马斯克最强「火箭」即将上天！研究 4 年，多次爆炸，要将人类送上火星 . ...

江北士

马斯克的终极星际大杀器 " 星舰 "，即将迎来首飞！



这个 " 疯子 " 在 2017 年提出星舰计划，这是一项推动人类前往火星和月球，以及在地球轨道上实现太空旅行的疯狂计划。既是上天，就涉及到 " 交通工具 "，SpaceX 星舰由此诞生。在历经整整 4 年的各种测试、点火、试飞后，星舰终于到了第一次完全组合体发射。
然而，原定的 4 月 10 日发射时间最后被 " 鸽 "，在网友不断催促下，马斯克终于模糊表态，说会在 4 月份的第三个周末 ( 15-16 日 ) 首飞。由于有前车之鉴，很多人这次也没有把马斯克的话当真。



但继马斯克后，SpaceX 官方也发推声明：星舰已在星舰基地完全堆叠，测试团队正致力于下周湿彩排，约一周后将进行星舰首次综合性试飞，正等待监管部门的批准。



此前专业航天媒体 NSF 的 Alex 也爆料称，SpaceX 将在本周六完成发射准备审查后，直接进入发射环节。这些消息综合起来，都透露出一个讯息：星舰已经做好准备，就差 FAA 发射许可证。而据消息人士透露，这两天应该就会下发该许可。



按照时间来推断，最早和最有可能的就是下周一（4 月 17 日）。
而实施星舰首飞任务的博卡奇卡封路通知也已发布，封路首选日期为 4 月 17 日，备选日期为 18 日和 19 日。这次星舰将进行轨道级飞行测试 ( OFT ) ，目标是低地轨道 ( LEO ) ，尝试绕地球飞行一圈，最后在夏威夷附近的太平洋上海上着陆。



如果成功的话，那意味着人类离月球生活就又进了一小步。这也让人愈发好奇，这个 " 交通工具 " 究竟可不可靠。



简单来讲，星舰是由上级 " 星际飞船 " 和下级 " 超级重型助推器 " 组成的两级火箭，其结构类似于普通的火箭，但尺寸要大得多。 完全堆叠时，高度达 120 米 ( 大约 40 层楼 ) ，堪称史上最高火箭。



其中星际飞船是执行各种太空任务的载具，它配备 3 台海平面版猛禽发动机和 3 台真空版猛禽发动机。而助推器是用来将星际飞船送入轨道，它底部多达 33 台第二代海平面版猛禽发动机，能提供超 7200 吨的推力。



在助推器助力下，星际飞船能够搭载 100 多吨的货物或者 100 多名乘客送往地球轨道、月球、火星甚至更远的深空。
这段长旅途也对燃料提出了要求，最后一种新型的液态甲烷成为最佳推进剂。与传统的液氧煤油或液氧氢相比，液态甲烷更加的环保、高效和便捷。



除了燃料，星舰的降落方式也很新颖，它未采用传统伞降回收方式，而是直接垂直降落，这样就不用额外增加其它重量，同时定点着陆也能减少对地形的要求。想法是好的，但实施起来困难不少，比如精准控制轨迹和减速等。



先说轨迹控制，它是装备了四个可移动的翼面结构，这些翼面结构能根据飞行状态自动调节角度，以保持飞船的稳定性和可操纵性。
至于减速，最终星舰下落时采用一种 " 肚皮朝下 " 的姿态，在高速下降时将自身的底部朝向飞行方向，充分利用空气阻力 " 反推 " 减速。



而得益于材料的可靠性和降落方式等各种因素，理想状态下，星舰将是一种完全可重复使用的运输系统。在马斯克的设想中，星舰一天可以发射 3 次，向火星运送百万吨物资。



要想实现这一愿想，摆在眼前的第一步就是星舰要能发射上去。而过去几年，星舰测试计划可谓命途多舛，先是 Mk1、SN1 和 SN3 三台原型机均未通过低温验证测试。
SN2 倒是通过了低温测试，但该原型机不符合飞行条件。经过不断改进后，SN4 走到了点火这一步，并顺利完成了 4 次静态点火测试，可惜第 5 次静态点火后它炸了 ... 还没上天呢，就壮烈牺牲。没办法，只有靠 SN5 来挽尊。



好在 SN5 多次静态点火无误后，终于能执行首次单引擎低空飞，最后它不负众望，点火后缓缓升空飞到 150 米高度。在空中飞行大约一分钟后，SN5 缓缓降落在附近地面上。



SN5 升空▲
虽然这只能算一次 " 短途 " 尝试之旅，但也代表着星舰原型机第一次成功升空。试验成功后，马斯克在 Twitter 上表达了自己的喜悦之情，看来我们离殖民火星又近了一步。



同年年底，星舰 SN8 在得克萨斯州进行了首次高空试飞。试飞中，SN8 成功达到约 12.5 公里高度 ( 12500 米），这次飞的更高了，但意外来了：落地瞬间发生了爆炸。



SN8 落地瞬间爆炸▲
之后的星舰 SN9、星舰 SN10、星舰 SN11 在试飞着陆时都是历经坎坷，" 炸了又炸 "，到星舰 SN15 试飞时终于平稳落地。至此，星舰原型机在不断坎坷中艰难完成了亚轨道试飞。之后也多次完成了亚轨飞行测试，并成功摸索出可控飞行方法。



SN15 完美着陆▲
星舰团队还多次测试了越来越复杂的静态点火，实现 31 台猛禽发动机的全程点火测试——这是航天史上同时点火最多的火箭发动机。根据早期计划，星舰今年完成首次轨道试飞，来验证整体性能和可靠性，为后续太空任务打下基础。



前面说了，星舰并非是 " 一次性用品 "，它能重复利用，将源源不断的人和货物带网火星并建立基地。而这也将付出巨大的发射成本。对此马斯克曾表示过，单次发射成本仅约 200 万美元，这几乎是目前猎鹰 9 号发射成本的 1/10 不到。
对应其 100 吨的低轨道运载能力，可以将每公斤有效载荷发射入轨成本降低到惊人的 10 美元。



按现有计划，星舰还能在太空完成中途添加燃料的工作。这使得星舰可以少装燃料多装人 / 货。燃料不够时在太空与能源星舰对接补充燃料。可以说全方位节约成本了。
这也让很多人在期待星舰首飞，但马斯克曾说过，首次发射基本上属于是抛硬币的玩法，成功概率约为 50％。怎么说呢，没有人会想故意失败，一旦决定发射星舰，最终成不成功不知道，但一定已经尽力了。



但前期没法保证百分百成功，怕大众期望值太高，所以只预估一半的机率。就像重型猎鹰发射前，马斯克也说了同样的话，什么 50% 啦，不炸在发射台上就是成功啦。基本上这就是属于一种流程式的预防性挽尊，降低期望用的。
马斯克曾表示，他希望在本世纪内建造至少 1000 艘星舰，祝他早日实现吧。当然，这眼前的就是星舰首飞顺利。
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