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SpaceX 的巨型星際飛船終於進入軌道——其影響可能是地震性的
傑基沃特爾斯
7 月 24 日,SpaceX 星際飛船和超重型助推器從該公司位於德克薩斯州 Starbase 的發射場升空,進行第 13 次試飛。
有關 SpaceX Starship 第 14 次試飛的即時更新,請關注 CNN 的報導。
德州最南端海岸線的沙灘附近的人們已經習慣了有史以來最強大的火箭發出的驚天動地的轟鳴聲:自 2023 年以來,SpaceX 星際飛船的各種原型機已從該地區起飛 13 次,其中近一半以某種形式的意外爆炸而告終。
但風險將會變得更高。
週一,SpaceX 將首次嘗試將 Starship 發射入軌,從而部署首批新一代 Starlink 網路衛星。 75 分鐘的啟動視窗於東部時間上午 8:15 開啟。該公司計劃於東部時間上午 8:48 起飛。
如果成功,週一的試飛可能標誌著向前邁出了里程碑式的一步——這意味著星艦可能很快就會結束試飛階段並進入全面運營。
隨著星艦跨越這一門檻,預計對更廣泛的航太工業產生的連鎖反應將是巨大的。
Starship 將部署一系列新的天基技術,包括升級的 Starlink 衛星,旨在提高 SpaceX 全球網路業務和軌道資料中心的能力,執行長馬斯克希望這些衛星能夠為吸能人工智慧模型提供動力。
從那時起,這些承諾只會變得更加大膽:在與中國展開新的太空競賽之際,星艦公司簽訂了一份價值數十億美元的合同,將美國宇航局宇航員送上月球表面——這也許是阿波羅計劃以來的第一次。馬斯克繼續宣揚他的遠景願景,利用巨型運載火箭在火星上創造一座自給自足的城市。
自 Starship 試飛開始以來,可以追溯到 2019 年的短暫「跳躍」測試,這些目標似乎遠遠超出了地平線。但周一的飛行如果成功,將標誌著車輛開發新階段的開始,並帶來一系列新的風險。
該公司在部落格文章中承認,在過去 13 次試飛中,SpaceX 有意將 Starship 置於「被動安全的亞軌道軌道」。這意味著“即使航天器完全失去控制,它也已經走上了重新進入大氣層並在預定位置濺落的道路。”
當星際飛船首次嘗試進入軌道時,飛行器將失去安全網。它將以如此高的速度和精確的軌跡飛行,它將在地球周圍自由落體,這意味著,如果它失去控制,它就不會輕易被拖回地球。
進入軌道將為「星艦」提供一系列令人眼花繚亂的新可能性,或許可以讓它首次部署功能性衛星,並為未來更深入的太空探索鋪平道路。
但失误会带来新的威胁。 SpaceX表示,星際飛船將在載人太空站下方飛行,並指出該太空船的高度約為171英里(275公里),而國際太空站的軌道高度約為200英里(400公里),中國的天宮站運行高度高於210英里(340公里)。然而,如果星舰在轨道上失去控制,火箭可能会与活跃的卫星或其他有价值的设备相撞。
因此,該公司表示,如果在周一飛行的最初幾分鐘內出現任何故障跡象,它可能會中止計劃中的發動機燃燒——使星艦保持在亞軌道飛行路線上。
「有很多事情可能會出錯,」伊利諾大學航空航天工程實踐副教授約瑟夫·岡薩雷斯說。 “对于你的推进剂系统——也许你有泄漏,你的一个阀门可能被冻结,所以你的发动机可能无法点火。那么你实际上只是在轨道上有一个死亡物体,这可能会带来风险。”
與此同時,SpaceX 正在努力應對一系列工程挑戰,儘管它為這種史無前例的運載火箭重塑發射產業以及可能重塑人類在宇宙中的未來奠定了基礎。
關鍵的 10 小時測試
7 月,Starship 的超重型助推器在德克薩斯州 Starbase 的 SpaceX 發射場進行第 13 次試飛。
週一的任務雖然預計將首次部署運行衛星,但仍被視為試飛。 SpaceX 將積極審查最近對該飛行器所做的更改。
在 7 月的最後一次測試任務中,超重型火箭助推器(它為星際飛船提供了離開發射台的第一次爆發動力)在練習垂直著陸到海灣之前的時刻只能重新點燃其 13 個發動機中的 8 個。
