作者 | 王笑漁

(資料圖片)

標題 | 周到

“炸了！炸了！”

曾幾何時，這是美國媒體對美國太空探索技術公司SpaceX報道時，最常用的標題格式。在過去兩年，SpaceX的星際飛船（Starship）進行過無數次的測試，屢屢遭遇爆炸和損毀。

較為嚴重的一次，是2021年3月第12次星際飛船原型測試爆炸事件。其中炸出無數的碎片，讓SpaceX花了三個月才清理干凈。

2021年SN10 Starship爆炸

契訶夫曾說過：“困難和折磨對于人來說，是一把打向坯料的錘。打掉的應是脆弱的鐵屑,鍛成的將是鋒利的鋼。”而如今的SpaceX正從陰霾中緩緩走出，并迎來新的里程碑。

北京時間2023年2月10日凌晨5時，美國當地時間2月9日晚間，SpaceX成功進行了一次超重型火箭助推器原型Booster 7的靜態點火測試。雖然沒有全發動機點火，而且整個點火過程雖然只持續了約5秒的時間，但它已經超越了蘇聯N1火箭一級30顆NK-15發動機同時點火的記錄。

SpaceX 31個引擎靜態點火

SpaceX創始人埃隆·馬斯克在社交媒體平臺上寫到：“團隊在開始前關閉了1個引擎，1個引擎自行停止，所以總共有31個引擎點火。但仍有足夠的引擎進入軌道！”

我們很多讀者可能并不了解，這種將大量小型發動機并聯組合成載人登月火箭這種技術方案有多么危險。因為，當一個系統變得復雜時，它的可靠性就會大大降低。SpaceX能并聯如此多數量的火箭，同時還能保證系統運行的可靠性，這本身就是一件難于上青天的事情。

在上世紀60年代美蘇冷戰期間，雙方曾圍繞載人登月進行過長時間的太空競賽。

因為技不如人和資金缺乏的原因，蘇聯無法在同樣的時間研發出像美國土星5號那樣的大推力運載火箭。但隨著美國的土星5號火箭在同期進行了多次成功發射，蘇聯高層坐不住了。為了搶在美國阿波羅飛船之前完成載人登月任務，蘇聯高層甚至跳過了N1火箭的獨立測試飛行測試，在該火箭的第一次發射時就為其搭載了聯盟7K-L1登月飛船。

30個并聯NK-33發動機：像不像煤氣灶？

時間緊任務急，蘇聯的科研人員們只能寄希望于大力出奇跡了。他們將30臺NK-33型發動機并聯組成N1火箭的1級結構，用“眾籌”的方式試圖提升火箭的1級推力。按理說，NK-33發動機的足夠先進，一度是人類歷史上推重比最高的火箭發動機，直到21世紀被SpaceX的默林火箭發動機超越。

但問題在于，放在1969年1月的這個時間點上，構成N1火箭1級推進結構的30臺NK-33發動機才剛剛出廠，并沒有經過點火測試，還因為各種調試過程以及發射氣象條件不佳的原因在發射臺上被風吹日曬了四個星期。最終在1969年2月21日的第一次試驗發射中，N1火箭因為1級火箭中的其中1個發動機的意外熄火，引發系統關閉了所有30個推進火箭。隨后在點火3分鐘后，N1火箭失去動力在距離發射塔52公里處墜毀。

在共3年多的時間里，N1火箭進行了4次發射，無一例外地以失敗告終。其中的第二次事故里，由于其中1臺發動機吸入異物，導致承擔1級推進任務的全部30個發動機在火箭升空200米后全部熄火，進而致使N1火箭攜帶著2300噸推進劑在發射臺墜毀并爆炸。

爆炸后的發射臺

直到爆炸發生半小時后，現場人員才被允許走出掩體，而當時天空中還在下著煤油雨。這次爆炸破壞力相當于7000噸當量TNT，炸碎了方圓10公里內所有建筑物的玻璃，火光在相距發射場35公里外的列寧斯克市都清晰可見。不過幸好因為疏散即使，事故并沒有造成人員傷亡。但這次發射徹底炸毀了火箭發射臺，導致工作人員用18個的時間對其進行了重建。在4次連續失敗后，蘇聯被迫放棄了載人登月項目，在冷戰的太空競賽中漸漸落后。

如此來看，SpaceX將超過30個引擎進行并聯，難度顯然不言而喻。而這次的靜態點火雖然沒有讓飛船升空，但卻意味著星際飛船完成了進行軌道發射前最后一步。接下來的3月或者4月，我們很可能就能看到星際飛船進行首次軌道飛行測試——距離馬斯克的火星移民計劃，又近了。

“總有一天，星際飛船會帶我們去火星”。馬斯克說道。

成功點火，意味著什么？

SpaceX的星際飛船（Starship）由兩個可重復使用的部分組成，一個是約70米高的第一級助推器Super Heavy，一個是50米高的航天器Starship。它們被統稱為星際飛船——代表了一個完全可重復使用的運輸系統，旨在將船員和貨物運送到地球軌道、月球、火星及更遠的地方。

Starship

星際飛船的第一代原型機為星蟲（Starhopper），第二代原型機（Starship No.X）簡稱為SNX，X為編號。超重助推器（Super Heavy Booster No.X）簡稱BX，X為編號。

從2019年開始，星際飛船已經歷過數十版的迭代和進化，其中部分原型機在測試中炸毀。到目前，航天器Starship迭代到了SN24，而助推器Super Heavy則為Booster 7。

