▲2023年4月20日,美国得克萨斯州博卡奇卡基地附近,人们观看“星舰”发射(图:视觉中国)
文 / 南方人物周刊记者 陈洋
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时隔三日,美国得克萨斯州南部边境小镇博卡奇卡再次吸聚了全球目光。美国太空探索技术公司(SpaceX)的发射场“星际基地”(Starbase)上,直径9米、总高度达120米的运载火箭系统“星舰”(Starship)亟待首飞。发射窗口始于北京时间4月20日21点28分(美国东部时间上午8点28分),持续62分钟。
▲2023年4月20日,美国得克萨斯州博卡奇卡基地,“星舰”发射升空(图:视觉中国)
随着倒计时归零,大朵大朵的黄烟从火箭底部不断生成。八秒钟前,33台“猛禽”发动机已经开始交错启动,超过1000万磅(约4536吨)的推进剂被陆续推入。巨大的轰鸣声中,“星舰”犹如一颗银弹刺向天空。即便有几台发动机没能成功点燃,这并没有影响这枚“人类有史以来最强大的运载火箭”开始它的冒险征程。
▲2023年2月9日,配备33台“猛禽”发动机的超重型推进器完成了首次全面静态点火测试(图:SpaceX)
这头“不锈钢巨兽”由70米高的超重型助推器原型机“Booster 7”和50米高的星舰飞船原型机“Ship 24”组成。其中,配备了33台“猛禽”发动机的助推器,在满推力状态下的起飞推力超过7500吨,几乎是“太空发射系统”(SLS,Space Launch System)重型火箭的两倍。“SLS”火箭由美国宇航局(NASA)研制。2022年11月,“SLS”火箭完成首飞,成功将猎户座载人飞船送往月球轨道。
▲“星舰”登录月球的概念图(图:SpaceX)
不幸的是,火箭在上升过程中飞行姿态开始出现异常,随后在飞船船舱与超重型助推器分离前,“星舰”发生了非计划性解体,首飞尝试以失败告终。太空探索是一项长期努力,需要耐心和不断的尝试。就像SpaceX创始人埃隆·马斯克常被引用的一句话,“失败是一个选项,假如你从未失败过,这说明你的创新还不够。”
按照SpaceX提前公布的试飞方案,如果发射顺利,火箭升空169秒后,在约64公里高度,超重型助推器会关闭发动机并与飞船分离。随后,助推器将重启少数发动机返回德克萨斯州,在发射约8分钟后坠落在墨西哥湾,距离发射场海岸约31公里位置。与此同时,借助自有的6台发动机,飞船船舱将继续爬升至约241公里的高度,以约28160公里/小时的速度飞行,在向东完成部分地球环绕任务后重返大气层,最后在夏威夷附近的太平洋坠落。整个星际飞船试飞持续约90分钟。
▲在美国得克萨斯州博卡奇卡发射基地的“星舰”(图:新华社)
和“SLS”火箭等一次性重型运载火箭不同,“星舰”的超重型助推器以及飞船均按照可重复使用设计,这是SpaceX降低成本的关键。不过,由于这是SpaceX首次尝试发射完全组装的星际飞船,为减少测试内容,“Booster 7”和“Ship 24”都不会被回收复用。如果首飞成功,如何验证助推器和飞船可以在发射后返回地球并复用,将是SpaceX面临的下一个重大挑战。
刷新历史的每一小步都异常艰难。
两个月前的2月9日,SpaceX刚刚完成了“星舰”的首次全面静态点火测试。在那次测试中,SpaceX首次尝试同时点燃了超重型助推器上装载的全部33台“猛禽”发动机。最终,有31台成功点燃约10秒。据埃隆·马斯克介绍,测试产生的推力足以保证飞船进入轨道。在此之前,经过数次失败的试飞测试,“星舰”飞船已完成高空测试飞行并安全着陆,但超重型助推器还从未飞离过地面。
▲2023年4月16日,人们在美国得克萨斯州博卡奇卡基地附近地区野餐(图:新华社)
在获得美国联邦航空局批准后,“星舰”试飞项目曾于美国东部时间2023年4月17日9时至10时30分(北京时间17日21时至22时30分)迎来首个发射窗口。然而当晚,先是首飞发射时间被推迟20分钟,然后在北京时间21时12分左右,马斯克在社交媒体上称,“星舰的一个增压阀似乎冻住了,所以除非它能很快恢复,否则今天的发射会被取消。”
最终,在发射转变为“湿彩排”(注:Wet Dress Rehearsal,即向火箭内加注推进剂并使其进入发射待命状态,从而测试除了发射以外的绝大多数发射流程)后,直播屏幕上的倒计时定格在了“40秒”。当天稍晚,SpaceX 团队宣布会在4月 20 日进行第二次发射尝试。
