炸了！馬斯克的星艦首飛失敗，但火星夢更進一步
4 月 20 日晚，SpaceX 的星艦首飛失敗了。
星艦在空中發生爆炸，未能成功與超重型助推器分離，出現「計劃外快速拆解」。
SpaceX 在 Twitter 迴應，好像首飛還不夠精彩，團隊將繼續審查數據，並努力進行下一次試飛。
馬斯克説過，首次試飛的成功率在 50%，甚至沒炸燬發射台就值得慶幸。
不管結果如何，這場發射都是太空探索歷史上的重要一章。
▲ 夕陽下的星艦.
今晚的主人公星艦，是 SpaceX 研發的、具備劃時代意義的火箭，甚至有「人類最強火箭」之稱。
它也承載着馬斯克的火星夢想。就在最近，SpaceX 官網發佈了星艦飛向火星的模擬視頻，展現了星艦發射、加註和到達火星前哨站的場景。
千呼萬喚始出來的星艦首飛，究竟有什麼特別之處？
接下來，讓我們從幾個重要的問題切入，快速瞭解星艦的過去、現在與未來。
🚀為什麼是星艦
2021 年 4 月，SpaceX 打敗藍色起源，贏得了 NASA 近 30 億美元的登月艙合同。
按照計劃，SpaceX 將在 2025 年使用星艦，將阿耳忒彌斯 3 號的宇航員送上月球。
為何它會被 NASA 看中，又被馬斯克寄予厚望？
🔗目前最高的運載火箭
整個火箭系統稱為星艦（Starship），總高度約 120 米，由兩部分組成：
星艦的火箭發射和捕獲塔也是世界最高的，高約 146 米。
🔗目前推力最強的運載火箭
星艦是 SpaceX 傾盡全力研發的下一代重型運載火箭，被稱為人類歷史上體積最大、推力最強運載火箭。
星艦助推器最多產生 7590 噸推力，是 NASA 土星五號火箭的 2 倍多。
▲ 配備 33 個發動機的助推器.
🔗向火星夢更進一步的火箭
星艦的使命是將宇航員、貨物等有效載荷送入地球軌道、月球、火星以及更遠的地方，對 NASA 重返月球的計劃也至關重要。
未來，星艦將能夠搭載 100 人進行長時間的星際飛行，還將用於衞星傳輸、開發月球基地和地球上的點對點傳輸。
星艦在低地球軌道以外的飛行，需要在軌加註技術，但這一技術還有待研發。
🔗可完全重複使用的火箭
星艦是第一個被設計為可完全重複使用的火箭，從而用來降低成本，實現航天飛行商業化。
馬斯克認為，這是實現火星移民和其他太空探索所需的關鍵技術突破。
▲ 模擬視頻裏，發射台使用特殊機械臂「筷子」捕獲助推器.
🔥星艦首飛時間線
4 月 20 日，也就是昨晚，是完全組裝的星艦首次試飛的日子。
或許冥冥之中自有安排，420 這個數字和馬斯克還有些淵源。2018 年，馬斯克提出以每股 420 美元的價格將特斯拉私有化，結果惹了很多麻煩。
在科幻小説《銀河系漫遊指南》中，42 則被視作「生命、宇宙以及任何事情的終極答案」。
🔗首次試飛預計持續 90 分鐘
昨晚的發射窗口時長 62 分鐘，北京時間 21:28 打開、22:30 關閉，期間任何時間都可能嘗試發射。預期試飛時間表如下：
其中比較關鍵的節點是：
首飛的失敗，將時間表再次清零。
🔗4 月 17 日曾取消首飛
因為壓力閥凍結，原定在 4 月 17 日的星艦首飛取消，轉為「濕彩排」（Wet Dress Rehearsal），流程幾乎與正式發射一樣，只是最後不點火。
馬斯克在當天晚上説，自己學到了很多，先卸下推進劑，過幾天再嘗試。
在 4 月 16 日晚上的 Twitter Spaces 討論中，馬斯克已經一再預警，對這次發射降低期望值，首飛推遲的可能性很高。
👨🚀過去為首飛所做的準備
4 月 14 日，美國聯邦航空管理局（FAA）向 SpaceX 頒發了星艦發射許可證，許可證有效期為五年。
對於 SpaceX 來説，這是程序上的最後一步，他們為這盞綠燈已經等了一年多。
在最關鍵的裝備上，SpaceX 自然也籌備良久。
🔗大力出奇跡的助推器
SpaceX 對星艦系統第一級的助推器進行了多次測試，包括越來越複雜的靜態點火。
今年 2 月的靜態點火測試，是首飛前的一個關鍵節點。
助推器的 33 個發動機有 31 個點火成功，創下火箭發動機同時點火次數最多的歷史，因為節流 50%，實際產生 3600 噸推力。
這次試驗也説明發動機依然不夠可靠。馬斯克對此保持樂觀，表示推力足夠入軌。
🔗靠爆炸開路的原型機
除了助推器，SpaceX 對星艦系統第二級的航天器，也經過了多次亞軌道飛行測試，驗證它們能否重新點火、翻轉、垂直着陸。
在這個過程裏，屢戰屢敗、屢敗屢戰，事故、錯誤和爆炸是常態。
2019 年，SpaceX 對星艦航天器原型進行「跳躍測試」，即將航天器升空一段距離後再在附近降落，飛行高度往往不到 150 米。
2019 年 4 月到 8 月間，它們不斷進步，從能夠升空，到在 150 米懸停並順利降落。
▲ 跳躍測試.