這個問題並沒有影響任務的整體成功,但進行受控、安全的著陸對於 Starship 的長期能力至關重要,因為該公司希望將火箭重新帶回發射塔,以便反覆發射火箭。
SpaceX 表示,它已经进行了多项调整,包括“修改硬件以改善发动机的过滤,以及更改软件以提高重新点火的可靠性”,以解决超重型助推器长期存在的发动机问题。儘管如此,超重型不會返回陸地,而是再次嘗試在海洋上進行練習著陸。
同時,上面的星艦飛船(也稱為“船”)將啟動自己的引擎並繼續在亞軌道軌道上飛行。 SpaceX 表示,作为安全预防措施,它将花费大约 20 分钟的时间对航天器进行审查,确保能够引导其返回安全着陆的系统正常运行,并且这些系统的备份系统也正常运行,然后再次启动航天器的发动机进入地球轨道。
到目前为止, Starship的大多数试飞都只运行了一个多小时,而且都是在亚轨道轨道上飞行的。但在周一,宇宙飞船可能会在空中停留近10个小时,部署26颗Starlink卫星,绕地球飞行6圈。
然后,该船将尝试引导自己安全返回大气层,并在智利沿海的太平洋上完成直立、有控制的着陆。
與超重型助推器一樣,飛船的受控下降至關重要,目的是為未來將飛船降落在發射塔臂部的嘗試鋪平道路,以便稍後再次飛行。
SpaceX 先前從未嘗試過這項舉措。馬斯克此前曾暗示 SpaceX 可能會在周一的試飛中嘗試這種做法,但該公司最終選擇不這樣做。
“我们最担心的是这艘船是否会在人们的土地和雨水碎片上分裂,”马斯克在本月的技术会议All-In Summit上表示。“我们的受欢迎程度将迅速下降。”
(在 2025 年連續兩次試飛期間,星艦飛船突然爆炸,碎片在特克斯和凱科斯群島以及巴哈馬群島的人口稠密地區上空和附近落下雨點。一些居民非常憤怒。)
两级轨道火箭的上部从未被重新捕获并再次飞行,还有很多有待观察。
當太空船返回地球大氣層時,它必須承受嚴酷的溫度——可能高達 2,500 華氏度(1,370 攝氏度)。 SpaceX 仍在調整太空船外部的特殊塗層,稱為隔熱罩,旨在使太空船在重返大氣層期間保持完好無損。
「當你進入軌道時,你的隔熱罩將承受比亞軌道試飛稍高的溫度,」岡薩雷斯說。 “因此,下一次飛行將告訴我們很多信息。再入大氣層將是比我們之前的發射更加嚴酷的經歷。”
岡薩雷斯指出,早期飛行中 Starship 隔熱罩的圖像顯示存在炭化問題,SpaceX 必須限制這種情況,這樣 Starship 才能在以軌道速度不止一次地墜入地球大氣層時倖存下來。
前所未有的工程
SpaceX 於 8 月 27 日提供的圖片顯示,工程師們正在印度洋聖誕島海岸檢查星際飛船,此前該飛船於 7 月進行了試飛。 (SpaceX 来自美联社)
弄清楚如何著陸和重新啟動超重型助推器和星際飛船是 SpaceX 對該飛行器的長期願景不可或缺的一部分。
SpaceX的工程师将这种能力称为火箭学的“圣杯”。通常,每次飞行后都会丢弃全部或大部分火箭,但重复使用它们可以降低每次任务的成本。从上到下,整个运载火箭从未被重复使用过, SpaceX设想这样做将使货物进入轨道的价格降低几个数量级。
只有这样的火箭才能为马斯克和其他太空梦想家所希望的未来铺平道路,让人们在太空中生活和工作。
马斯克在 2010 年代中期首次开始制定 Starship 的构想。他循環使用了“星際運輸系統”和 BFR(“Big F—ing Rocket”)等名稱,同時偶爾也承認這個概念“非常困難,以至於有時我想知道我們是否真的能做到這一點”,正如他在 2021 年《華爾街日報》首席執行官委員會峰會上所承認的那樣。
這個想法多年來一直在發展,直到 SpaceX 在 2023 年開始全面試飛時才固化為高聳的鋼製形式。但即使從那時起,該公司已經推出了各種版本的飛行器。
直到現在,有了 Starship Version 3(即 V3),馬斯克才相信 SpaceX 已經走上了正確的迭代之路。
