阿波羅飛船之前完成載人登月任務(wù)，蘇聯(lián)高層甚至跳過了N1火箭的獨(dú)立測(cè)試飛行測(cè)試，在該火箭的第一次發(fā)射時(shí)就為其搭載了聯(lián)盟7K-L1登月飛船。

30個(gè)并聯(lián)NK-33發(fā)動(dòng)機(jī)：像不像煤氣灶？

時(shí)間緊任務(wù)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(tái)NK-33型發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)組成N1火箭的1級(jí)結(jié)構(gòu)，用“眾籌”的方式試圖提升火箭的1級(jí)推力。按理說，NK-33發(fā)動(dòng)機(jī)的足夠先進(jìn)，一度是人類歷史上推重比最高的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，直到21世紀(jì)被SpaceX的默林火箭發(fā)動(dòng)機(jī)超越。

但問題在于，放在1969年1月的這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，構(gòu)成N1火箭1級(jí)推進(jìn)結(jié)構(gòu)的30臺(tái)NK-33發(fā)動(dòng)機(jī)才剛剛出廠，并沒有經(jīng)過點(diǎn)火測(cè)試，還因?yàn)楦鞣N調(diào)試過程以及發(fā)射氣象條件不佳的原因在發(fā)射臺(tái)上被風(fēng)吹日曬了四個(gè)星期。最終在1969年2月21日的第一次試驗(yàn)發(fā)射中，N1火箭因?yàn)?級(jí)火箭中的其中1個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的意外熄火，引發(fā)系統(tǒng)關(guān)閉了所有30個(gè)推進(jìn)火箭。隨后在點(diǎn)火3分鐘后，N1火箭失去動(dòng)力在距離發(fā)射塔52公里處墜毀。

在共3年多的時(shí)間里，N1火箭進(jìn)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(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)吸入異物，導(dǎo)致承擔(dān)1級(jí)推進(jìn)任務(wù)的全部30個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)在火箭升空200米后全部熄火，進(jìn)而致使N1火箭攜帶著2300噸推進(jìn)劑在發(fā)射臺(tái)墜毀并爆炸。

爆炸后的發(fā)射臺(tái)

直到爆炸發(fā)生半小時(shí)后，現(xiàn)場(chǎng)人員才被允許走出掩體，而當(dāng)時(shí)天空中還在下著煤油雨。這次爆炸破壞力相當(dāng)于7000噸當(dāng)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(chǎng)35公里外的列寧斯克市都清晰可見。不過幸好因?yàn)槭枭⒓词梗鹿什]有造成人員傷亡。但這次發(fā)射徹底炸毀了火箭發(fā)射臺(tái)，導(dǎo)致工作人員用18個(gè)的時(shí)間對(duì)其進(jìn)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(xiàng)目，在冷戰(zhàn)的太空競(jìng)賽中漸漸落后。

如此來看，SpaceX將超過30個(gè)引擎進(jìn)行并聯(lián)，難度顯然不言而喻。而這次的靜態(tài)點(diǎn)火雖然沒有讓飛船升空，但卻意味著星際飛船完成了進(jìn)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(jìn)行首次軌道飛行測(cè)試——距離馬斯克的火星移民計(jì)劃，又近了。

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

成功點(diǎn)火，意味著什么？

SpaceX的星際飛船（Starship）由兩個(gè)可重復(fù)使用的部分組成，一個(gè)是約70米高的第一級(jí)助推器Super Heavy，一個(gè)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(gè)完全可重復(fù)使用的運(yùn)輸系統(tǒng)，旨在將船員和貨物運(yùn)送到地球軌道、月球、火星及更遠(yuǎn)的地方。

Starship

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

從2019年開始，星際飛船已經(jīng)歷過數(shù)十版的迭代和進(jìn)化，其中部分原型機(jī)在測(cè)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(dòng)機(jī)（Raptor）提供動(dòng)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(gè)猛禽火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，而Starship上有6個(gè)。這次成功進(jìn)行靜態(tài)點(diǎn)火測(cè)試的，正是底部的助推器Super Heavy。

值得注意的是，SpaceX在獵鷹9號(hào)火箭上用的并不是猛禽，而用液氧煤油的梅林發(fā)動(dòng)機(jī)（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(bǔ)充的能源。而且，液氧煤油容易出現(xiàn)積碳、結(jié)焦，難以重復(fù)使用。