航天器在上，助推器在下，兩者均由SpaceX的猛禽發動機（Raptor）提供動力，以液態甲烷和液態氧 (CH4 / LOX) 為燃料。其中，助推器Super Heavy上有33個猛禽火箭發動機，而Starship上有6個。這次成功進行靜態點火測試的，正是底部的助推器Super Heavy。

值得注意的是，SpaceX在獵鷹9號火箭上用的并不是猛禽，而用液氧煤油的梅林發動機（Merlin rocket engine）。雖然它也能夠撐到馬斯克太空移民的目的地——火星，但在其上面卻得不到補充的能源。而且，液氧煤油容易出現積碳、結焦，難以重復使用。

所以，SpaceX開發了猛禽發動機，其動力來源正是火星上能制造出來的——甲烷。

Raptor猛禽火箭發動機

猛禽發動機是世界上第一種實用化的甲烷火箭發動機，同時也是世界上第一種實用化的全流量分級燃燒火箭發動機。

所謂的全流量分級燃燒發動機，是通過使用多個燃燒室，部分燃料先進入預燃室燃燒，產生的推力再推動渦輪泵，驅動全部燃料進入主燃燒室燃燒并產生推力，可以將每一絲的燃料都轉換成推力。

猛禽發動機的直徑僅有為1.3米，室壓約30兆帕，單臺推力不低于200噸，盡管推力略小于藍色起源（亞馬遜創始人貝索斯的商業太空公司）的BE-4，但體積和燃料利用率卻遠優于后者。

猛禽火箭發動機

但與其說猛禽發動機是燒甲烷的，不如說是“燒錢”的。

在2009-2015年間，猛禽發動機一直由SpaceX公司自籌資金研制?到2016年，美國空軍決定支持SpaceX公司的液氧/甲烷發動機研制項目，并提供了3360萬美元的研制資金，但同時還要求SpaceX自己也要投入6730萬美元的研制經費?

所以，復用性也是猛禽發動機開發的基礎要求之一。馬斯克之前表示，未來安裝在星際飛船上的猛禽發動機可免維護使用100次，簡單維護后可以重復使用1000次。

理論上，復用次數越多，意味著單次發射的成本越低，最終“太空船票”也就會越來越便宜。但短期內，太空旅行仍是有錢人的游戲。

上太空，仍是富人的游戲

任何事物都是明碼標價的，太空旅行也不例外。

2022年4月，載有首個全平民乘組的美國“SpaceX Crew Dragon”商用飛船抵達國際空間站。除NASA前宇航員邁克爾·洛佩斯-阿萊格里亞之外，此次搭乘飛船參加太空旅行的乘客還包括美國人拉里·康納、加拿大人馬克·帕西以及以色列人伊爾坦·施蒂比。這3位乘客各自要為旅行支付5500萬美元。

貝索斯的藍色起源，首次亞軌道飛行的票價高達2000萬美元，在可重復使用的運載火箭的幫助下，如今的票價已降至每次二三十萬美元之間。

藍色起源

理查德·布蘭森帶領的維珍銀河去年發售的太空旅行機票售價為45萬美元，但要先付15萬美元押金，旅行時長為90分鐘。期間將提供幾分鐘的離座失重體驗和地球景色觀賞項目。

與藍色起源和維珍銀河在“太空邊緣”觀光不同，SpaceX的太空旅行是正兒八經的要送富人們到月亮上去。日本富豪前澤友作（Yusaku Maezawa）在2018年重金包下的SpaceX繞月之旅的所有座位。在2022年12月，他宣布了10名機組人員，其中還包括了韓國明星BIGBANG成員TOP。

前澤友作的機組人員

這次繞月之旅，是要到達距離月球表面200公里以內的地方。最初計劃使用獵鷹重型與龍飛船的組合運載器，但后來改為星際飛船（Starship），也就是這次進行發動機靜態點火測試的那艘。

最早的計劃是2023年四季度發射，但以現在的進度來看，雖然星際飛船的靜態點火測試完成，但真正要奔赴月球仍有待時日。

在發動機靜態點火之前一天，SpaceX總裁兼首席運營官 Gwynne Shotwell公開表示，星際飛船需要經過數百次無人飛行驗證后，才能用于載人飛行。星際飛船會先用于載人登月任務，而后再考慮在登陸火星任務中使用星際飛船。星際飛船首次載人登陸火星的目標時間，或許可以是在2030年。

最后能不能上月球和火星再說，至少現在的SpaceX靠已經開始有盈利的跡象了。Shotwell表示，SpaceX公司的關鍵業務線正在盈利，美國國家航空航天局所依賴的主要火箭發射服務之一已經成為該公司的盈利來源之一。

馬斯克的火星移民計劃

去年，SpaceX取得了幾個新的里程碑成就。該公司在2022年共發射了61次火箭，幾乎是2021年31次發射的兩倍。獵鷹9號運載火箭也借此成為了一年內單一型號發射次數最多的火箭。此外，SpaceX的衛星互聯網服務星鏈（Starlink）的用戶超過了100萬。她還表示，在2022財年，若不包括發射相關費用，星鏈有一個財季現金流為正。

寫在最后

在SpaceX的官網上，寫著馬斯克曾說過的話：“你想要早上醒來睜開眼睛時，希望我們的未來會更好——這就是作為一個太空文明的意義所在。就是相信未來，認為未來會比過去更好。我想不出還有什么比去宇宙中，在那里和星辰在一起更令人興奮的了?！?/p>

但目前看來，太空旅行的興奮感都是留給富人們去享受的，普通老百姓們還在為特斯拉漲漲跌跌的那幾千塊，而爭論不休。

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