北京時(shí)間11月19日6時(shí)，美國SpaceX公司進(jìn)行了“星艦”第六次試驗(yàn)性發(fā)射，也是第一代“星艦”（V1版）最后一次試飛。出于安全考慮，本次“星艦”第一級(jí)未使用“筷子”回收，而是受控墜海。經(jīng)過調(diào)整的“星艦”第二級(jí)完成發(fā)動(dòng)機(jī)太空點(diǎn)火試驗(yàn)后，通過了再入大氣層的考驗(yàn)，精準(zhǔn)降落在印度洋預(yù)定海域。明年，預(yù)計(jì)第二代“星艦”（V2版）將投入更加密集的試飛，克服更高難度的挑戰(zhàn)，努力達(dá)到實(shí)用化標(biāo)準(zhǔn)。

承上啟下 試驗(yàn)關(guān)鍵

本次試射的“星艦”第一級(jí)編號(hào)為B13，第二級(jí)編號(hào)為S31，試飛流程與上次相似：第一級(jí)飛回發(fā)射臺(tái)，由系統(tǒng)判斷是否由“筷子”回收；第二級(jí)進(jìn)行跨大氣層亞軌道飛行，終結(jié)于印度洋預(yù)定海域。不過，為了更好地對(duì)第二級(jí)再入大氣層、調(diào)姿、反推、濺落等進(jìn)行光學(xué)觀測(cè)，SpaceX公司特意調(diào)整了“星艦”發(fā)射時(shí)間，確保第二級(jí)在這個(gè)過程中處于白天。

“星艦”第六飛初期一切正常

本次試飛中，“星艦”第一級(jí)并未由發(fā)射塔上長20米的“筷子”捕獲機(jī)構(gòu)回收，這是遵循安全策略的結(jié)果：系統(tǒng)不斷檢查發(fā)射臺(tái)和火箭狀態(tài)，如果確認(rèn)狀態(tài)良好，第一級(jí)就會(huì)接到指令，飛往發(fā)射臺(tái)并懸停，“筷子”閉合并精確地鉤住箭體掛點(diǎn)；否則，為了防止回收失敗甚至炸毀發(fā)射臺(tái)，第一級(jí)會(huì)受控調(diào)整姿態(tài)落海，或者墜毀在發(fā)射臺(tái)附近的空地上。

針對(duì)上次“星艦”第一級(jí)暴露的部分薄弱結(jié)構(gòu)，這次進(jìn)行了局部補(bǔ)強(qiáng)。原本“星艦”第一級(jí)還規(guī)劃回收后加速泄放殘余推進(jìn)劑，以便盡快重新吊裝回發(fā)射臺(tái)，提高周轉(zhuǎn)效率，這項(xiàng)改進(jìn)只能等待將來回收驗(yàn)證。

在試驗(yàn)項(xiàng)目方面，這次“星艦”不僅是“承上”，更是“啟下”，實(shí)施了在第三次試飛中臨時(shí)取消的發(fā)動(dòng)機(jī)太空點(diǎn)火試驗(yàn)，為將來第二代“星艦”嘗試入軌打下了基礎(chǔ)。隨著第二級(jí)1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)太空點(diǎn)火試驗(yàn)成功，證明“星艦”具備入軌后可靠離軌的能力，消除了外界此前擔(dān)憂。

事實(shí)上，運(yùn)載火箭末級(jí)或上面級(jí)在軌點(diǎn)火，面臨推進(jìn)劑管理難題，由此導(dǎo)致發(fā)射失敗的例子屢見不鮮。這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)在太空中關(guān)機(jī)后，火箭末級(jí)或上面級(jí)滑行期間，推進(jìn)劑處于失重飄蕩狀態(tài)，殘余推進(jìn)劑隨機(jī)分布在貯箱中，如何抑制低溫推進(jìn)劑沸騰和蒸發(fā)損耗，如何確保推進(jìn)劑可靠地沉底，以防發(fā)動(dòng)機(jī)異常吸入情況，如何進(jìn)行完善的管路吹除和預(yù)冷作業(yè)，均是發(fā)動(dòng)機(jī)太空點(diǎn)火所面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