2020 年 12 月到 2021 年 5 月，星艦原型機的一系列亞軌道高空試飛 5 射 4 炸：
▲ SN8.
這次首飛的「計劃外快速拆解」，也在過去一次次地發生。
在一次次爆炸聲裏，SpaceX 堅持着「從失敗中總結經驗並快速迭代」的思路。不過，SN8 等星艦原型機主要是用不鏽鋼製造的，説炸就炸也沒那麼肉疼了。
爆炸是藝術也是科學，它能夠帶來有用的一線數據，利於快速改進問題。從「事後諸葛亮」的角度看，各個版本之間的技術跨度也確實很大。
🪐首飛開啓的是一個可能的未來
🔗首飛的主要目的
就像上面所提到的多次爆炸，SpaceX 已經使用星艦原型機進行了各種高空試飛，不過仍然停留在地球大氣層內。
但這次的首飛，是第一次嘗試將星艦送入太空，即地球大氣層以外的宇宙空間。
首飛的主要目的是提供測試數據，幫助工程師改進未來的發射，並解決飛行過程中出現的任何問題。
🔗首飛無法做的事情
首飛只是一次初步的嘗試，有很多設想無法實踐：
▲ 火星旅程中途需要在軌加註.
🔗首飛是否算入軌
首飛是否算入軌也略有爭議。
如果一切按計劃進行，這次航天器本該達到軌道發射要求的速度和高度，但沒有繞地飛行一圈以上，只是飛越了大半個地球，構不成真正的軌道飛行，某種意義上可稱為軌道級發射。
也有人稱之為跨大氣層軌道（Transatmospheric Orbit）發射，因為它所進入的軌道屬於亞軌道和軌道之間的臨界區域。
🔗首飛的意義
如果首飛成功，那麼就是將人類帶到火星等遙遠目的地的一個重要里程碑。
不過，只有星艦實現可靠、快速、廉價的可重複使用，才有可能滿足載人任務等需求，但這顯然還需要多年時間。
🔗 SpaceX 的里程碑
SpaceX 在星艦首飛之前，已經在航天史上留下了不少里程碑：
▲ 獵鷹重型火箭發射.
在首次發射獵鷹重型火箭之前，馬斯克預計成功的幾率也只有五五開，他在當時説：
上一次，他成功了。這一次的失敗，也是意料中事。
在此之前，馬斯克反覆強調了這次發射的實驗性質，首次試飛的成功率在 50%，不保證順利，但一定不會無聊。
這彷彿就是太空探索的一句註腳。人類經常徒勞無功，但仍然熱切地在羣星之間探索。
畢竟，太空探索本就是一場兼具瑰麗與冷酷的冒險，就像 NASA 在《為什麼要探索宇宙》裏所説的那樣：
資料來源：愛範兒（ifanr）
星艦在空中發生爆炸，未能成功與超重型助推器分離，出現「計劃外快速拆解」。
SpaceX 在 Twitter 迴應，好像首飛還不夠精彩，團隊將繼續審查數據，並努力進行下一次試飛。
馬斯克説過，首次試飛的成功率在 50%，甚至沒炸燬發射台就值得慶幸。
不管結果如何，這場發射都是太空探索歷史上的重要一章。
▲ 夕陽下的星艦.
今晚的主人公星艦，是 SpaceX 研發的、具備劃時代意義的火箭，甚至有「人類最強火箭」之稱。
它也承載着馬斯克的火星夢想。就在最近，SpaceX 官網發佈了星艦飛向火星的模擬視頻，展現了星艦發射、加註和到達火星前哨站的場景。
千呼萬喚始出來的星艦首飛，究竟有什麼特別之處？
接下來，讓我們從幾個重要的問題切入，快速瞭解星艦的過去、現在與未來。
🚀為什麼是星艦
2021 年 4 月，SpaceX 打敗藍色起源，贏得了 NASA 近 30 億美元的登月艙合同。
按照計劃，SpaceX 將在 2025 年使用星艦，將阿耳忒彌斯 3 號的宇航員送上月球。
為何它會被 NASA 看中，又被馬斯克寄予厚望？
🔗目前最高的運載火箭
整個火箭系統稱為星艦（Starship），總高度約 120 米，由兩部分組成：
- 頂部配備 6 台猛禽發動機的星艦航天器（Starship spacecraft），火箭系統的第二級，高約 50 米；
- 底部配備 33 台猛禽發動機的超重型助推器（Super Heavy booster），火箭系統的第一級，高約 69 米；
星艦的火箭發射和捕獲塔也是世界最高的，高約 146 米。
🔗目前推力最強的運載火箭
星艦是 SpaceX 傾盡全力研發的下一代重型運載火箭，被稱為人類歷史上體積最大、推力最強運載火箭。
星艦助推器最多產生 7590 噸推力，是 NASA 土星五號火箭的 2 倍多。
▲ 配備 33 個發動機的助推器.
