星艦 SN9 試飛時重重摔下 曾因安全問題被聯邦航空局叫停

世界各地的航天愛好者們蹲守直播近半個月,卻也沒等來 SpaceX 星艦飛船原型的完美落地。北京時間 2021 年 2 月 3 日凌晨 4:25
左右,美國得克薩斯州博卡奇卡(Boca Chica)測試基地,星艦飛船原型 SN9 再次在着陸時發生爆炸,甚至連上次 SN8
精彩的「神龍擺尾」動作都沒能實現。

首先,三台猛禽發動機同時工作,SN9 升空。

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隨後發動機逐一關閉,SN9 慢慢傾斜,直至與地表平行。

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接着,SN9 在「主動空氣動力學」控制下,通過四個襟翼的獨立運動下降。

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按照計劃,SN9 此時應重啟發動機,實現翻轉、調整狀態,然而事實是連身軀都沒調正就重重摔了下去,一時間烈焰橫飛。

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很多網友表示:等了這麼久,最後還不如 SN8。

值得一提的是,上次飛船測試雖然失敗,但官方在直播界面打出一行「Awesome test. Congrats Starship team!」(測試很精彩。恭喜星艦團隊),爆炸的原因也隨即公布——而此次,截至發稿官方遲遲無回應,與上次形成鮮明對比。

2021 年伊始,星艦首次高空測試即失利,Elon Musk 的火星夢是否比想象得要遙遠一些?

快速迭代,卻遲遲不能飛

關心 SpaceX 星艦項目的小夥伴們可能還對一個多月前的那場直播記憶猶新。

北京時間 2020 年 12 月 10 日 6 時 45 分,SpaceX 星艦飛船首次高空試飛。測試中,SN8 從快速沖上高空到與地表平行、從墜落下降再到隨後的「神龍擺尾」,一系列操作堪稱一絕。可惜在最後回收着陸時發生了爆炸。

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對這一看似失敗卻又更像是成功了的測試,官方表示:飛船頭部燃料罐壓力較低,發動機無法正常工作,所以直接「硬着陸」了。

對於這一回應,有網友用上了 2020 年下半年爆火的一個梗調侃道:

馬老師,啪的一下很快啊!

不過 Elon Musk 表示,SpaceX 已拿到了所有需要的數據。

相比最初的計劃,SN8 試飛高度由 15 千米(約 50000 英尺)降至 12.5 千米(約 41000 英尺);時間方面,最早定於 10 月底測試,但後續一直杳無音信、一拖就是將近兩個月。即便如此,Elon Musk 也坦言成功率僅三成。綜合來看,SN8 的高空試飛的確不容易。

SN8 倒下,SN9 就要頂上了。早在此次試飛前就有多方消息表明,SN9 的飛行路徑與 SN8 一致,但此次 SpaceX 最大的心願莫過於看到 SN9 平穩落地。

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不過,SN9 從出場那一刻就有點兒獨特——SN8 剛炸沒多久,SN9 就發生傾斜,和 High Bay 倉庫(SpaceX 存放設備的最新場所)的牆壁碰撞。

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對此,網友們表達了擔心,希望項目進展不會受太大影響;同時也有不少網友開起玩笑:

看到 SN8 炸得什麼也不剩,SN9 嚇癱了。

但事實並非如此。

發生傾斜後,SpaceX 團隊立刻對兩塊受損的地方進行處理,這個小插曲其實也反映出了飛船的快速生產、發射能力,而這正是 Elon Musk 相信未來能夠在火星上建立基地的一個主要因素。

其實,SN9 還經歷了多項驗證測試,主要包括:

  1. 環境測試:在裝載超冷液氮進行低溫測試之前,SN9 先裝載了氣態氮作為測試;

  2. 反應控制系統測試:確保 SN9 可在裝載低溫推進劑的條件下加壓;

  3. 靜態點火測試:這是試飛前的一個重要目標,在此過程中 SN9 以液態甲烷和液態氧作為燃料。

第一次靜態點火是在 2021 年 1 月 6 日,之後的 2021 年 1 月 13 日,SN9 更是一口氣完成了 3 次靜態點火測試,這是星艦原型第一次有這樣的成績。

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【SN8 和 SN9 的靜態點火對比】

當天,Elon Musk 發推特表示:

All three static fires completed & no RUDs!(RUD 指 rapid unscheduled disassembly,即「快速突發性拆卸」,這是他對「爆炸」的委婉說法,這句的意思是:三次靜態點火順利完成了,而且也沒炸!)

隨後他的又一條推特寫道:

Detanking & inspections now. Good progress towards our 「Hop in & go to Mars!」 goal.(現在拆艙檢查,朝着完美一躍、奔赴火星的目標邁進!)