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

Raptor猛禽火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)是世界上第一種實(shí)用化的甲烷火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)也是世界上第一種實(shí)用化的全流量分級(jí)燃燒火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

所謂的全流量分級(jí)燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)，是通過使用多個(gè)燃燒室，部分燃料先進(jìn)入預(yù)燃室燃燒，產(chǎn)生的推力再推動(dòng)渦輪泵，驅(qū)動(dòng)全部燃料進(jìn)入主燃燒室燃燒并產(chǎn)生推力，可以將每一絲的燃料都轉(zhuǎn)換成推力。

猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的直徑僅有為1.3米，室壓約30兆帕，單臺(tái)推力不低于200噸，盡管推力略小于藍(lán)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(yuǎn)優(yōu)于后者。

猛禽火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

但與其說猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)是燒甲烷的，不如說是“燒錢”的。

在2009-2015年間，猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)一直由SpaceX公司自籌資金研制?到2016年，美國(guó)空軍決定支持SpaceX公司的液氧/甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)研制項(xiàng)目，并提供了3360萬(wàn)美元的研制資金，但同時(shí)還要求SpaceX自己也要投入6730萬(wàn)美元的研制經(jīng)費(fèi)?

所以，復(fù)用性也是猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)的基礎(chǔ)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(dòng)機(jī)可免維護(hù)使用100次，簡(jiǎn)單維護(hù)后可以重復(fù)使用1000次。

理論上，復(fù)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(huì)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(biāo)價(jià)的，太空旅行也不例外。

2022年4月，載有首個(gè)全平民乘組的美國(guó)“SpaceX Crew Dragon”商用飛船抵達(dá)國(guó)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(guó)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(wàn)美元。

貝索斯的藍(lán)色起源，首次亞軌道飛行的票價(jià)高達(dá)2000萬(wàn)美元，在可重復(fù)使用的運(yùn)載火箭的幫助下，如今的票價(jià)已降至每次二三十萬(wàn)美元之間。

藍(lán)色起源

理查德·布蘭森帶領(lǐng)的維珍銀河去年發(fā)售的太空旅行機(jī)票售價(jià)為45萬(wàn)美元，但要先付15萬(wàn)美元押金，旅行時(shí)長(zhǎng)為90分鐘。期間將提供幾分鐘的離座失重體驗(yàn)和地球景色觀賞項(xiàng)目。

與藍(lán)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(jī)組人員，其中還包括了韓國(guó)明星BIGBANG成員TOP。

前澤友作的機(jī)組人員

這次繞月之旅，是要到達(dá)距離月球表面200公里以內(nèi)的地方。最初計(jì)劃使用獵鷹重型與龍飛船的組合運(yùn)載器，但后來改為星際飛船（Starship），也就是這次進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)靜態(tài)點(diǎn)火測(cè)試的那艘。

最早的計(jì)劃是2023年四季度發(fā)射，但以現(xiàn)在的進(jìn)度來看，雖然星際飛船的靜態(tài)點(diǎn)火測(cè)試完成，但真正要奔赴月球仍有待時(shí)日。

在發(fā)動(dòng)機(jī)靜態(tài)點(diǎn)火之前一天，SpaceX總裁兼首席運(yùn)營(yíng)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(yàn)證后，才能用于載人飛行。星際飛船會(huì)先用于載人登月任務(wù)，而后再考慮在登陸火星任務(wù)中使用星際飛船。星際飛船首次載人登陸火星的目標(biāo)時(shí)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(guān)鍵業(yè)務(wù)線正在盈利，美國(guó)國(guó)家航空航天局所依賴的主要火箭發(fā)射服務(wù)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(jì)劃

去年，SpaceX取得了幾個(gè)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(hào)運(yùn)載火箭也借此成為了一年內(nèi)單一型號(hào)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(wù)星鏈（Starlink）的用戶超過了100萬(wàn)。她還表示，在2022財(cái)年，若不包括發(fā)射相關(guān)費(fèi)用，星鏈有一個(gè)財(cái)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(shí)，希望我們的未來會(huì)更好——這就是作為一個(gè)太空文明的意義所在。就是相信未來，認(rèn)為未來會(huì)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(zhēng)論不休。