因此，“星艦”第六次試飛成功實(shí)施發(fā)動(dòng)機(jī)太空點(diǎn)火，有助于后續(xù)安全地入軌部署載荷。而且，基于“星艦”第二級(jí)研制的載人登月艙計(jì)劃多次在軌加注推進(jìn)劑后奔月，實(shí)施有動(dòng)力落月和月面起飛，離不開可靠的發(fā)動(dòng)機(jī)太空點(diǎn)火工作。

防熱修改 挑戰(zhàn)極限

有趣的是，“星艦”迭代完善并不全是針對(duì)弱點(diǎn)的“補(bǔ)強(qiáng)”和“做加法”，基于此前第二級(jí)3次再入大氣層所積累的經(jīng)驗(yàn)，這次開始“做減法”。比如，“星艦”第二級(jí)迎風(fēng)面邊緣的熱環(huán)境不像仿真研究估測(cè)得那么惡劣，因此兩側(cè)5排隔熱瓦被拆除，僅靠不銹鋼貯箱壁“硬扛”高溫。未來，這些位置可能會(huì)設(shè)置第二級(jí)的回收捕獲掛點(diǎn)。

“星艦”第二級(jí)通過了再入大氣層的考驗(yàn)

要知道，不銹鋼的高溫性能并不穩(wěn)定。以304不銹鋼為例，溫度超過700攝氏度后，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度會(huì)迅速下降。如果沒有隔熱瓦保護(hù)，不銹鋼貯箱很可能發(fā)生結(jié)構(gòu)解體。在“星艦”第五次試飛中，第一級(jí)在局部使用鋁制隔熱瓦代替普通隔熱瓦。鋁的熔點(diǎn)約為660攝氏度，恰好接近引發(fā)不銹鋼強(qiáng)度大幅降低的溫度，難怪SpaceX公司這次敢于拆除隔熱瓦。

“星艦”第二級(jí)雖然采用了約18000塊六角形隔熱瓦，表面溫度最高達(dá)到1400攝氏度左右，而且熱量分布不均，但維護(hù)成本仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于航天飛機(jī)。因?yàn)楹教祜w機(jī)采用多種異形隔熱瓦，敷設(shè)和更換很不方便，而“星艦”第二級(jí)除翼面轉(zhuǎn)角、頭錐等少數(shù)部位外，采用了尺寸統(tǒng)一的六角形隔熱瓦，每片設(shè)有3個(gè)固定點(diǎn)，減輕了生產(chǎn)和維護(hù)壓力。第二代“星艦”還采用機(jī)械臂敷設(shè)部分隔熱瓦，進(jìn)一步降低工作量。

在此前試飛中，“星艦”第二級(jí)的隔熱瓦雖然總體上耐受住再入大氣層的考驗(yàn)，但難免出現(xiàn)脫落、破碎，尤其是翼面轉(zhuǎn)軸處需要改進(jìn)。在第六次試飛前，SpaceX公司對(duì)這枚第二級(jí)的熱防護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了全面返工，換用新一代隔熱瓦、備用燒蝕層，并對(duì)翼面轉(zhuǎn)軸處的防熱和密封進(jìn)行了額外補(bǔ)強(qiáng)。從實(shí)際情況來看，這些改進(jìn)措施基本上是有效的，但能否實(shí)現(xiàn)預(yù)想中的免維護(hù)再次發(fā)射，還要等到第二代“星艦”換用新型翼面并實(shí)現(xiàn)回收后全面評(píng)估。

除了拆除部分隔熱瓦外，“星艦”第二級(jí)還有其他挑戰(zhàn)極限、充分“挖掘”性能潛力的表現(xiàn)。比如，最后第二級(jí)刻意以更高迎角飛行，主要目標(biāo)是檢驗(yàn)翼面的姿態(tài)控制極限性能，獲得再入和著陸階段的更大飛行包線。

激進(jìn)升級(jí) 難度不減

經(jīng)過這次承上啟下的第一代“星艦”最終試飛，第一級(jí)回收方案驗(yàn)證了更多情況。而第二級(jí)防熱系統(tǒng)“做減法”，表明SpaceX公司正在逐步摸索基于不銹鋼貯箱的最佳熱防護(hù)方案。綜合6次試飛的各項(xiàng)進(jìn)展，“星艦”研發(fā)已取得了階段性成果。不過，“星艦”想要完成SpaceX公司的宏偉愿景，仍需持續(xù)迭代升級(jí)。

