楠木軒

馬斯克的"瘋狂"星艦,SN15試飛成功,人類距離下一張火星船票還有多遠?

由 許愛花 發佈於 科技

編者按:本文來自微信公眾號經緯創投(ID: matrixpartnerschina),創業邦經授權轉載。

北京時間5月6日,SN系列星艦研發進度終於迎來了曙光——SN15在美國德克薩斯州博卡奇卡成功挑戰高空試飛和着陸,沒有重蹈SN11的覆轍。

這意味着,星艦原型機取得階段性勝利,SpaceX掌握了最關鍵、最難搞的安全着陸能力,將加速星際飛船的徹底成型和入軌發射。

從2016年馬斯克在國際宇航大會公佈前往火星計劃起,星際飛船研發便被提上日程,從Starhopper原型機到如今的SN15,原型機已經迭代多次,根據SpaceX的估計,飛船最終成型,大約需要20台原型機進行測試。

這次SN15的成功軟着陸將進一步縮短星艦入軌時間,馬斯克的火星夢,又近了一小步。以下,Enjoy:

1數次爆炸,數百項技術改進

前段時間,SN11沒有如馬斯克預想中那般完成軟着陸的使命,在大霧中留下一聲爆響和火光後,直接在空中玩起了“失蹤”。官方解説員則直接告訴我們:它不會再回來了,給我們留下一場精彩的試飛。(實則,SN11空中炸裂成無數小碎片)

儘管如此,馬斯克依然在一片嘲諷“流水的星艦,鐵打的炮仗”中宣佈SN15即將發射,繼續探索前往太空的旅途。據馬斯克公開表示,SN15渾身上下擁有數百項設計改進,包括猛禽引擎設計、燃料、機身、艙頂等多處。

保持着每月一發的節奏,SN15在緊鑼密鼓中開啓了征程。這次,星艦原型機沒有辜負馬斯克的期待,成功完成了自己的任務。看着直播間成功着陸的消息,不由得讓網友感嘆:“馬斯克效率真高。”畢竟,還沒有一家航空公司可以做到每月發射一次。

根據業界得到的SpaceX最新內部排期表,SpaceX目標今年7月1日實現SN20+BN3合演軌道級發射。按照這個目標,接下來SpaceX每個月可能都得進行發射測試。

拉出從SN11到SN15的發射時間表,這個速度確實很“馬斯克”了,怕是真的沒有第二家能幹出如此的效率來。

3月4日,SN10爆炸;

3月9日,SN11移至發射台;

3月10日、3月11日調試檢查準備

3月12日,低温加壓測試;

3月15日靜態點火測試,失敗;

此後幾天,靜態點火測試不斷推遲;

3月22日,靜態點火成功;

3月30日,SN11發生爆炸,星艦原型機第四次挑戰高空軟着陸失敗

4月8日,SN15組裝及完畢,前往發射場

4月27日,第一次靜態點火成功

4月28日,第二次靜態點火成功

5月6日,星艦SN15發射成功

儘管網友調侃SpaceX步子扯得太大,顯然SpaceX不會如此開玩笑,畢竟背後都是經費在燃燒。按照SpaceX早前的規劃,SN11測試的時候,SN12-SN14的建設便已經有了一部分進展,甚至連零部件都開始組裝了。

但前面幾次星艦測試中回收的大量數據,為星艦研發提供了充足的參考,在此基礎上,SN15增添了數百項設計,相比前輩們有了全新升級。那麼同SN11差不多設計的SN12-SN14自然就沒有特別大的測試意義。早在SN11發射之前,就有消息傳出,SN11測試之後,SpaceX會直接跳到SN15。

形象生動,説明了SN11到SN15  (圖源:SpaceXMR)

另一方面,如此迅速且高效,馬斯克正在將發射火箭變成批量、規模性生產。就在SN15靜待低温測試的時候,SN16已經出現在公眾視野,艦身部分正在裝備隔熱瓦。

大概就是,每一艘星艦都眼睜睜看着“兄弟犧牲在自己身邊”,然後繼續“站在前輩的殘骸旁,向太空進發。”不過,身高數百英尺的大火箭們害怕也沒用,只能硬着頭皮向十多千米的高空一次又一次發起挑戰。

SN15與SN11殘骸的合影

隨着不停的測試、炸機,星艦原型機成功的概率越來越大:

SN8成功的概率只有三分之一;

SN10成功的概率提高至60%;

SN11成功的概率則變成了90%;

SN15成功把概率問題變成了現實。

SpaceX的每一艘星際飛船都在頑強地為後繼者掃平障礙,比如SN10首次成功着陸,卻在落地後爆炸,讓SpaceX 再度調整發動機推力,以及重新部署方案;SN11暴露的燃料泄漏問題則被全新的SN15彌補。

