马斯克10年前吹的牛,试飞14次终于入轨,却只绕地球飞了两圈
北京时间昨晚23时57分,星舰飞船最后一次点燃发动机减速,缓缓落在夏威夷以北的太平洋上。它是昨晚20点49分从美国得克萨斯州的星舰基地起飞的,前后只飞了3个小时左右,比原计划少了将近7个小时。
星舰在北太平洋完成水上软着陆丨SpaceX
这是星舰的第十四次试飞,也是它第一次真正进入轨道。途中,它放出了26颗V3版星链卫星。这也是星舰第一次把有效载荷送进轨道。
这一趟飞得并不完美。一级和二级在上升途中都有发动机熄火;飞船原计划在太空绕地球飞行6圈,最后只绕了不到两圈就提前返回了。
前13次试飞,SpaceX给星舰制定的飞行计划,都只让它加速到差一点就能入轨的程度,其中好几次,它还没飞到这一步就炸了。
SpaceX不让星舰入轨,是因为一艘52米长、上百吨重的不锈钢飞船,如果进了轨道却回不来,就只能拖着一身隔热瓦,在稀薄的大气里越飞越低,最后落在哪里,谁也说不准。
所以昨晚这次试飞,真正的考题在最后,也就是北京时间23点左右的离轨点火。发动机点着了,飞船开始减速,坠回大气层,星舰这才算过了关。
星舰再入地球大气层丨SpaceX
从这款火箭第一次公开算起,已经过去了整整10年。
2016年9月27日,美国太空探索技术公司(SpaceX)创始人伊隆·马斯克,在墨西哥瓜达拉哈拉的国际宇航大会(IAC)上做了压轴演讲。他公布了殖民火星的计划,以及执行这个计划的火箭。这款火箭当时叫“行星际运输系统”,后来改名星舰,起飞推力达到万吨级。按当时的设计,它在回收复用的状态下,能把300吨货物送进近地轨道。
而在当时,SpaceX最强的火箭是猎鹰9号,一次性发射最多只能送22吨货物上天。
2016年IAC大会上的压轴演讲丨SpaceX
业内和媒体大多把这个计划当成天方夜谭。此后10年,星舰被叫作“PPT火箭”,被指是融资骗局,还被比作“N1再世”。N1是苏联上世纪60年代研制的登月火箭,第一级装了30台发动机,4次试射全部失败。星舰早期研发时也确实炸得天昏地暗,原型机接连在试车和着陆时爆炸。
现在,它已经把卫星送进了轨道。按最严格的标准衡量,星舰都已经是一枚真正的运载火箭了。
13次试飞不入轨
把一块石头水平扔出去,扔得越快,落得越远。如果快到一定程度,石头往下掉的同时,地面也顺着地球的弧度弯了下去,它就永远落不了地,只能一圈圈绕着地球转。
这就是入轨。在几百千米高的地方,需要的速度大约是每秒7.8千米。
星舰前13次的轨迹,最低点(近地点)都落在稠密的大气层里,绕不完一圈就会一头扎回来。这叫亚轨道飞行。就算发动机在太空里点不着,飞船也会在起飞后1个小时左右,自己落进印度洋。这等于给飞船上了一道保险。
入轨之后,这道保险就没了。飞船要回来,必须在太空里重新点燃发动机,把速度降下来。
一旦离轨点火失败,飞船就会困在轨道上。几百千米高的地方还残留着极其稀薄的空气,会一点点拖慢飞船,让它越飞越低,最后在无法预测的时间和地点坠入大气层。
星舰飞船本来就是按扛住再入高温设计的,不会像大多数退役卫星那样在空中烧光,大块残骸落到地面的可能性不小。
星舰第七次试飞时坠入大气层的壮观场面丨Alex Davenport
航天史上出过这样的事。天空实验室(Skylab)是美国的第一个空间站,重约77吨,1973年发射。按原计划,等航天飞机造好后,要么把它推到更高的轨道,要么引导它受控坠毁。可航天飞机一再推迟,太阳活动又比预想的剧烈,把高层大气加热、撑大,天空实验室受到的阻力越来越大,轨道降得越来越快。
1979年7月11日,天空实验室坠入大气层。大部分结构在空中烧毁,但仍有不少残骸落在澳大利亚西部,所幸没有伤到人。当地的埃斯佩兰斯镇还给美国国家航空航天局(NASA)开了一张400澳元的乱扔垃圾罚单。这笔罚款直到2009年,才由一位美国电台主持人向听众筹钱付清。