🔗向火星夢更進一步的火箭
星艦的使命是將宇航員、貨物等有效載荷送入地球軌道、月球、火星以及更遠的地方，對 NASA 重返月球的計劃也至關重要。
未來，星艦將能夠搭載 100 人進行長時間的星際飛行，還將用於衞星傳輸、開發月球基地和地球上的點對點傳輸。
星艦在低地球軌道以外的飛行，需要在軌加註技術，但這一技術還有待研發。
🔗可完全重複使用的火箭
星艦是第一個被設計為可完全重複使用的火箭，從而用來降低成本，實現航天飛行商業化。
馬斯克認為，這是實現火星移民和其他太空探索所需的關鍵技術突破。
- 如果火箭不可複用，那麼航空旅行將無法負擔，「每次飛行後扔掉價值數百萬美元的火箭，就像扔掉一架波音 747 一樣」。
- 如果火箭完全可重複使用，那麼每次發射的成本將主要是燃料，星艦的發射成本可能會降至 1000 萬美元以下。對於重達 100 公噸的有效載荷來説，每公斤成本不到 100 美元。
▲ 模擬視頻裏，發射台使用特殊機械臂「筷子」捕獲助推器.
🔥星艦首飛時間線
4 月 20 日，也就是昨晚，是完全組裝的星艦首次試飛的日子。
或許冥冥之中自有安排，420 這個數字和馬斯克還有些淵源。2018 年，馬斯克提出以每股 420 美元的價格將特斯拉私有化，結果惹了很多麻煩。
在科幻小説《銀河系漫遊指南》中，42 則被視作「生命、宇宙以及任何事情的終極答案」。
🔗首次試飛預計持續 90 分鐘
昨晚的發射窗口時長 62 分鐘，北京時間 21:28 打開、22:30 關閉，期間任何時間都可能嘗試發射。預期試飛時間表如下：
其中比較關鍵的節點是：
- 助推器和航天器在發射後 3 分鐘左右分離。
- 助推器在第 8 分鐘左右，在受控狀態下垂直落入墨西哥灣。
- 航天器則在環繞地球的大部分地區後，重新進入地球大氣層，在發射後 1 個半小時，於夏威夷附近硬着陸墜入海中。
首飛的失敗，將時間表再次清零。
🔗4 月 17 日曾取消首飛
因為壓力閥凍結，原定在 4 月 17 日的星艦首飛取消，轉為「濕彩排」（Wet Dress Rehearsal），流程幾乎與正式發射一樣，只是最後不點火。
馬斯克在當天晚上説，自己學到了很多，先卸下推進劑，過幾天再嘗試。
在 4 月 16 日晚上的 Twitter Spaces 討論中，馬斯克已經一再預警，對這次發射降低期望值，首飛推遲的可能性很高。
引用如果我們在出現問題之前離發射台足夠遠，那麼我會認為這是成功的，只是不要炸燬發射台。
👨🚀過去為首飛所做的準備
4 月 14 日，美國聯邦航空管理局（FAA）向 SpaceX 頒發了星艦發射許可證，許可證有效期為五年。
對於 SpaceX 來説，這是程序上的最後一步，他們為這盞綠燈已經等了一年多。
在最關鍵的裝備上，SpaceX 自然也籌備良久。
🔗大力出奇跡的助推器
SpaceX 對星艦系統第一級的助推器進行了多次測試，包括越來越複雜的靜態點火。
今年 2 月的靜態點火測試，是首飛前的一個關鍵節點。
助推器的 33 個發動機有 31 個點火成功，創下火箭發動機同時點火次數最多的歷史，因為節流 50%，實際產生 3600 噸推力。
這次試驗也説明發動機依然不夠可靠。馬斯克對此保持樂觀，表示推力足夠入軌。
🔗靠爆炸開路的原型機
除了助推器，SpaceX 對星艦系統第二級的航天器，也經過了多次亞軌道飛行測試，驗證它們能否重新點火、翻轉、垂直着陸。
在這個過程裏，屢戰屢敗、屢敗屢戰，事故、錯誤和爆炸是常態。
2019 年，SpaceX 對星艦航天器原型進行「跳躍測試」，即將航天器升空一段距離後再在附近降落，飛行高度往往不到 150 米。
2019 年 4 月到 8 月間，它們不斷進步，從能夠升空，到在 150 米懸停並順利降落。
▲ 跳躍測試.
