成功还是失败，星舰首次发射后的“罗生门”

2023年4月20日，SpaceX公司星舰（Starship）首次飞行结束后，国内和海外各家媒体对这次飞行的结果出现了2种截然相反的评价。

星舰由飞行终止系统（FTS）引爆解体

有“成功派”甚至认为这是开启人类星际大航海时代的起点，而有“失败派”则认为这次发射终于把爱吹牛的马斯克打回了原型，甚至特斯拉股票当天大跌都是因此而起（SpaceX未上市，马斯克是特斯拉CEO）。

那么这次发射到底是成功还是失败呢？让我们一条一条的看看星舰发射后到底发生了些什么，并根据所掌握的信息分析一下可能的原因和应对措施。

1、发动机可靠性低

星舰在离开轨道发射台（OLM）的那一刻，33台猛禽（Raptor）发动机中就有3台出现故障，在后续的飞行过程中，最多甚至出现了6台发动机故障。

飞行过程中超重助推器B7的33台发动机中有5台失效的画面

这种情况，并非首次出现，在此前的超重全发动机静态点火试验中，就出现了2台发动机失效的情况。当时马斯克表示，这不会影响星舰的试验飞行。确实，在飞行试验中即使出现更多的发动机失效，也没有影响星舰起飞并越过最大动压点。

那么这一次的这么多故障到底是什么原因引起的呢？虽然发射时现场飞沙走石，但根据目前掌握的信息，发动机故障并非由发射时激起的混泥土块撞击的原因引起。

最大的可能就是猛禽发动机本身、或者33台发动机的推进剂管路系统的问题了。这需要 SpaceX 进行综合分析，并对发动机和（或）管路系统进行优化完善。设计变更可能会对周期产生较大的影响。

安装了33台猛禽2发动机的星舰超重助推B7

下图为超重推进器29发动机构型的推进剂供应管路照片，如此复杂的管路可能造成发动机推进剂供应异常。

安装了29台猛禽发动机管路的超重助推组件（没有33台的用29台构型凑）

猛禽是全球第1型离开了试验台并实现了飞行的全流量分级燃烧循环（full flow staged combustion cycle, FFSCC）发动机。对于这种全新制式的发动机，需要有更多的耐心等待它的日臻成熟。

全流量分级燃烧循环发动机工作原理图，FFSCC被称为化学推进液体发动机的天花板

发动机可靠性可能确实存在问题，但这次飞行的中止，与发动机失效是没有直接关系的。

2、液压系统发生爆炸

星舰在点火升空约30秒左右，位于超重底部的的液压系统发生了爆炸，该系统用于控制超重内侧13台发动机矢量推力方向。现在复盘来看，这可能是造成本次发射被迫中止的首要因素。

位于超重助推底部的液压系统在发生爆炸瞬间

值得欣慰的是，同样配置的超重B8已经退役拆解，下一枚试验超重为B9，它的发动机万向节传动装置已经由液压驱动改为电力驱动。

星舰团队正在维护控制B7内侧发动机转动的液压系统（脚手架内侧的矩形外壳内），在B9上已经没有这一配置

SpaceX 在产品开发中一直秉持迭代开发理念，产品的技术状态基线一直在随着认识的提高而发生变更。对于较大的变更，很可能会把已经按照老路线生产的产品直接被淘汰。这种情况除了发生在了B8，同样也发生在了星舰飞船S25上，这枚已经完成制造的飞船在星舰S26出现后，直接被拖进了星舰公园而结束了它的使命。

2023年2月12日，星舰S26（左）和S25分别伫立在亚轨道发射台A和B

所以这次试验中液压系统爆炸并不会影响到下一轮 S26+B9 的试验。

3、发射场区域飞沙走石

星舰轨道发射台（OLM）的设计，一直是星舰整个系统中的一个薄弱环节。此前，在B7的数次静态点火中，都造成了水泥地面的碎裂和混凝土块的飞溅，而静点不仅推进时间短，而且发动机推力只达到额定值的50%。

发现此问题后，SpaceX 甚至使用了号称鲁棒性最高，抗高温侵蚀的 Fondag 混凝土进行地面加固。

传说中超稳定耐高温的Fondag混凝土

但Fondag混凝土对于超重的全推力启动，只是普通的土。飞溅出的沙土甚至在距离发射塔5英里的地方都形成了一场沙子雨，更不用说发射塔附近的车辆和设备了。

不惧砂石雨的摄影摄像设备

轨道发射塔附件摄影摄像设备在发射过后的状况，这两个还算好的，很多倒伏或被直接解体

那辆因为在星舰发射过程中被砂石击中而闻名的SUV（车辆属于NSF，作为近机位拍摄发射过程，他们预计到了可能的后果，但是没想到会这么严重）

发射场被击中变形的储气罐

发射场被击穿的轨道发射接收塔卷扬机箱

最凄惨的要数，轨道发射塔了，其底部混凝土结构已经被发射的推力和热力彻底侵蚀，只留下了一些钢筋和一个深坑。

完成首飞后的星舰轨道发射台（OLM）

完成首飞后的星舰轨道发射台（OLM）底部

犹如战场的发射后现场

马斯克表示，“我们已经准备好了在OLM地面安装水冷防护钢板，但是由于安装周期的原因本次没有实施。

原来以为用 Fondag 混凝土能够撑过这一次发射，大意了。”