天空实验室是史上质量最大的失控再入航天器。此后,让大型航天器在寿命末期受控坠毁,逐渐成了航天界的通行做法。而星舰飞船的个头比天空实验室更大,重量也不输它。
10分钟回顾星舰此前的13次试飞丨Steed
门槛前的这13次,星舰也走得磕磕绊绊。
2023年4月首飞,两级火箭没能分离,最后在空中自毁。第二飞,飞船在发动机即将关机时出了故障,同样自毁。第三飞,飞船在返回大气层时失联。直到2024年6月的第四飞,一级和二级才第一次都完整落进海里。
2025年,全面升级的第2代飞船(V2)登场,却接连失败3次。第七、八飞,飞船都在上升途中炸毁;第九飞进入了预定轨迹,随后失控翻滚,在返回大气层时解体。这一年星舰发射了5次,只成功了两次。
2026年,第3代星舰(V3)登场。它的首飞,也就是第十二飞,飞船在上升途中有一台发动机提前关机,其余发动机延长了工作时间,才勉强把飞船送上预定轨迹。原定的太空点火测试因此取消,飞船最后还是平稳落进了印度洋。
第十三飞是星舰飞船此前最顺利的一次。它在太空中完成了发动机点火测试,第一次放出了20颗真正的星链卫星,最后完整落进印度洋,稳稳漂在海面上。只是那20颗卫星也跟着亚轨道轨迹,很快就落了回来,烧毁在了大气层里。
昨晚的第十四次试飞,SpaceX终于决定跨过入轨这道门槛。
V3版超重助推器首次完整落水
星舰起飞丨SpaceX
昨晚20点49分,编号B21的星舰一级,托着编号S41的星舰二级,从得克萨斯州南部星舰基地的2号发射台起飞。星舰的一级叫超重助推器(Super Heavy),二级就是星舰飞船。
整枚星舰直径9米,高124.4米,是一枚不捆绑助推器的两级火箭,两级都用液氧和液态甲烷作推进剂。如果两级都回收复用,它能把不少于100吨的货物送进近地轨道。
一级高72.3米,相当于24层楼,装着3650吨推进剂,屁股上是33台第3代猛禽发动机,起飞推力8240吨,是迄今推力最大的火箭。
二级高52.1米,相当于17层楼,装着1600吨推进剂,也用第3代猛禽发动机,共6台。中间3台是海平面版;外围3台是真空版,喷管更大,适合在几乎没有空气的太空里工作。
星舰S41与超重B21在2号发射台完成堆叠丨Max Evans / NSF
起飞两分多钟后,两级分离。
星舰一级的回收,要过两道点火。第一道叫返场点火,让一级调头飞向回收区域。第二道叫着陆点火,在落地前把速度降下来。
老一代星舰一级曾经3次飞回发射塔,被塔上两条巨大的机械臂在半空中夹住,这对机械臂被昵称为“筷子”。可换成V3版星舰一级之后,连这两道点火都没过好。
星舰第十四飞一二级分离画面,注意一级发动机没能全部点燃丨SpaceX
第十二飞的一级,起飞时就有一台发动机熄火,返场点火时发动机也没能全部点燃,最后炸毁。第十三飞的B20,首次让全部33台发动机都参加了返场点火,可点火后段,3台中心发动机出现结冰迹象,提前关机,返场点火也跟着提前结束。到了着陆点火,原计划点燃的13台只点着了8台,B20高速砸进了墨西哥湾。
针对这些问题,B21在液氧贮箱通往中心发动机的管路上,换装了重新设计的过滤器,还修改了软件,让发动机重新点火更可靠。可B21也没能完全甩掉老毛病。上升途中,它有1台发动机熄火;返场点火时,又有2台没点着。
好在它还是完成了着陆点火,缓慢落到了墨西哥湾的海面上,这在3枚V3一级里还是头一回。只是落水后不久,B21就发生了爆炸。
B21缓慢落入墨西哥湾后发生爆炸丨SpaceX
熄了一台发动机,照样入轨
飞船这边,上升途中也有1台真空版发动机提前关机。和第十二飞一样,接下来十几分钟其余发动机延长了工作时间,把飞船送上了预定轨迹。这时它的轨迹和前13次一样,还是亚轨道。
