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首飛炸毀的馬斯克“星艦”，能給我們什么樣的啟發(fā)？

汽車(chē)公社 2023-04-24 15:42

最近兩天，筆者正忙于上海車(chē)展相關(guān)工作呢……突然之間，好友圈就“炸了”。一些個(gè)平日只發(fā)些吃喝內(nèi)容，整日里打聽(tīng)各地“肉價(jià)”的貨色，居然搖身一變成為了航天迷，開(kāi)始為“星艦”歡呼了。

SpaceX于2019年9月公布的，“星艦”沖入火星大氣層的概念圖

是發(fā)射成功了嗎？可是我還記得，馬斯克本人表示成功概率不大??？所以帶著疑惑，即便一大堆文債壓身，我還是點(diǎn)開(kāi)了新聞——

首飛失敗，實(shí)際上火箭飛一半就“炸了”。

然而這卻不妨礙，許多人繼續(xù)歡呼和沸騰，即便是埃隆·馬斯克自己也一早做好了失敗的準(zhǔn)備，甚至再三告誡大家成功的可能性很低?！爸灰獩](méi)有在發(fā)射臺(tái)上爆炸，就算是成功”，這話(huà)可是他自己說(shuō)的。

然而事實(shí)是，發(fā)射臺(tái)雖然沒(méi)炸，但損毀效果和炸也沒(méi)啥區(qū)別了……

實(shí)際上，無(wú)論SpaceX的工程師還是埃隆·馬斯克自己，對(duì)于“星艦”項(xiàng)目目前的不足，都是有著充分認(rèn)識(shí)的。畢竟，僅僅下面級(jí)多達(dá)33臺(tái)的發(fā)動(dòng)機(jī)陣列，能否在得到起飛點(diǎn)火指令的同時(shí)一起點(diǎn)燃，都還存在嚴(yán)重的不確定性。這一點(diǎn)，一直到今年2月10日的第三次地面靜態(tài)點(diǎn)火測(cè)試時(shí)，都還存在嚴(yán)重的問(wèn)題（兩臺(tái)引擎沒(méi)有點(diǎn)火）。而且類(lèi)似的問(wèn)題，在20日失敗的首射任務(wù)中，變得更加的嚴(yán)重。

點(diǎn)火僅僅60秒，就已經(jīng)有多達(dá)5臺(tái)引擎熄火火，后續(xù)更是又熄了6臺(tái)……

然而這畢竟是人類(lèi)歷史上，從未有過(guò)的“全民參與”型航天項(xiàng)目。

自“星艦”立項(xiàng)開(kāi)始，SpaceX就對(duì)其進(jìn)行了近乎全透明式地播報(bào)，向公眾展示一切可以公布的細(xì)節(jié)信息，并以此從全球范圍吸納了數(shù)以?xún)|計(jì)為其“打Call”的粉絲。而既然粉絲們的胃口已經(jīng)被釣到了這種地步，那么發(fā)射也就成為了馬斯克乃至SpaceX的“剛需”。

即便是用30億美元打了個(gè)大煙花，該打的還是得打不是？

講道理，這類(lèi)前沿工程，當(dāng)然是得支持的。但是這種“炸了就算贏了”又是什么道理？這幾乎是近年來(lái)堪比“我同事去了就即是我去了”的荒唐畫(huà)面

有關(guān)“星艦”首飛的過(guò)程，以及失敗的細(xì)節(jié)，這兩天各類(lèi)公眾號(hào)已傳遍了簡(jiǎn)中網(wǎng)絡(luò)，這里不再累述。

“我告訴過(guò)你（多發(fā)）沒(méi)那么容易”

所以今天，距離“大新聞”發(fā)生后隔了整整三天以后，筆者只得應(yīng)一些讀者要求，談一談和“星艦”項(xiàng)目。

當(dāng)然，有關(guān)首射的細(xì)節(jié)，其實(shí)很多媒體、公眾號(hào)已經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明了。所以我們只談?wù)勀切按蟆钡牟糠帧?/p>

“星艦”圖的是什么？

首先要確定的一點(diǎn)是，狹義的“星艦”，只是那個(gè)造型獨(dú)特的入軌飛船部分?！靶桥灐迸c下面的推進(jìn)器部分，這里用星艦火箭來(lái)稱(chēng)呼。

