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2023年04月22日

“星舟”首飞失败 航天创新从来不易

“星舟”的飞船与超重型助推器对接

“星舟”登陆火星想象图

纪录

“星舟”技术指标的确刷新了航天器的运载指标纪录,未来有望为航天发射事业提供更多可能

后续

“星舟”后续仍需大量试飞、改进, 针对载人任务,还须积累足够的可靠性数据,增设必要的设备

北京时间4月20日21时许,美国太空探索技术公司研制的新型运载火箭“星舟”在美国得克萨斯州博卡奇卡的自建发射场点火起飞。火箭升空后即发现一级有多台发动机工作不正常,升空2分30秒后火箭姿态失稳并开始旋转,最终解体爆炸,发射宣告失败。虽然未能完成首飞目标,但“星舟”技术指标的确刷新了航天器的运载指标纪录,未来有望为航天发射事业提供更多可能。那么“星舟”采用了哪些新技术、新设计?这款运力强悍的运载火箭有着怎样的应用前景呢?

备受关注

刷新重型火箭诸多纪录

“星舟”全箭直径9米,高约120米,箭体材料主要采用不锈钢。第一级被称作“超重型助推器”,高达69米,可加注推进剂3400吨,起飞总推力达到了惊人的7590吨。第二级实际上是特殊的飞船,高约50米,可加注推进剂1200吨,推力1500吨左右。此外,“星舟”取消了整流罩,在第二级顶部设置有类似航天飞机的可开合式载荷舱,因此具备载荷下行能力。

为了驱动庞大的箭体,“星舟”全箭共使用了36台海平面推力230吨的“猛禽”液氧甲烷发动机和3台真空推力285吨的真空版“猛禽”,这也是人类首款实用化的全流量分级燃烧循环发动机。

“星舟”首飞堪称2023年最受关注的航天发射活动。一是因为“星舟”刷新了重型火箭诸多纪录,从推力、起飞重量、运力等方面全面超越了航天史上实用化的火箭型号。二是由于“星舟”设计理念非常激进,集成了多项未经验证的新技术。此次发射若是成功,则“星舟”将成为航天史上第一款可完全重复使用的运载火箭,又是首款成功入轨的液氧甲烷火箭。

以飞代试

建造大量原型箭开展各种试验

太空探索技术公司对“星舟”的研发几乎是倾其所有。可以说,整个公司的命运都系于“星舟”项目的成败之上。

自2002年太空探索技术公司成立以来,马斯克就不断宣传“火星梦”,变相提升了执行载人登火任务的重型火箭关注度。

2018年底,“星舟”原理样机“星跳者”曝光,试飞高度仅有数十米。从此,太空探索技术公司沿用“快速迭代”和“以飞代试”模式,建造了大量“星舟”原型箭,并开展各种试验。总体来看,相关项目推进迅速,但也代价高昂,仅在10公里亚轨道试飞阶段就遭遇了重大挫折,连续4次试飞爆炸,直到原型箭SN15才首次成功着陆。至于其他原因导致炸掉或报废的各类试验品、原型箭,更是数不胜数,就连理论上可以发射的SN20与B4组合体都因为设计快速迭代而废弃。

挑战艰巨

后续仍需大量试飞、改进

代价高昂的迭代研发策略加速了“星舟”的进度,但由于引入了大量仍需验证的新技术,导致其首飞日期仍不断推迟,此次首飞最早就原定于去年进行,增大了“星舟”未来面临的挑战。

“星舟”进度拖延不仅耽误了第二代“星链”卫星的组网进度,还拖累了美国“重返月球”大业。传统上,成功首飞入轨对于新型火箭算是“大功告成”,但对“星舟”来说即使首飞成功也只是万里长征第一步,其后服役、改进历程仍将是道阻且长。

为达成预期目标,“星舟”后续仍需大量试飞、改进,首先要攻克的难关就是两级分别被精确地捕获、回收。接下来,针对载人任务,“星舟”团队必须积累足够的可靠性数据,增设必要的维生和逃逸设备,定型载人版“星舟”。

最后,太空探索技术公司还需要打造载人登火版“星舟”。它将验证原位资源利用技术,即不携带返程推进剂,“轻装”着陆火星表面,然后就地取材,通过萨巴蒂尔反应制取返程推进剂。结合在轨加注低温推进剂技术,载人登火版“星舟”有望将单次向火星表面投送载荷质量从1吨级提升至100吨级。

航天创新

永远是机遇与风险并存

总体来看,“星舟”完全回收、快速复用的设计理念对其他火箭型号发展起到了积极的示范和促进作用,但随着“星舟”后续进入轨道级发射阶段,大量创新理念和设计有待落地,各项飞行试验的成本也将以指数级上升,这是“星舟”融合了过多新技术的必然代价。

而这次首飞失败正是这种代价的集中体现,尤其是单芯级多发并联技术这项堪称运载火箭“魔咒”的挑战,太空探索技术公司必须要跨过去。

根据太空探索技术公司的一贯风格,公司绝不会止步于此次挫折,公司事前就已预料到首飞的巨大风险,而后续的试飞“星舟”已经在厂房内总装。这种愈炸愈勇的风格或许正是太空探索技术公司能在20年间迅速崛起的原因之一,同时也警示人们航天创新永远是机遇与风险并存。“星舟”的未来道阻且长,其激进的设计思路能否使其实现目标,基于“星舟”的登月舱能否让航天员安全往返月面和出发站,“星舟”能否帮助仍在亏损的“星链”项目渡过难关,“星舟”又能否促进“火星梦”成真,这一切都有待时间去验证。

本组文图综合新华社、人民日报客户端

新闻链接

目标:10年内建造1000艘“星舟”

太空探索技术公司创始人、首席执行官兼首席工程师马斯克曾表示,开展载人任务前,“星舟”将执行数百次卫星发射任务,将卫星送至近地轨道,验证“星舟”各系统顺利工作。一旦相关试验成功,马斯克的目标是每年生产100艘“星舟”,在10年内建造1000艘,最终达到可将人类运送至火星的目标。

美国登月计划加速了重型火箭研发。去年11月16日,美国航天局研发的新一代登月火箭“太空发射系统”完成不载人首飞,成功将“猎户座”飞船送往月球轨道。“星舟”比“太空发射系统”体形更大、推力更强,具有较大潜力。

2021年,太空探索技术公司从美国航天局获得近30亿美元大单,建造商业载人月球着陆器,将美国宇航员送至月球表面。

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