发动机多,好处就在这里,少了一台,其余的可以顶上。当年被拿来和N1火箭相提并论的星舰,这次两级各熄了1台发动机,照样把飞船送进了轨道。可顶得上,不等于没问题。发动机熄火一次,就要多烧推进剂来补,留给后面任务的余量也就少了一截。
算上这一次,V3版星舰一共飞了3次,一级每次都有发动机熄火或点不着,飞船也有2次在上升途中熄火。
接下来十几分钟,飞船关着发动机往前滑行,地面在等一个决定。熄了1台发动机,SpaceX飞控团队更要确认,上升阶段一切正常,尤其是和离轨有关的各项设备都没问题。只要有一项不达标,飞船就不再点火,留在亚轨道上,照旧落回印度洋。
起飞后25分17秒,飞船点燃1台猛禽发动机,把近地点从稠密的大气层里抬到了大气层之外。发动机关机后,星舰进入了约275千米高的近地轨道。
星舰S41完成点火,首次进入环绕地球的轨道丨SpaceX
起飞后约34分钟,飞船侧面的一道长条舱门打开,26颗扁平的V3星链卫星一颗接一颗滑了出去。这套释放装置被昵称为“发牌器”,把卫星像扑克牌一样一张张推出去。
这一次,卫星真的留在了轨道上。它们会展开太阳能电池板和天线,和地面站建立联系,完成各项测试,再用自带的电推进发动机把轨道一步步抬到300多千米的工作高度。电推进发动机用电把气体加速喷出,推力很小,但特别省燃料。
其中3颗卫星经过改装,离开时回头给S41拍照,检查它身上的隔热瓦。第十三飞已经验证过卫星能给飞船拍照,这一次换到了真正的轨道上,卫星要经受更长的飞行时间、更多次昼夜交替和更复杂的温度变化。
释放的星链卫星拍到了星舰S41在轨飞行及释放卫星的画面丨Starlink
原定飞6圈,两圈就回家
放完卫星,星舰飞船开始在轨道上滑行。按原计划,它要绕地球6圈,再滑行7个半小时。
飞船上升途中那台发动机熄火后,SpaceX就表示要评估这个问题,看任务还能不能继续。到了北京时间22点29分,SpaceX在评估飞船状态后,决定让它提前回来。
马斯克说:“我们这次格外谨慎。”他解释道,飞船要是在陆地上空解体、残骸砸到人,SpaceX的口碑会一落千丈。
即便如此,这次飞行从起飞到落水也用了约3个小时,上一次试飞只用了1小时05分21秒。
星舰第十三飞和第十四飞原定任务时序对比丨作者供图
原计划多飞的这几个小时,要考的是前13次都没机会考的东西。
温度先来折腾。绕地球一圈约1个半小时,飞船每一圈都要经历一次日晒和一次背阴,舱壁和设备跟着一冷一热地来回折腾。
推进剂也在悄悄流失。液氧要冷到零下183摄氏度,液态甲烷要冷到零下162摄氏度,飞船在太空里多待一分钟,贮箱里的推进剂就多蒸发一点。飞船得管好这些推进剂,留足离轨点火要用的那一份。
还有飞船的姿态控制和供电,都要连续可靠地工作好几个小时。
将来星舰飞往月球和火星,要在太空里待上几天甚至几个月。这次提前返回,这些考题只答了一小部分。
北京时间23点左右,也就是起飞后2小时12分,飞船点燃1台猛禽发动机,开始离轨。
星舰S41提前进行了离轨点火,好在顺利完成丨Starlink
两块二手隔热瓦
离轨点火后,飞船还飞了约20分钟,才开始进入大气层。接下来要过关的,是它身上的隔热瓦。
星舰飞船全身贴着约两万块黑色的六边形隔热瓦。再入大气层时,飞船的速度高达25倍音速,前方的空气被猛烈压缩,温度升到上千摄氏度。飞船的温度主要来自对空气的压缩,而不是摩擦。
星舰的设计目标是像民航客机一样频繁飞行。隔热瓦能不能做到短期免维护,长期可拆、可换、可复用,直接决定飞船多久能再飞一次。
S41的隔热瓦,改进的依据来自上一艘飞船S40。以往的星舰飞船落水后翻倒,往往随即爆炸。第十三飞的S40落水后却没有爆炸,SpaceX临时决定把它捞回来,前后花了24天。