2016年以來(lái)，星艦方案的演變

整個(gè)火箭的下面級(jí)，即SpaceX稱(chēng)為“超重型”（Super Heavy）的助推器部分，由33臺(tái)“猛禽2”（Raptor2）液氧甲烷引擎組成。整個(gè)引擎分內(nèi)外圈方式布置，外圈20臺(tái)為固定式，內(nèi)圈13臺(tái)被安裝在萬(wàn)向節(jié)的“猛禽2”，可以朝任意角度擺動(dòng)最大15度。

而上面級(jí)部分“星艦”（Starship）本體，搭載3臺(tái)專(zhuān)門(mén)優(yōu)化真空比沖性能的“真空·猛禽”引擎，以及3臺(tái)和“超重型”同配置的“猛禽2”引擎。后者同樣被安裝在萬(wàn)向節(jié)上，可以擺動(dòng)最多15度。

“超重型”尾部安裝的發(fā)動(dòng)機(jī)陣列，內(nèi)側(cè)的13個(gè)被置于可偏轉(zhuǎn)的萬(wàn)向節(jié)上

與其對(duì)比，同為SpaceX旗下的獵鷹9的“梅林”引擎，擺動(dòng)角度只有5度。能夠像固定翼飛行器那樣降落的航天飛機(jī)，其RS-25引擎僅能擺動(dòng)12.5度。所以星艦火箭的兩個(gè)組成部分，理論上可以在完成發(fā)射任務(wù)后，憑借剩余燃料在大氣層內(nèi)機(jī)動(dòng)數(shù)千公里，返回發(fā)射場(chǎng)或者另?yè)窈线m的地點(diǎn)降落。

在垂直降落問(wèn)題上，遠(yuǎn)比“獵鷹9”以及“重型獵鷹”更好的機(jī)動(dòng)性，是一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)。這意味著，星艦可以相對(duì)從容地選擇降落地點(diǎn)。

而在動(dòng)力系統(tǒng)方面，姑且不論推力/比沖數(shù)據(jù)很不錯(cuò)的“猛禽2”與“真空·猛禽”，其主要優(yōu)點(diǎn)還有二：

首先，甲烷燃料雖然在成本比專(zhuān)用煤油略高——后者若非蘇聯(lián)那樣擁有超高品質(zhì)油田，就只能和中國(guó)那樣采用煤炭液化工藝制取以便成分精確可控（看誰(shuí)再敢把“火箭燒煤”當(dāng)梗來(lái)說(shuō)）——但更不容易結(jié)焦，出現(xiàn)意外事故的概率更小。

其次，由于猛禽系列引擎采用液態(tài)溫度為-161.5°C的甲烷為燃料，氧化劑液氧的液態(tài)保存溫度則是-183℃。兩者溫差遠(yuǎn)小于液氫（-252.8℃）和液氧的，低溫燃料-氧化劑罐體的隔溫措施相對(duì)簡(jiǎn)單許多。

愛(ài)好者繪制的，星艦火箭與曾經(jīng)的美國(guó)最大火箭土星五號(hào)同比例并列對(duì)比圖

此外，星艦火箭選用的美標(biāo)304牌號(hào)不銹鋼，也就是一般保溫杯、不銹鋼燒鍋內(nèi)膽材料那種“食品級(jí)”不銹鋼材料，實(shí)際上是一種非常廉價(jià)的金屬材料，最近這段時(shí)間的市場(chǎng)價(jià)格每噸售價(jià)僅僅3800元人民幣，折合每千克3.8元。而航天級(jí)碳纖維，例如著名的T800HB，日本東麗生產(chǎn)大批量訂購(gòu)仍達(dá)到每千克2000元人民幣。

而上述這一切疊加到一起，也就意味著星艦項(xiàng)目的本質(zhì)，是探索一條如何采用傳統(tǒng)“航宇級(jí)”規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)以下的材料以及工藝，以盡可能低的成本去建造超大尺寸航天器，同時(shí)還要讓這種設(shè)備具備至少不亞于“獵鷹9”的復(fù)用能力。