他本月表示:「該設計能夠完全重複使用。」這是他第一次表達出如此十足的信心。 “對此我確信無疑。”
儘管如此,艱鉅的工程障礙仍然存在。
儘管馬斯克表示他對最新版 Starship 隔熱罩的性能感到滿意,但 SpaceX 仍在收集數據。週一飛行中的幾顆星鏈衛星將配備攝像頭,使它們能夠在部署時回望星艦的外部並分析耐熱瓷磚。
除了可重用性问题外, SpaceX正在关注其他一些前所未有的工程问题,因为它希望为星际飞船做好深空探索的准备。
例如,為了讓美國太空總署實現登月,星艦在前往月球之前必須在近地軌道上加油。這樣做需要在太空中的多個星際飛船之間轉移超冷推進劑,這些推進劑必須保持在低於零下 260 華氏度(負 162 攝氏度)的溫度。
這樣的壯舉在航太史上從未有人嘗試過。對於月球任務,SpaceX 可能必須完成十幾次甚至更多次推進劑轉移。
展翅高飛的未來
隨著星際飛船開始投入運營,如果馬斯克的願景成真,這可能意味著地球上一些社區將發生巨大變化。
SpaceX 位於德克薩斯州南部的公司小鎮 Starbase 附近的居民已經在努力應對每年幾次觀看有史以來最大的火箭從自家後院起飛的影響。音爆的聲音可以像槍聲一樣大,振動可以像小地震一樣強烈。
雖然一些當地人歡迎 SpaceX 的存在,但一群居民在 4 月提起訴訟,指控 Starship 飛行造成財產損失。 (該公司辯稱,即使居民能夠證明損害與星艦有關,這種影響也是無意的。)
岡薩雷斯說:「我有家人住在德州布朗斯維爾,他們說,『每次發射時,我們的牆壁都在震動。』」他指的是位於 SpaceX 星際基地以西的德州南部城市。
“我喜欢它,”冈萨雷斯说, “但他们的粉丝并不多。”
馬斯克預計將大幅加快星際飛船的發射節奏。他的目標是讓該車輛很快開始每月發射一次或兩次,最終達到每小時一次。
为了达到这一频率, SpaceX正在将其业务扩展到另外两个地点:首先是佛罗里达州的太空海岸,那里已经是美国宇航局肯尼迪航天中心和卡纳维拉尔角空间站世界上最繁忙的太空港的所在地。然后, SpaceX的目标是在路易斯安那州南部建造一个价值1000亿美元的发射场–该州从未举办过轨道火箭发射。
“路易斯安那星际基地最终将拥有十几个发射塔,每天可进行30多次星际飞船飞行,使其成为地球上最大的发射场!”马斯克在8月份的公告后不久在他的社交媒体平台X上说。
雖然這些目標可能看起來很奇怪,馬斯克經常低估 SpaceX 實現某些里程碑所需的時間,但工程專家經常指出該公司深厚的人才儲備和解決艱鉅技術挑戰的良好記錄,作為該公司有一天會實現其大膽雄心的證據。
SpaceX 的批評者所表達的懷疑往往並沒有過時。十年前,產業專家懷疑該公司能否找到重複利用獵鷹 9 號火箭零件的方法。現在,它是迄今為止世界上發射最頻繁的火箭,並改變了其他火箭製造商的設計和開發方式。
然而,SpaceX 已明確表示,隨著 Starship 的發展,其主力獵鷹 9 號火箭的飛行將逐漸減少。
預計這一結果將對更廣泛的航太工業產生廣泛影響,但並非所有影響都得到了充分理解。
正如一位分析師所說,這一過渡期已經引發了一場“恐慌”,因為獵鷹 9 號的損失可能會給尋求將有效載荷送入軌道的商業航天公司造成瓶頸。
並且不能保證 Starship 會填補這一空白,因為 SpaceX 尚未公開談論向商業客戶出售火箭上的空間。
總部位於德國的發射經紀和整合服務公司 Exolaunch 的執行長 Robert Sproles 告訴 CNN,他認為對獵鷹 9 號退役的一些反應可能是危言聳聽,但毫無疑問,發射需求超過了供應。
斯普羅爾斯表示,這種需求勢必會推高價格,“而且我認為這種情況在可預見的未來不會發生變化。”
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更正:約瑟夫·岡薩雷斯的引述已更新,以準確引用推進劑系統閥門。
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