这是星舰第一次回收一艘完整的飞船,工程师也第一次拿到了真正经历过再入的隔热瓦。
S40在印度洋漂浮的现场画面丨SpaceX
根据S40的情况,S41在4个地方做了改动。
上升阶段的气流冲击和振动,最容易把瓦震掉。上升时掉了瓦,再入时就没瓦可用。S41在最容易脱落的区域加装了额外的固定装置。
工程师还在S40身上找到了一些缝隙。再入时,飞船前方的空气被加热到发光,变成等离子体,这些缝隙能让高温等离子体钻到瓦片背面。这类问题肉眼看不见,只有拿到实物才能定位。S41把这些缝隙堵上了。
星舰S40再入过程中的等离子体绕过迎风面丨SpaceX
在一些区域,S41改用了弧形瓦。测试数据显示,弧形设计能降低瓦缝处的温度。代价是多了一些形状特殊的瓦片,不同位置的瓦就没那么容易互换了。
S41身上还有两块特别的瓦,是从S40身上拆下来、翻新后重新贴上去的。这是星舰第一次把一艘飞船的隔热瓦用到另一艘飞船上。
两块瓦不多,却是星舰通往快速复用的路上,一块很小的砖。
工作人员正在从S40回收隔热瓦丨SpaceX
起飞后约2个半小时,S41再入大气层。它腹部朝前,身上裹着一层发光的等离子体,从太平洋上空一路减速。临近海面时,飞船从横躺翻成竖直,点燃发动机减速,然后稳稳落在了夏威夷以北的太平洋上。
为了这次飞行,SpaceX向美国联邦航空管理局(FAA)提交了全新的落区评估。此前的星舰飞船都落在印度洋,这一次改到了太平洋。
星舰本次发射落区:绿色长条为入轨后预定落区,黄色长条为提前返回落区丨X
这是星舰第一次入轨,第一次把载荷留在轨道上,第一次从轨道上离轨返回,第一次用上翻新的旧隔热瓦,也是第一次落进太平洋。
一次试飞,顶猎鹰9号10发
星链、载人登月、星盾、星智,还有火星探测,SpaceX的这一串计划都押在星舰身上。星盾是SpaceX面向美国政府和军方的卫星业务,星智是把算力中心搬上太空的卫星项目。其中最急着用星舰的,是星链。
星链是SpaceX的卫星互联网。截至2026年9月,星链累计发射了约1.3万颗卫星,在轨约1.1万颗,为160多个国家和地区的上千万用户提供服务。这些卫星在这次之前,全靠猎鹰9号发射。
猎鹰9号一次能送20多颗2代星链卫星。3代星链卫星(V3)更大、更重、能力更强,只有星舰送得上去。一颗V3的通信容量约1Tbps,也就是每秒传输10¹²比特数据,够1万户人家同时跑满100兆宽带。
这次星舰发射升空的26颗V3星链,合计约26Tbps,按SpaceX的说法,相当于猎鹰9号发射10次的通信能力。
仅这一次不满载的星舰发射,就相当于277颗V2星链和10次猎鹰9号发射带来的通信能力丨X用户SawyerMerritt
按公开数据估算,这26颗卫星总重约46吨,第十三飞的20颗约34.1吨。SpaceX表示,这批卫星最快几周后就能开始为用户服务。
马斯克在财报会上说,V2星链已经满足不了后续的需求。V3要让星链的整体服务明显变好,在轨数量得达到约1000颗。
按SpaceX招股书的说法,星舰满载一次能送约60颗V3,这次只装了26颗。要凑齐1000颗,星舰至少还得再成功发射17次满载任务。
SpaceX已经向美国联邦通信委员会(FCC)申请,最多运营10万颗V3星链卫星。
SpaceX的V3星链卫星(左二)和星智项目卫星(左一)对比图丨SpaceX
中期目标:每天一发星舰星舰的中期目标,是至少每天发射一次。2025年,猎鹰9发射了160多次,平均两天多一次,这已经是它首飞15年后的成绩。
要达到每天一次,火箭和发射台都得跟上。
火箭这边,S41刚刚飞完,S42和S43已经造好,S44正在厂房里排队等待堆叠。按此前的计划,第十五飞可能尝试第一次用“筷子”夹住返回的飞船。这次发动机接连出问题,计划会不会推迟,要看SpaceX的调查结果。