開(kāi)始使用常規(guī)材料也就意味著，造價(jià)開(kāi)始變得“正?！?/p>

其終極目標(biāo)是，“星艦”和“超重型”在完成一次任務(wù)各自降落以后，可以經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的各項(xiàng)檢測(cè)，在幾個(gè)月甚至幾周內(nèi)，再次回到發(fā)射架上，安裝到位并加注好燃料，進(jìn)行執(zhí)行下一次任務(wù)。

航天新時(shí)代的黎明

盡管已經(jīng)最大限度地，考慮了成本和需求，但星艦火箭由于其體型之大，即使最終發(fā)射成功完全實(shí)現(xiàn)其初始設(shè)定指標(biāo)，仍然存在著某些無(wú)法逾越的限制問(wèn)題。

“超重型”需要檢測(cè)結(jié)構(gòu)，一個(gè)一個(gè)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)。而“星艦”則要檢查和修復(fù)隔熱瓦。作為一種起飛質(zhì)量達(dá)到5000噸的超重型航天發(fā)射平臺(tái)，其注定無(wú)法和民航客機(jī)那樣，在執(zhí)行完畢一個(gè)航班飛行任務(wù)后，只經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單檢測(cè)加注燃料以后，立即投入下一個(gè)任務(wù)。這需要另一種思路的平臺(tái)，例如中國(guó)航天科工集團(tuán)公司目前正在推進(jìn)的騰云工程，所采用的組合動(dòng)力亞軌道飛行器+入軌航天器模式。

星艦火箭的實(shí)質(zhì)，是放大火箭體積，嘗試接近當(dāng)前技術(shù)的極限。同時(shí)降低原本航天項(xiàng)目的高標(biāo)準(zhǔn)，試探其可接受“下限”的邊際……

一旦成功，則將誕生一種真正意義上的，如同客機(jī)執(zhí)飛航班那樣執(zhí)行航天任務(wù)的，可以直接從機(jī)場(chǎng)起飛的航天發(fā)射平臺(tái)。只不過(guò)這樣的空天飛機(jī)系統(tǒng)，在規(guī)模上不可能超過(guò)現(xiàn)有航空器太多，而水平起飛、低維護(hù)要求的特性，也注定了其有效載荷比不可能與走大型化路線(xiàn)的星艦相比。

5000噸的星艦，宣稱(chēng)最大近地軌道投送能力為300噸，有效載荷比6%；在可回收模式下，最大近地軌道投送質(zhì)量150噸，有效載荷比3%。而騰云工程的最終成果，總質(zhì)量基本不可能超過(guò)300噸，有效載荷不會(huì)超過(guò)1.7%，即不超過(guò)5噸。

現(xiàn)階段，未來(lái)航天器的兩條主要路線(xiàn)，都已經(jīng)初顯端倪。星艦火箭剛剛進(jìn)行了一次失敗，但仍舊令無(wú)數(shù)人鼓舞地首飛。而騰云工程則在去年8月26日，進(jìn)行了首次成功飛行。

根據(jù)中央電視臺(tái)2022年8月26日的報(bào)道，這臺(tái)由中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研制并制造的升力式亞軌道運(yùn)載器，于當(dāng)天在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心再次點(diǎn)火垂直起飛，按照設(shè)定程序完成亞軌道飛行，平穩(wěn)水平著陸于阿拉善右旗機(jī)場(chǎng)，成功實(shí)現(xiàn)我國(guó)亞軌道運(yùn)載器首次飛行測(cè)試。

騰云工程的具體狀況不明，我們只能通過(guò)已經(jīng)公布的少數(shù)模型，來(lái)推測(cè)其全貌

這看似，又將是一輪“花開(kāi)兩朵，各表一枝”式的前進(jìn)探索。然而，兒童才會(huì)作選擇題，成年人的目標(biāo)是“全都要”。

十余年來(lái)，有關(guān)我國(guó)登月火箭方案的，即“長(zhǎng)征九號(hào)”的論證，正在漸漸走向最終的定案階段。根據(jù)目前流出的，以及各項(xiàng)展會(huì)期間展示的模型，其最終構(gòu)型將會(huì)是一種類(lèi)似星艦火箭的三級(jí)串聯(lián)“光桿”造型，加注完畢后的總質(zhì)量為3930噸規(guī)模，總高度超過(guò)百米。

