“星舰”又掉了!人类实现飞天梦真有那么难?老马1500亿够烧吗?

神话传说里,嫦娥飞上月球只需一包药。而在现实世界,纵然你拥有再多的钱,纵然你能召集全世界所有充满理想和豪情的科学家,也不见得能顺利离开地球。

就在18日,马斯克的“星舰”又一次在发射中掉下来了。

虽然世人都知道失败是成功之母,但是对“星舰”来说,不知道失败这个词背后,折叠了多少人日夜的辛劳。

此次发射又遭遇了哪些问题?马斯克执着于飞天梦的“星舰”背后,人类的重载火箭飞行技术究竟发展到了哪种程度?未来老马的登月梦,是否就要变成噩梦了?

(二次发射的点火阶段)

再次坠落

18日早上的发射流程还是很顺利的,点火、发动机工作、助推上升,一气呵成般的行云流水。

火箭升空大约快要3分钟的时候,到达指定高度后的一级助推器分离,二级助推器开始接力工作,继续推动火箭以更快的速度脱离地球引力的束缚。

大约又过了40秒,已完成使命成功分离的助推器在预定空域爆炸掉落。此时的“星舰”距离地面已经接近150公里,它的速度达到了每小时24124公里。

(远距离看到的二次发射)

本来整个发射过程,SpaceX公司是实时直播的,但在助推器分离爆炸后不久,直播的画面就被切断。

又过了大约8分钟左右,消息得到确认“星舰”并没有按照计划飞升,其本身在到达一定高度后,自毁装置被启动从而爆炸

从发射升空到失败,整个过程大约持续了11分钟左右。有媒体报道称,虽然失败,但是这一次的“星舰”总算是脱离了地球到达了太空。不过随后又有媒体指出,“星舰”还没有完全到达太空,是在快要接近的区域内自爆的。

对这个时代的公众来说,火箭发射失败还是很少见的事。但实际在上世纪的美苏太空竞赛期间,类似的发射失败几乎是家常便饭。苏联当年在探索金星的时候,有时候在一年内能连续遭遇几次失败。

“星舰”此次在发射之前,原本在经过联邦航空管理局的批准后,先期确定的发射时间是17日的早上。后来马斯克表示火箭需要更换助推器的一个部件——格栅翅执行器,所以往后延迟一天发射。

当时马斯克宣布这条消息时,网友就调侃说不出意外的又发生意外了。谁想到这一天间隔的时间,网友的“乌鸦嘴”还真就准了。

从现在公布的消息来看,一级火箭的工作和分离是正常的,有报道说是二级火箭在后来的飞行中发生了故障,也有说是“星舰”系统本身发生了问题。这也就是部分媒体中提到的“接近太空”和已“到达太空”的两点不同之处了。

至于究竟是在哪个阶段出现了问题,接下来就是科研人员的复盘和调查了。让马斯克头大的不仅只是这次失败,还有前几个月的失败。

第一次发射就掉落了

首次发射是在今年的4月20日。相比于这一次,上次火箭升空后的时间更短,只持续了大约两分半钟,火箭就开始失衡并最终解体爆炸。

(4月份第一次发射后的解体爆炸画面)

第一次的问题,是一级火箭的多台发动机工作不正常。虽然失败,不过星舰本身的多项指标,还是刷新了航天器的运载记录。

火箭整体的高度达到了120米左右,直径更是达到了9米。所以大众从远距离拍摄的照片中,看到它很细小,实际上它长得“膀大腰圆”。

要推动这么一个庞然大物脱离地球引力,就需要强大的推力。它的第一级火箭又叫“超重型助推器”,它的推力也就是马力可以达到7590吨,这比50多年前登月时所用的土星5号火箭的推力还要大两倍多。

第二级火箭类似于助推器又像是飞船,它的推力为1500吨。第一次发射的时候,火箭整体使用了36台超重型猛禽发动机,此外还有3台真空推力的发动机一同工作。它所使用的燃料为液氧甲烷。

首次发射的计划,原本是第一级火箭分离后不回收坠海,“星舰”整体则绕地球飞行,而后重返大气层,以航天飞机的模式被地面回收。

然而第一次发射失败,等于此前的计划一个都未曾实现。因此从4月到现在,SpaceX的科研人员并没有停止检查和改进的脚步。1000多次的修改,是此前马斯克公开说的。

很显然,经过几个月的改进后,原本第二次的发射也是信心满满。尤其是在18日当天火箭刚升空的时候,此次所用的33台发动机工作都是正常的。

(“星舰”表面局部隔热层的特写)

按照这次的发射计划,“星舰”在升空后,于地球轨道绕飞四分之三圈,一二级的火箭分别回收。一级火箭分离后掉落的海域是墨西哥湾,二级飞船是像航天器那样返航降落,原定的降落区域是夏威夷附近的海域。

马斯克这么做,旨在减少太空垃圾,以自身SpaceX公司的行为做出一种表率来。由于航天器坠海可能会影响到海里的生物,而且计划坠落的区域又在美国的领海内,因此公司需要获得鱼类及野生动物管理局的批准。

