飞起来了！但炸了！马斯克的最大火箭，第一次轨道飞行4分钟结束

2023-04-20 15:04

图片来源：SpaceX

“只要飞得够远，别把发射台炸了，就算成功。”

——几天前的马斯克

撰文 | 栗子

美国中部时间4月20日早上8点33分，SpaceX的星舰火箭，在德克萨斯州博卡奇卡村的星港发射场发射升空。这是星舰进行的首次轨道飞行测试。

假如一切顺利，火箭的下面级超重型推进器将在发射大约8分钟后坠入墨西哥湾，而上面级，也就是星舰飞船将飞到大约234千米的高空，进入地球轨道，在短暂绕地飞行之后返回大气层，落入太平洋。整个过程预计用时90分钟左右。

但现实并不如所愿。火箭起初一路攀升，最高飞到了大约39千米的高空，最高速度超过2000公里。但在发射后3分钟左右，超重型推进器并没有像人们预期的那样与飞船发生分离，两者继续连接在一起。而后整艘火箭开始翻滚，在发射大约4分钟后爆炸，提前结束了星舰的第一次轨道飞行测试。

图片来源：SpaceX

如果想观看从点火到爆炸的整个过程，你也可以打开这条视频。

从起飞到爆炸（视频来源：SpaceX）

不过，这早已不是星舰的第一次爆炸。SpaceX团队向来秉持着从爆炸中学习的思路，快速迭代原型机，并走上了轨道测试这一步。那么，我们不妨趁这个机会复习一下，星舰是如何一步一步炸到今天的。

炸了，炸了，炸了，炸了，没炸

此次发射的火箭是人类史上最大的火箭。它身长120米，由两部分组成，下面级为超重型推进器（Super Heavy），上面级为飞船，也就是星舰（Starship）。而在今天的轨道测试之前，不断炸毁又不断迭代的原型机就是火箭的上面级。

2020年2月28日，编号SN1的星舰原型机在压力测试中爆炸。这项测试要考验燃料箱在高压下保存极冷液体的能力——由于星舰搭载的猛禽发动机使用液态甲烷与液氧推进剂组合，这种能力十分关键。工程师将超冷的液氮注入燃料箱，随着压强升高，燃料箱爆裂，飞船随之解体。

虽然实验结果不尽人意，但团队也从中发现，燃料箱的破裂发生在推力圆盘（thrust puck）附近。因此，他们将圆盘的结构作为接下来测试的重点，而改造后的下一代原型机SN2在当年3月8日通过了压力测试。

2020年5月29日，星舰原型机SN4在发动机的静态点火测试后爆炸，还引发了一场大火。马斯克表示，是燃料泄漏导致了爆炸，下一代原型机将修复这个问题。不过，在此之前SN4已经通过4次点火测试，成为了当时存活最久的一台星舰原型机。

SN4爆炸（图片来源：Spadre）

马斯克说，SpaceX团队一直在爆炸中学习。而在几台飞船爆炸之后，他们甚至开始刻意制造爆炸了。比如，2020年6月23日，编号为SN7的原型机，又在压力测试中爆炸。不同以往，此次科学家是在测试燃料箱的极限，故意引发了爆炸，白色的氮气云喷涌而出。这个时期，团队想把制造船体用的301不锈钢换成304L，实验结果也的确证实了304L性能强于301。

后来，在飞行测试当中，原型机们又经历了更多激烈的爆炸。

2020年12月9日，星舰原型机SN8进行了令人印象深刻的高空试飞。它最高到达了距离地面12.5千米的空中，在那时关闭了发动机，让自己躺平，准备滑翔到发射台，再垂直着陆。但在尝试垂直着陆的过程中，燃料箱的压力不足导致了硬着陆，原型机爆炸。不过马斯克依然感到振奋：“光是飞到那个最高点已经很强，而能降落在准确的位置更是史诗级的表现。”

SN8爆炸（图片来源：SpaceX）

2021年2月2日，SN9也在着陆时因为猛烈的撞击而爆炸。2021年3月7日，SN10在飞行测试中，既达到了计划的高度，又得以平稳着陆，但着陆时附近能看到一些火焰，几分钟后它还是爆炸了。

SN9爆炸（图片来源：SpaceX）

2021年3月31日，SN11达到计划高度并返回，但还没到达地面就就在发射场上空爆炸，碎片如雨点般落下。调查得出的结论是，小规模的甲烷泄漏导致发动机起火，航空电子系统被部分烧毁，并造成了发动机的“硬启动”，也就是点火时燃烧室燃料过多、压强过大，最终导致原型机爆炸。

接二连三的失败，让SpaceX暂停了试射，改进设计以帮助飞船安全着陆——毕竟，星舰开发团队的目标是为人类的星际飞行打造可重复使用的运输系统。2021年5月5日，结构、控制系统和发动机设计都经过调整后，新一代原型机SN15发射，它到达了离地10公里的高空，返回时降落在指定的着陆台。虽然着陆后星舰底部仍有火焰燃烧，但几分钟后就被遥控灭火系统扑灭了。

SN15完成了星舰第一次没有爆炸的高空测试，而这也成为了星舰的最后一次亚轨道飞行测试。从那以后，SpaceX就在为轨道飞行测试做准备了。

崎岖的火星梦

从前的亚轨道飞行测试中，星舰原型机SN15搭载了3台猛禽发动机，它的许多前辈也是如此。相比之下，这次星舰（原型机S24）要进入地球轨道，则需要更大的动力：火箭的超重型推进器拥有33台猛禽发动机，最大可以提供7590公吨的推力，超越NASA重型火箭SLS。

而为了今天的飞行，S24先前已经在地球上接受过一系列的考验，就像以往那些原型机一样。2022年6月2日，马斯克在推特宣布，S24通过了低温压力测试。随后，它又陆续通过了涡轮启动测试和静态点火测试。而在编号为S24的星舰与编号为B7的超重型推进器合体之后，它们又一起经历了更多测试，并在今年年初进入了发射演练阶段。

4月14日，当美国联邦航空管理局终于批准星舰进行轨道发射时，SpaceX似乎早就准备好了。那是周五下午5:50分，接近下班时间，但在收到许可后4分钟，团队便宣布了4月17日的发射计划。但由于一个压力阀被冻住，助推器的加压系统无法正常工作，发射推迟到了今天。

一旦发射成功，这艘身长120米、能将150公吨有效载荷送上地球轨道的火箭，也将让SpaceX的火星计划推进一步。

早在2007年，马斯克就许下了要让人类探索火星和定居火星的豪言。在那之后他也常常表示，自己对SpaceX的目标就是让人类成为“多行星物种”，这样当地球发生灾难的时候，便可以降低风险，增加人类作为一个物种的生存机会。

即便马斯克的惊人言语有时可能显得不切实际，但他在这次发射前，也并不认为一定会成功，而是估计只有50%的成功率。失败之后，他又很快在推特发文说：“已经在期待几个月后进行下次试射了。”

封面来源：SpaceX

参考资料：

https://www.youtube.com/watch?v=-1wcilQ58hI

https://www.space.com/every-spacex-starship-explosion-lessons-learned