長(zhǎng)征九號(hào)火箭的方案歷經(jīng)多變，最終被確定為現(xiàn)在的“光桿”式

馬斯克給星艦火箭畫(huà)的餅，是單發(fā)只要1000萬(wàn)美元，遠(yuǎn)期可以把價(jià)格降到200萬(wàn)美元。實(shí)際上和單發(fā)要價(jià)22億美元的SLS相比，哪怕星艦在中遠(yuǎn)期能實(shí)現(xiàn)單箭將150噸載荷送入近地軌道要價(jià)還只要1.1億美元，這都足以改變現(xiàn)有航天產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀。

盡管中國(guó)航天并沒(méi)有美國(guó)那樣，官商勾結(jié)成本虛高的問(wèn)題，但“又便宜又好用”這一點(diǎn)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)，是具有同樣的意義。

去年12月，SpaceX正式發(fā)布了名為“星盾”（Starshield）的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座項(xiàng)目。撕開(kāi)所有話(huà)術(shù)包裝與商業(yè)化虛詞，其實(shí)質(zhì)可以簡(jiǎn)單理解為“星鏈”（Starlink）星座的純軍用版本。

現(xiàn)階段，美國(guó)的軍事力量，已經(jīng)深度依賴(lài)于美國(guó)的天際設(shè)施體系。無(wú)論是在軌部署的傳感器、用于數(shù)據(jù)中繼的節(jié)點(diǎn)，還是執(zhí)行特定任務(wù)的功能型衛(wèi)星體系。

SpaceX的“星盾”項(xiàng)目宣傳圖

因?yàn)樯疃纫蕾?lài)，所以脆弱不堪，特別在其“大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)”對(duì)手，已經(jīng)掌握可靠、廉價(jià)而且有效的反衛(wèi)星技術(shù)的今天?！靶嵌堋表?xiàng)目的實(shí)質(zhì)，是實(shí)現(xiàn)軍用在軌航天器的分布式部署。如果單顆的，重達(dá)10噸且功能強(qiáng)大的電子偵察衛(wèi)星，在直升式反衛(wèi)星導(dǎo)彈的打擊下是脆弱不堪的，那么20顆各重0.5噸，湊一起能大致實(shí)現(xiàn)類(lèi)似功能的電子偵察衛(wèi)星星座呢？

更何況，不久前發(fā)射的“星鏈”二代mini星，重量已經(jīng)達(dá)到了790kg?！靶擎湣?.0號(hào)稱(chēng)極限可以達(dá)到2噸。平臺(tái)增大也意味著，搭載設(shè)備和功能的質(zhì)變。

790kg重的“星鏈”2.0版mini星

227kg的0.9版“星鏈”衛(wèi)星，充其量只能算個(gè)功能一般的太空路由器。但是2噸重的“星鏈”2.0，則可以根據(jù)需要配備各式各樣的載荷，從提供數(shù)據(jù)中繼功能外，變身電子偵察衛(wèi)星、光學(xué)偵察衛(wèi)星、紅外線(xiàn)預(yù)警衛(wèi)星，甚至是裝載武器成為攻擊衛(wèi)星。而且憑借“星艦”的巨大載荷，成千上萬(wàn)的衛(wèi)星混雜在一起，令對(duì)手既無(wú)法監(jiān)測(cè)，更無(wú)法有效摧毀。

只有“魔法”才能擊敗“魔法”。真正的次世代航天競(jìng)爭(zhēng)，已經(jīng)拉開(kāi)帷幕。我們?cè)诳隙⊿paceX向前探出這一步的同時(shí)，更應(yīng)該清醒認(rèn)識(shí)到，這家從NASA乃至美軍獲取關(guān)鍵技術(shù)的企業(yè)，背后那隱約可見(jiàn)的美國(guó)國(guó)家機(jī)器身影。

當(dāng)然上面這些思考，和參與到本次星艦狂歡中的許多人，是沒(méi)有任何關(guān)系的。對(duì)于這一部分人來(lái)說(shuō)，捧馬斯克的同時(shí)踩一腳“你國(guó)”，似乎已經(jīng)成了一種膝跳反射性行為，也可能是他們維持自我精神狀態(tài)的必要。

對(duì)于這樣群體，筆者在這里也借用一下“魔法”——