为此还在9月份的时候,马斯克就表示这项申请不太顺利,他甚至还想过要专门去为此办个钓鱼证。好在最后一刻,公司获得了批准申请。

可惜火箭再次发射失败,一级火箭倒是掉落在指定海域。二级飞船由于自毁,其产生的大量碎片,要么可能留在了近地轨道,要么坠落掉在了某片海域,要么就是在掉落过程中与大气层摩擦而焚毁殆尽了。

虽然此次发射又失败了,不过33台发动机一同工作,还是打破了航天器领域的记录。此前,这种多台发动机并联工作的模式,只有苏联时代的N1火箭达到过,而且后者还一直未曾正常工作过。

除此之外,相比于4月份的发射,这次的发射火箭首次实现了一二级的成功分离。能够达到这样的成就,对马斯克这样一家私营企业来说也确实不容易,毕竟这全都是用钱砸出来的。单单这一年,整个“星舰”试飞发射投入的资金,就已经超过30亿美元了。

可即便再有钱,只要是研究航天领域,几下就能“烧”出去更多。而马斯克的计划,还不仅仅只是发射绕地飞行的“星舰”。

老马的终极目标

两次“星舰”发射失败,但从整体来看,这本就属于试飞阶段。最终要试验的,是“星舰”飞船本身的回收功能

按照马斯克多年来的计划,最重要实现的是登月以及更远时代的登陆火星。为了实现这一目标,此前SpaceX和NASA已宣布施行合作。

原来的计划,是在2024年就能实现飞船的绕月飞行,并将飞船成功回收。之后到2025年,测试人类最终着陆月球的系统。

(想象中的星舰飞往火星)

按照该计划,无论是发射升空所需要的火箭,还是朝着月球飞行的推进飞船,以及最终在月球登陆的星舰,任何一个环节都要万无一失,不能出现问题。

从目前的进度来看,火箭已经前往月球的飞船已经研制成功,只有在未来着陆月球的星舰本身,因为两次试飞的失败,以至于变成了未知状态。

接下来是继续进行试飞,还是改进,目前还不得而知。但从整体来看,由于现在出现的一系列故障,要是坚持原有的计划和设计路线,此前的计划可能就要推迟了。

因为不管是解决问题,还是重新制造报发动机,这都需要时间和巨大的成本。最为关键的是,“星舰”本身的两次试飞都失败,说明前期的问题就不少,即便在下一次的试飞中成功,要继续推进计划,未来可能还会有各种想不到的麻烦。

所以,纵然马斯克再有钱,也做不到能马上实现所有的梦想。就单单以一台猛禽发动机的价值来算,一台的价值就在1亿美元左右。

不过也有人觉得,马斯克有的是钱,其SpaceX公司的市值早已超过了1500亿美元,所以小小的失败几次也不算什么。

话虽如此,可在航天领域,本来就是做的越多,失败的几率也越大。纵然是马斯克,他也希望下一次看到的是好消息。

那么,这其中的难点又是什么呢?

重载火箭之梦

从理论上来说,地球本身有巨大的引力,人类的飞行器要脱离地球,就得有强大的推力持续稳定工作才行。所以从本质上来看,无论是飞天还是登月,首先要解决的就是发动机的推力问题。

多年以来,无论是美国、俄罗斯还是我国,都在持续规划和研制重载火箭。既要推力大,还要载重多。

SpaceX所使用的重载火箭,它的推力超过了早年的土星5号。因为是组合推力系统,其推力超过了7500吨,所以能轻松将100吨的负重轻松送入太空。

在俄罗斯方面,还在苏联时期就研制过N1重载火箭,只是进展不顺利,先后4次的失败让这一项目最终黯然离场。

到了俄罗斯时期,先后研制过“安加拉-100”、“罗斯M”、“叶尼塞”三个重载火箭的项目。但是多年来前后的进展都不理想,前两个项目都已落空,第三个目前还在研发阶段,未来的目标是载荷超过80吨,并达到100吨以上。

(中美俄三国的火箭系列)

目前,我国长征五号系列,其运载能力为25吨,是现有的载荷能力最重的火箭系列。从2018年开始,我国开始研发新一系列的长征九号重载火箭。

新系列的重载火箭,起飞推力将达到4000吨,近地轨道的载荷能力将达到140吨。2028年,预计将进行首次的发射。

结语

随着“星舰”发射的第二次失败,科研人员又该去寻找问题出现在哪里了。各个大国都在这一领域持续研发,而近地轨道的载荷能力,达到50吨甚至更高,才被认为是重载火箭。

然而载荷能力每增加1吨,火箭的发动机和推进装置,在技术上就得有一次成功的跃升。而要想完成真正的飞天梦想,最先进的航天科技打造,也确实是不容易。

所以,马斯克在做的事情,就像是那个正在推着石头上山的西西弗斯。


参考资料:

《“星舰”又炸了》 中国新闻周刊 2023年11月19日
《美俄中都有哪些重型火箭?》 环球时报 2022年4月2日

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页面更新:2024-05-17

标签:助推器   载荷   推力   月球   飞船   发动机   火箭   地球   人类   计划   工作

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