星舰地面主要地面设施组成，其中包括新近就位的喷水系统储水箱（Deluge Tanks）

准备安装在OLM地面的水冷钢板组件已就位

有专家表示OLM的修复可能需要1年时间，再段也需要4-5个月。

马斯克对此则表示，只要1-2个月就可修复。公司将直接从佛州卡拉维拉尔角将用于LC-39A发射场的OLM运送到得州博卡奇卡进行安装。

但是据称单单安装OLM底部的水冷钢板系统就可能需要几个月才能完成。

2023年4月20日，星舰首次自主离开发射台

4、姿态失控

① 起飞阶段姿态偏移

星舰在离开轨道发射平台（OLM）之初就发生了姿态偏移，好在很快调整姿态正常升空（从本链接的第2段发射升空视频可以看到该过程）。这一现象是由超重B7发动机群推力分布不均衡导致的。

如果推力分布轴对称的话，可能导致升空中的火箭挂到轨道发射回收塔，整箭可能会直接在起步阶段爆炸。所以，发射前马斯克说的不炸毁发射台就是成功，确实是有这个风险的。

不过要说起由于发动机推力分布不均衡创造了最佳视觉效果的一次发射，则要数2021年美国阿斯特拉（Astra）公司的LV0006火箭的那一次发射了。

2021年8月28日美国阿斯特拉（Astra）公司的LV0006火箭发射时由于发动机推力分布不均衡造成其大尺度平移

② 飞行末期姿态失控

越过了起飞阶段的姿态偏移，在飞行末期星舰整箭进入翻滚失控状态，这最终导致了火箭的飞行终止系统（FTS）启动并炸毁了星舰。

星舰轨道试验飞行最终阶段的姿态失控和起爆销毁

是什么原因导致最终箭体严重姿态失控呢？这很可能与超重助推B7用于控制内侧发动机万向节作动的液压系统有关，该系统在飞行30秒时发生了爆炸。

B7的液压系统用于控制其内侧13台猛禽发动机的推力方向，由于33台发动机中多台发生故障以及火箭自身飞行过程中的姿态调整需要，飞控程序试图通过控制发动机的推力方向实现矢量控制。但液压系统的故障导致控制无法生效，在实际无控的推进下，火箭很快失去了姿态。

超重助推33台发动机中的6台已失效

正如前文第3节所述的，由于在新的超重助推器中已经摒弃了液压控制系统，下一次发射就要看电控系统是否稳定了。

5、未完成的飞行流程

这次星舰首飞自主离开了轨道发射台、越过了最大动压点（MaxQ），终止于级间分离前。

与预订的飞行流程比，后面的流程主要还包括：S24+B7级间分离、S24点火、B7翻转有控返回、B7有控溅落墨西哥湾、S24重入大气层、S24在预定海域硬着陆等。

也就是说这次试验飞行才完成了预订流程的三分之一，成功还是失败的判定是不是很简单？

事实上，成功与否是按照预设的飞行目标判定的，而不是常识。SpaceX对这次飞行的目标是离开发射台，并采集到尽量多的数据。因此，该公司的自我评价是 “成功的失败（Successful Failure）”。

加州总部 SpaceX 员工在星舰飞行过程和引爆后，欢呼雀跃于这次飞行和结果

SpaceX公司采用螺旋迭代设计模式，他们当然也希望能够走的更远，但是星舰的每一次试验都是基于过程目标的，并根据结果持续迭代，这与NASA的设计模式完全不同。NASA的超重型月球火箭（SLS）去年的第1次飞行即取得了成功，因为由国会拨款的NASA是输不起的，也因此它的研制经费和周期都是超量的。

马斯克在飞行结束后，祝贺团队成就了一次令人兴奋的飞行。并表示，他们将花几个月时间分析获得的遥测数据。

发射结束后在星舰发射控制中心的马斯克，表现得相当平静

星舰飞行结束后，NASA局长比尔.尼尔森（Bill Nelson），就这次飞行向 SpaceX 表示了祝贺，“祝贺 SpaceX 星舰首次综合飞行测试！

历史上的每一项伟大成就都需要承担一定程度的风险，因为巨大的风险带来巨大的收益。”

下面让我们看看美国天文学家兼太空轨道分析师乔纳森·麦克道尔（Jonathan McDowell）在接受德国之声（DW）采访时，对 SpaceX 星舰首飞的评价。

麦克道尔对星舰首飞的评价是“有限度的成功（qualified success）”

当然，既然是“罗生门”，你可以有自己的看法。

下一次星舰轨道试验飞行预计将在半年以后了。星舰的成熟还有很长的路要走。

按照 SpaceX 的计划，星舰在完成100次轨道飞行之前是不会进行载人飞行的，因此作为2025年阿耳忒弥斯3号（Artemis III）任务的载人登月系统（HLS），恐怕计划还将继续延后。

一旦这种全复用的超重火箭研制成功，人类太空投送能力将不再受限，这将彻底改变人类与太空的关系，并具备了实现人类多行星生存的基本能力。

设想的马斯克和儿子X在火星基地的效果图

对于普通人，特别有意义的莫过于可以实现个人的太空梦想了。以地球点对点客运为例，预计星舰常态化运行后，每人从上海到纽约的飞行成本将只需要5,000-10,000美元，用时约半小时。

SpaceX公司星舰地球一小时交通圈设想