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不過,SN9 的命運遠比想象中曲折。

幾次靜態點火順利完成之後,網友問高空試飛是否馬上就要到來,Elon Musk 的回答卻是:

兩台發動機需要小修一下。

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不久後,德州當地的一些航天愛好者們發現了全新的猛禽 SN44 發動機,還拍了下面這張高清照片。看來,出現問題的發動機已被換下。

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發動機具體出了哪些故障無從得知,但在 Reddit 上網友提出了幾種猜想,比如:短時間內高頻靜態點火導致出現了破壞性的諧波振動;點火時推進劑混合不當,渦輪泵損壞;SN9 此前的傾斜造成了一些未知的問題。

這之後,SN9 的試飛時間因當地天氣影響不斷延後,最終的飛行高度也降至 10 千米——Starship 第二次高空亞軌道飛行測試所經歷的曲折可見一斑。

當然,SN9 最大的難題還是美國聯邦航空管理局(FAA)給出的。

1 月 28 日,NASA 挑戰者號航天飛機災難周年紀念日當天,就在萬事俱備只等點火之時,美國聯邦航空管理局(FAA)突然叫停,撤銷了 SN9 試飛所需的許可。

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FAA 表示:

即便我們知道迅速採取行動促進商業領域增長和創新的重要性,但 FAA 仍然將保護公共安全的責任放在首位,不允許出現任何損害公共安全的行為。只有在我們確信 SpaceX 已採取必要步驟符合法規要求之後,飛行計劃才會得到批准。

對此,Elon Musk 在推特回懟:監管結構不健全,要是按照他們的規則來,人類永遠無法到達火星!

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此言一出,不少人都表示這是「科學和權威的對抗」。

不過據外媒 The Verge 分析,FAA 不批準的原因之一可能在於,SN8 在着陸時爆炸其實違反了 SpaceX 的發射許可證條款。

作為硅谷鋼鐵俠,Elon Musk 行事可以說是頗為硬核,立馬把已經建造好的候補選手 SN10 也拉了出來,和 SN9 並排而立。

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近一周過去,SpaceX 終於獲得了 FAA 的試飛批准,然而最終的結果卻是迎面而來的一盆冷水。

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關於 SN9 爆炸的原因,很多航天愛好者猜測是發動機在落地前擺尾時點火失敗,推力不足導致 SN9 重重摔了下來。另外也有網友指出,直播中明顯看到了 SN9 在下降過程中有碎片飛出。

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【圖源微博】

但正如一位網友所言:

將問題暴露出來,這不就是試飛的目的嗎?

幸運的是,不遠處的 SN10 雖「瑟瑟發抖」,但未受爆炸影響。

通向火星的路走了多遠?

Starship 的想法始於 2017 年,Elon Musk 的思路其實很簡單:以「星際飛船+超重型火箭」的可重復使用形式,將人和物運送到地球軌道、月球、火星甚至更遠的地方。

Starship 系統中的重型獵鷹運載火箭(Falcon Heavy)已是全球現役運載能力最強的火箭,因此某種程度上,研發出高 150 米的星際飛船才是這一計劃成熟的關鍵。

過去幾年時間里,從 Starhopper 原型機(僅是飛船的一部分)到第一代全尺寸原型機 MK 系列,再到新一代原型機 SN 系列,Starship 的發展速度有目共睹。

而進入 2019 年,尤其是剛剛過去的 2020 年,「Starship 炸了」的新聞也是屢見不鮮:

  • 2019 年 11 月,MK1 壓力測試失敗,導致 MK2 和 MK4 未經測試直接退役;

  • 2020 年 2 月,SN1 壓力測試失敗,因此 SN2 原型機只進行了部分元件測試;

  • 2020 年 4 月,SN3 低溫試驗失敗;

  • 2020 年 5 月,SN4 於測試中爆炸,幾乎沒有留下任何完整的硬件,測試地也遭到破壞。

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在經歷了多次壯烈犧牲後,Starship 飛船原型機終於迎來了一次成功「低空試飛」——北京時間 2020 年 8 月 5 日早晨,SN5 首次順利完成 150 米懸停測試。

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那時的原型機看上去像是一節巨型電池,之後 SN8 一亮相,網友們就大呼:有宇宙飛船那味兒了!

相比前幾代原型機,SN8 加上了頭錐和襟翼,配備的猛禽發動機(Raptor engine)數量也從 1 增加到了 3。

據了解,頭錐部分主要用於存儲有效載荷、人員居住,以及容納副油箱(副油箱可以為發動機加油、幫助飛船降落)。而襟翼由飛船自帶的計算機驅動,主要用於控制飛行期間的姿態,並使飛船在預定位置精確着陸。

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值得一提的是,SN8 既是 Starship 第一艘全尺寸原型機,也是第一艘用於高空測試的原型機,它由 304L 合金製成,高 50 米、直徑 9 米、重達上百噸、推力多達 600 多噸。而此次的 SN9 則為第二艘使用頭錐、襟翼的飛船原型機。

根據計劃,在飛船最終成型之前,要經歷一個密集測試原型機的過程,約 20 台原型機要測試,整個迭代要在 3 年內完成。從 SN9 和 SN10 開始,該項目的節奏或會變為每月測試兩艘飛船原型,也就是說,Starship 此後將會進入原型試飛常態化階段。

關於飛船和火箭最終的形態,Elon Musk 也曾透露,等這一項目成熟時,一艘飛船將配備 6 台猛禽發動機,而超重型火箭大概也要配備大約 30 台猛禽發動機。

Elon Musk 計劃 2050 年前送 100 萬人登上火星。無疑,能配得上如此之大的野心的,唯有瘋狂迭代。

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看到 SN9 爆炸,甚至相比 SN8 有點兒退步的意思,Elon Musk 和 SpaceX 必然不好受。

但毋庸置疑的是,即便已是首富,Elon Musk 都得接受一個事實:通往火星的路上,失敗是常態。

來源:cnBeta