“星艦”第二級(jí)精準(zhǔn)濺落印度洋預(yù)定海域

下一次試射將是第二代“星艦”首飛，其第二級(jí)正在開展一系列測(cè)試，多處設(shè)計(jì)改動(dòng)陸續(xù)曝光，預(yù)計(jì)需要較長的時(shí)間進(jìn)行發(fā)射前準(zhǔn)備。

首先，第二級(jí)的前翼面進(jìn)行了調(diào)整，體積更小，位置更靠前且明顯向背風(fēng)面移動(dòng)，以便再入大氣層過程中“躲”在箭體背風(fēng)面，降低熱流峰值，防止出現(xiàn)“星艦”第四次試飛中熱量積聚、燒穿翼面的情況。

其次，第二級(jí)整體稍有拉長，換來了更大的推進(jìn)劑貯箱，但載荷空間會(huì)縮小。不過，考慮到“星艦”短期內(nèi)不會(huì)發(fā)射超大單體載荷，科研人員更緊迫的任務(wù)是合理分配級(jí)間比，有效提升運(yùn)力水平。

再者，第二級(jí)換用了新一代隔熱瓦和熱防護(hù)系統(tǒng)，而且隔熱瓦分布方案根據(jù)再入大氣層經(jīng)驗(yàn)反饋進(jìn)行了優(yōu)化。

而第二代“星艦”第一級(jí)最大的變化應(yīng)該是將發(fā)動(dòng)機(jī)從33臺(tái)增加到35臺(tái)，預(yù)計(jì)內(nèi)圈發(fā)動(dòng)機(jī)排列會(huì)更加“擁擠”。另外，級(jí)間段也會(huì)有大變化，熱分離結(jié)構(gòu)將完成與第一級(jí)集成化設(shè)計(jì)制造，不再是第一代“星艦”的可拆式結(jié)構(gòu)。

不過，第二代“星艦”第一級(jí)尚未曝光實(shí)物，不排除仍在進(jìn)行細(xì)節(jié)調(diào)整。至于計(jì)劃大量應(yīng)用新一代發(fā)動(dòng)機(jī)、起飛質(zhì)量或許會(huì)突破萬噸的第三代“星艦”（V3版），服役尚需時(shí)日。

明年，“星艦”有可能正式邁向?qū)嵱没?，但仍需克服諸多挑戰(zhàn)。

其一，第二代“星艦”需要通過試飛來驗(yàn)證上述改進(jìn)措施是否妥當(dāng)，更要盡快測(cè)試兩枚第二級(jí)在軌對(duì)接、大規(guī)模轉(zhuǎn)移推進(jìn)劑?！靶桥灐毕胍瓿奢d人登月乃至載人登火任務(wù)，必須大量頻繁發(fā)射，及時(shí)為第二級(jí)補(bǔ)充推進(jìn)劑，可以說是必須突破的技術(shù)難關(guān)。

其二，為了全面提升發(fā)射頻率，“星艦”需要更多的發(fā)射臺(tái)支持交替發(fā)射，縮短發(fā)射周轉(zhuǎn)流程。目前，第二座“星艦”發(fā)射臺(tái)即將竣工，但SpaceX公司似乎仍在修改設(shè)計(jì)，目前運(yùn)轉(zhuǎn)良好的水冷鋼板降溫降噪設(shè)施會(huì)被更接近傳統(tǒng)的水冷導(dǎo)流槽替代。

其三，拋開更吸引大眾關(guān)注的深空任務(wù)不談，“星艦”最重要的核心任務(wù)是盡快投送有效載荷入軌，特別是部署性能更強(qiáng)的完整版第二代星鏈衛(wèi)星，應(yīng)對(duì)逐漸逼近的早期星鏈衛(wèi)星“退役潮”，之后第二級(jí)調(diào)頭進(jìn)行離軌點(diǎn)火，再入大氣層，實(shí)現(xiàn)高效回收復(fù)用。

面對(duì)“星艦”實(shí)用化之前的繁重工作，SpaceX公司高管近期表態(tài)非常自信，宣稱明年“星艦”計(jì)劃飛行25次，耗時(shí)6個(gè)月就有望回收第二級(jí)，甚至未來4年可能發(fā)射“星艦”400次。屆時(shí)，“星艦”能否打破更多航天紀(jì)錄，是否會(huì)在前進(jìn)中迎來競(jìng)爭(zhēng)者，外界不妨拭目以待。