不僅如此,SN15還全新安裝了星鏈,看這架勢馬斯克是要把SpaceX的技術逐漸整合為一體。星艦+星鏈的組合,或許能夠實現無線通信和太空運輸的無縫銜接。

在馬斯克的構想中,未來包括飛機、船舶、車輛乃至星際飛船上,Starlink互聯網都可以隨時隨地為人類提供通信服務。有相關人士預測這次安裝星鏈的舉措可能就是要在SN15試驗過程中,藉助星鏈進行無線電遙測和通信。不過,具體功能是什麼,馬斯克不説,目前也無從得知。

2

從Starhopper到SN15

坎坷的星際移民之路

“吞着玻璃同時凝視深淵。”這句馬斯克用來形容自己創業生活的話,同樣適用於其殖民火星夢想的實現——從最初不被所有人看好,到如今原型機都迭代N多次,人們共同見證了馬斯克如何把一件成功概率低於1%的事情硬生生變得具有現實可行性。

迫不及待見證馬斯克“大話”是真是假的吃瓜網友們,每次在有試飛消息傳出的時候,都守在屏幕前等待消息,但“鴿王”的本性在那裏,測試、發射時間總是被推遲。

漫長的等待期,就連星艦也會“無聊到原地跳舞”。

網友將SN11收攏、張開“小翅膀”的畫面多次重複拼接

實際上,令星艦看着如此“萌態”的四個“小翅膀”是用來幫助其平穩降落的,安插了這四個“小翅膀”之後,SN系列星艦能夠藉助它們空中滑翔,快速調整飛行器的姿勢和方向。

像SN系列星艦一樣擁有“小翅膀”、具備滑行能力的太空飛船並不多見,最知名的便是參照飛機外形設計的、美國已經退役的航天飛機。SpaceX的星際飛船沒有墨守成規,顛覆了舊有太空飛船設計,並結合自身較為成熟的火箭回收技術,打造出一套帶有SpaceX風格的返航方案,同時也大大降低了發射成本。

星艦第一次公開面世是在2017年9月,馬斯克表示星艦將作為SpaceX面向未來的下一代發射載具,將來可代替獵鷹9號、獵鷹重型運載火箭以及載人龍飛船等。這是一套可重複使用的運輸系統,不僅可以執行地球軌道任務,也能夠完成登陸月球以及火星的任務。

根據SpaceX官網介紹,星艦整體高度約為120米,共分為兩級。第一級助推器被命名為超重型(Super Heavy),長70米,或將搭載28個猛禽火箭發動機,總共提供約 72 MN 起飛推力;第二級則為星際飛船(Starship SpaceCraft),長50米,能夠將100噸的有效載荷送上地球軌道。

這艘承載火星殖民夢想的巨無霸星艦,採用的是SpaceX下一代主力大直徑發動機——猛禽發動機,據悉每台可提供20萬公斤的推力,約是獵鷹9號使用的Merlin1 D發動機的推力的2倍。而運送星艦的超重型火箭擁有37個猛禽發動機,星艦單次可運送近100人。

從Starhopper(僅屬於星艦的一部分)到SN15,除了Starhopper成功完成150米低空測試外,迎接馬斯克的是一次又一次爆炸。

但這些並沒能澆滅馬斯克及其團隊的熱情,他們在每次失敗中搜集數據與問題,為下次測試做準備。

在SN15之前,一共有10艘星艦“壯烈犧牲”:

第一代全尺寸原型機MK1壓力測試失敗,MK2和MK4甚至都沒有測試便直接退役;

Mrk3更名為SN1繼續進行,卻燃料箱低温測試失敗,星艦被炸起數十米;

儘管SN2燃料箱順利通過超低温加壓測試,SN3卻在在加註液氮測試時艙體扭曲崩潰;

SN4成功闖關超低温壓力測試,但在第5次靜態點火後突發爆炸;

......

SN8挑戰試飛12500米,卻在降落過程中爆炸;

蒐集SN8航空飛行數據後,調整的SN9觸地爆炸;

SN10實現首次成功着陸,8分鐘後卻原地爆炸;

SN11空中裂成碎片。

前前後後壯烈犧牲多艘原型機,SpaceX邁出的每一步都帶着悲壯嘗試,卻又走得異常堅定——待測試的星艦型號都排到20了。

3

下一步:軌道試飛

SN15高空測試成功之後,迎來的便是軌道試飛:超重型低空、高空、亞軌道試飛,直至軌道級合演發射。屆時,距離火星將更進一步。

早在SN11的發射緊鑼密鼓進行的同時,SpaceX的首個超重型助推器——BN1就已經公開亮相,它是星艦的第一級,與星際飛船配套,BN1的大個頭創造了有史以來最大火箭助推器的組裝。

據SpaceX表示,火箭整體高至少120米,再加上星際飛船上層系統以及航天器,難怪連NASA也不由得調侃,在那張尷尬的學校照片上,有個孩子比班上的其他人都高得多。