助推器的增压阀门被冻住是导致4月17日试飞推迟的原因。增压输送系统像是火箭的“大动脉”,为发动机输送推进剂和气体。阀门常被用来控制气体的流量、压力和温度,是航天器最常出现问题的组件之一。有分析人士猜测,增压阀门冻住可能是因为用于加压的低温气体中混入了水汽。
对于一枚全新的火箭,因故障导致首发推迟的情况很常见。NASA的“SLS”火箭在2022年11月成功发射前,也曾经历了数次推迟,原因包括燃料泄漏、传感器故障、飓风等。比如在同年6月20日的测试中,氢泄漏就导致了发射任务取消。氢泄漏通常在低温条件下才可能出现,除非进入正式的发射倒计时,工程师们很难预判。
▲2022年11月16日,美国佛罗里达州,“SLS”火箭完成首飞,成功将无人的“猎户座”载人飞船送往月球轨道(图:视觉中国)
在17日的首次发射尝试之前,马斯克就呼吁关注者放低期待值,“这是一枚非常复杂的巨型火箭的首次发射”,“我们会非常小心,如果我们看到任何让我们担心的事情,我们就会推迟(发射)。”
17日较早时间,部分航天爱好者在社交平台上票选“Booster 7”和“Ship 24”的最终命运,列举了十余个选项。不过,对于马斯克来说,即便“有百万种可能会失败”,但可以预见的最坏的结果是“炸毁发射台”,“如果我们在出现问题之前离发射台足够远,那么我会认为这是成功的。”一旦发射台被损坏,SpaceX将不得不花费数月重建发射场。目前,SpaceX仍在为试飞制造多枚火箭,团队做好了多次尝试的准备。按照马斯克3月接受采访时的预期,“我认为今年有八成希望能(有一枚)进入轨道。”
NASA“载人着陆系统”(HLS)项目经理丽莎·沃森-摩根曾将SpaceX的成长形容为一个螺旋向上的过程,“他们建造、测试、飞行,从中学习,然后再次循环。”从一次次失败中快速学习一直是SpaceX的研发模式。“成功取决于我们能从这样的测试中学到多少。随着 SpaceX 迅速推进星际飞船的开发,这将为未来提供信息并提高成功的可能性。”17日的首发倒计时阶段,SpaceX在社交平台上如是说。
Space.com曾列举了从“星舰SN1”到“星舰SN15”共9个原型机在发射中发生事故的原因,并总结出SpaceX团队对待失败的态度以及他们从事故原因出发继续改进技术、优化方案的过程。在一次次试飞甚至爆炸中学习是必经阶段,代价也是昂贵的,即便是对于SpaceX这样的明星企业,即便它的创始人是全球最富有的人之一。来自风险投资公司Space capital和研究咨询公司 Bryce Tech的数据显示,SpaceX在2020到2022年相继筹集了26亿、18亿和20亿美元的风险投资。而据2023年1月CNBC获取的消息,SpaceX将在新一轮融资中筹集7.5亿美元资金,该轮估值达到1370 亿美元。
马斯克创立SpaceX的愿景是“为人类购买一份应对生存危机的保险”。“地球迄今约有45亿年历史,但人类尚未成为跨星球生存物种,也不确定留给我们的时间还有多久。”在马斯克看来,要确保人类长期生存,殖民火星至关重要。火星是太阳系中与地球环境最相似的行星,是目前公认的适宜人类居住改造的最佳候选行星。据他估算,要在火星建造一座城市,至少需要运送一百万吨物资。当前,设计运载能力可达100-250吨并可在数小时内重复使用的“星舰”是实现在火星建立“自给文明”的前提。
▲“星舰”与火星基地的概念图(图:SpaceX)
不过,相较于“殖民火星”的远景,SpaceX有更迫切的时间表。2021年4月,作为“阿尔忒弥斯计划”的一部分,NASA选择了SpaceX为其开发载人着陆器。按照原计划,“星舰”最早将于2025年将两名美国宇航员安全地送上月球表面。
无论如何,人类不会停止为成为多行星物种而努力的脚步。地球上,博卡奇卡的海滩边,昔日佛罗里达州卡纳维拉尔角的热闹正再次上演。4月17日,“星舰”首飞的视频直播间里,一个用户名为“Peter McNicol”的网友留言道,“有生之年我想看到你们把人类送上火星。我已经82岁了,所以快点吧!”
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