发射台这边,得克萨斯州星舰基地目前只有一个能用的发射台,另一个正在改建。
佛罗里达州在建的垂直集成厂房,背景是土星五号、航天飞机和SLS用过的总装大楼丨Max Evans / NSF
佛罗里达州肯尼迪航天中心39A发射台(LC-39A)上的星舰设施已经基本就绪,这座发射台当年送走过土星五号和航天飞机。SpaceX在东海岸的星链发射将移交给星舰,猎鹰9号已经在那里执行了最后一次星链发射。附近的37号发射台(SLC-37)也会逐步改成星舰发射台。
如果一切顺利,星舰的第十六飞将改到39A发射台发射。
SpaceX的猎鹰9号在美国东海岸最后一次执行星链发射时,发射团队合影留念丨SpaceX
SpaceX还要在路易斯安那州新建一座发射基地,名为“路易斯安那星舰基地”(Starbase Louisiana),投资规模高达1000亿美元。基地计划2027年底动工,最早2029年执行首次发射,专门负责星舰正式运营后的商业发射。马斯克在社交平台上说,这座基地最终会有12座以上发射塔。
SpaceX高管还说,这将是一座“自给自足的发射基地”,有自己的推进剂工厂、发电设施、航运码头和火箭翻修厂房,“可能还会有一座机场”。这么大的基地,也少不了严格的监管审查。
路易斯安那星舰基地CG图丨SpaceX
美国重返月球路上的第一个卡扣
2026年一季度,NASA的阿尔忒弥斯登月计划(Artemis)做了一次大调整。原本要执行首次载人登月的阿尔忒弥斯3号,改为在近地轨道上做对接验证,时间约在2027年年中。首次载人登月推迟到2028年初的阿尔忒弥斯4号。
星舰是这项计划的主力登月舱。按NASA监察长办公室的报告,NASA已经为星舰版登月舱投入了40多亿美元,同时保留蓝色起源公司(Blue Origin)的“蓝月亮”(Blue Moon)登月舱作为备选。而在这次试飞之前,星舰连一次入轨都没做到过。
更难的一关是在轨加注。星舰飞船进入近地轨道时,推进剂已经基本用光。要飞去月球,它得先在轨道上加满推进剂,这需要多艘星舰当“油罐车”,一趟趟飞上来给它加注。这项技术,星舰还一次都没在太空演示过。
要加注,先得能入轨;要在轨道上等“油罐车”,先得证明能在轨道上长时间待住。这次试飞完成了入轨和再入返回,但提前结束了在轨,长时间飞行这一项还没验证。这一飞只松开了登月路上的第一个卡扣。
发动机的可靠性,在登月时更要紧。登月舱要在月面降落,再从月面起飞,发动机都得一次点着,出了问题没有人能去救。
星舰版登月舱(左)与猎户座飞船(右)对接的CG图丨SpaceX
回望过去三年,星舰走的路并不好看。2023年4月首飞时,火箭在空中自毁。2025年,全面升级的V2版星舰遭遇三连败,全年5次发射只有两次成功,一克载荷也没有送进轨道。2026年V3版登场后,第十三飞终于把20颗真卫星放了出去。
第十四次,星舰磕磕绊绊地入轨了。说这个项目已经成功了一半,并不为过。
但要因此说星舰成功了,还太早。第3代猛禽发动机还没做到次次靠得住;登月舱需要的在轨加注,一次都没做过;V3星链要凑满1000颗的临界数量,至少还得再成功发射17次;路易斯安那那座规划中的巨型基地,眼下还是一片空地。
26颗卫星入轨,星链卫星发射的这一棒,总算接住了。星舰自己要先过的,是发动机这一关,然后才轮到不知道哪一飞迎接它的那对“筷子”机械臂。
这一幕,更近了,但依然还远丨X
10年前被当成天方夜谭的火箭,如今真的飞进了轨道。星舰的第十四飞就是一个新的起点,从这次入轨开始,38万千米外的月球、最近时5500万千米外的火星,似乎变得没有那么遥远了。
作者:跆拳道大灰狼
编辑:Steed
封面图来源:SpaceX
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