在馬斯克的規劃中,登上火星需要先將一艘星際飛船發射到圍繞地球的軌道上,然後讓幾艘星際飛船“油輪”與第一艘飛船會合,併為它加好油。從那裏,直接飛向火星。

跳過已被放棄的 SN12、SN13 及 SN14,新一代款式 SN15 使用較薄的不鏽鋼材。

相比與此前爆炸的幾代星艦,肉眼可見的區別就是它被增加了更多隔熱片,足足800多片,而SN8-SN11 的隔熱片數量才分別為7~8片、27片、246片、384,網友那句“什麼時候貼滿了什麼時候就入軌了”的神預言怕是要變成現實。

隔熱片數據圖

SpaceX緊鑼密鼓增加隔熱片

對於馬斯克的瘋狂行為,人們帶着戲謔的聲音中更多是欣賞,那種敢於直面爆炸和失敗的勇氣、面對外界批評的鈍感力,永遠是航天文明發展的不竭動力。

4

從地球望向太空

何時抵達“火星綠洲”

“歷史將沿着兩個方向分叉:一個選擇是我們永遠留在地球上,然後有朝一日會碰上最終的滅絕事件......另一個選擇是成為一個太空文明和多行星物種。我認為,與一直被困在地球上相比,如果我們開啓一個太空文明,成為一個多行星物種,未來將會更令人興奮和有趣得多。”馬斯克從未掩飾過他對探索太空的着迷,火星則是承載着他偉大願景的最終目的地,從未改變。

早在2001年,出售PayPal公司時,馬斯克就曾想到要把植物種子送到火星上,在這顆紅色、貧瘠且毫無生機的星球上創造綠洲。按照他設想的“火星綠洲”(Mars Oasis)計劃,發射到火星上的宇宙飛船將包括一個密封的房間,裏面裝着與地球大氣層相似的空氣、一些健康的種子,以及能夠加速種子生長的營養凝膠。對此,馬斯克解釋道:“當你在火星上着陸的時候,只要給凝膠加一些水,就能在火星上擁有一個小温室了。”

馬斯克想要在火星上建立一個永久性的人類殖民地,開闢人類的第二故鄉。他認為前往火星的單程票價能夠通過成本控制降低到每人約10萬美元,這意味着對很多人而言,賣掉一套房子就可以搬家火星。

在未來40-100年內,將10萬人送往火星,建立火星城市。SpaceX的可回收火箭從肯尼迪航空中心起飛,1000艘飛船同時繞軌飛行,火星上的動力工廠可為飛船在軌補充燃料,最後飛船安全登陸火星表面。而且,飛船內設有一個餐廳、多個隔間,能夠為乘客提供零重力環境下娛樂用的遊戲視頻和電影。——這是馬斯克在國際宇航大會上,公佈的完整火星移民計劃,他要讓人類成為多星球公民。

在馬斯克的火星移民計劃中,降低成本的關鍵在於可重用性,即火箭多次起飛卻不破壞自身。SpaceX瘋狂燒錢測試的原因正是在反覆實驗中尋找最優解。

不過,登上火星從來不是容易之事。自1965年7月15日,美國“水手”4號探測器第一次飛臨火星,在距火星9280千米處觀測併發回火星照片起,人類逐步揭開火星神秘的面紗,卻從未沒有宇航員登上過那片紅色土壤。

中國的天問一號、美國的“毅力號”火星車、阿聯酋的”希望號“.......看似遙遠的火星夢,正在被各種探索嘗試拉近。

天問一號傳回的火星高清圖

馬斯克在去年10月的國際火星協會大會上公開下承諾:SpaceX將在4年內向火星發起首次無人飛行任務。此前他更是在網絡聊天室中表示要在5年半以內登上火星。

很多人難以相信,連星艦都還沒造好,怎麼能在五年半以內登上火星。但SpaceX的做事原則便是全情投入工作並把事情搞定。在SpaceX最嚴重的錯誤就是告訴馬斯克他的要求無法實現。於是,這股”野蠻力量“不斷嘗試、突圍,抱着失敗20次以上的念頭闖蕩。

的確,這是一件非常艱難、危險的事情。它不適合膽小者,因為很有可能會死,但如果成功了,那將帶來無比的榮光。

圖源:SpaceX官網

在馬斯克的火星殖民計劃中,星艦是一切核心關鍵,包括Starship太空船和超重型火箭,代表着一種完全可重複使用的太空運輸系統,星際飛船將成為有史以來最強大的運載火箭,能夠將100公噸的衞星運載到地球軌道。且星際飛船有效荷載倉要比任何在運營或開發的都要大,能夠為更多新任務創造可能性。

德州的Boca Chica是SpaceX最主要的測試場和發射基地,被馬斯克稱為通往火星的大門,見證了星艦原型機的從無到有的全過程。

3月3日,馬斯克正式提議將發射場所在地改名為Starbase(星際基地),還要圍繞基地建造一座城市,未來人們可以從這裏來往火星乃至外太空。在火星上,馬斯克也規劃了擬建的第一個人類火星基地——Mars Base Alpha“火星阿爾法基地”。

此次SN15的成功試飛,標誌着馬斯克的火星移民計劃邁出了實質性的步伐。或許,人類距離拿到下一張火星船票為期不遠。

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