2020 年 12 月到 2021 年 5 月，星艦原型機的一系列亞軌道高空試飛 5 射 4 炸：
- 2020 年 12 月，星艦 SN8 達到約 12.5 公里的目標高度，但落地速度過快導致炸燬。
- 2021 年 2 月，星艦 SN9 沒能完成最後的翻身動作，傾斜着砸向地面，又一次炸燬。
- 2021 年 3 月，星艦 SN10 終於實現垂直着陸，但艦體內的結構被撞壞，幾分鐘後爆炸。
- 2021 年 3 月，星艦 SN11 在大霧裏強行起飛，因為一台發動機故障而當空解體。
- 2021 年 5 月，星艦 SN15「神龍擺尾」後平穩落地，雖然燃起了小股火焰，但很快就被撲滅。這次，星艦原型機成功實現軟着陸。
▲ SN8.
這次首飛的「計劃外快速拆解」，也在過去一次次地發生。
在一次次爆炸聲裏，SpaceX 堅持着「從失敗中總結經驗並快速迭代」的思路。不過，SN8 等星艦原型機主要是用不鏽鋼製造的，説炸就炸也沒那麼肉疼了。
爆炸是藝術也是科學，它能夠帶來有用的一線數據，利於快速改進問題。從「事後諸葛亮」的角度看，各個版本之間的技術跨度也確實很大。
🪐首飛開啓的是一個可能的未來
🔗首飛的主要目的
就像上面所提到的多次爆炸，SpaceX 已經使用星艦原型機進行了各種高空試飛，不過仍然停留在地球大氣層內。
但這次的首飛，是第一次嘗試將星艦送入太空，即地球大氣層以外的宇宙空間。
首飛的主要目的是提供測試數據，幫助工程師改進未來的發射，並解決飛行過程中出現的任何問題。
🔗首飛無法做的事情
首飛只是一次初步的嘗試，有很多設想無法實踐：
- 首飛沒有任何有效載荷；
- 星艦在低地球軌道以外的飛行，需要在軌加註技術，但這還只是一項規劃；
- 星艦的設計雖然是可完全重複使用的，但這不是首飛的任務，首飛不打算在發射場回收助推器，也不讓航天器垂直着陸，而是讓它們落入海中；
▲ 火星旅程中途需要在軌加註.
🔗首飛是否算入軌
首飛是否算入軌也略有爭議。
如果一切按計劃進行，這次航天器本該達到軌道發射要求的速度和高度，但沒有繞地飛行一圈以上，只是飛越了大半個地球，構不成真正的軌道飛行，某種意義上可稱為軌道級發射。
也有人稱之為跨大氣層軌道（Transatmospheric Orbit）發射，因為它所進入的軌道屬於亞軌道和軌道之間的臨界區域。
🔗首飛的意義
如果首飛成功，那麼就是將人類帶到火星等遙遠目的地的一個重要里程碑。
不過，只有星艦實現可靠、快速、廉價的可重複使用，才有可能滿足載人任務等需求，但這顯然還需要多年時間。
🔗 SpaceX 的里程碑
SpaceX 在星艦首飛之前，已經在航天史上留下了不少里程碑：
- 獵鷹 1 號：2008 年設計、製造併發射了世界首個由私人投資的軌道級液體燃料火箭獵鷹 1 號。
- 獵鷹 9 號：2010 年 6 月 4 日，SpaceX 發射了更大、更強大的火箭獵鷹 9 號。
- 龍飛船：2010 年 12 月 8 日，SpaceX 成功發射並回收了 Dragon 空間貨運飛船，這是當時世界唯一可重複使用的貨運飛船。
- 空間站補給：2012 年 5 月 22 日，SpaceX 成為第一家成功向國際空間站（ISS）運送補給的私營公司。
- 可回收火箭：2015 年 12 月 22 日，SpaceX 首次實現了獵鷹 9 號火箭的垂直着陸，從而為可重複使用的火箭技術邁出了重要的一步。
- 獵鷹重型火箭：2018 年 2 月 6 日，SpaceX 成功發射了當時最強大的火箭——獵鷹重型火箭。
- 載人龍飛船：2020 年 5 月 30 日，SpaceX 成功執行「Demo-2」任務，將 NASA 宇航員送上國際空間站，這是人類史上首次實現商業載人航天發射。
- 星鏈：自 2019 年開始，SpaceX 開始部署星鏈 Starlink 衞星網絡，並在 2020 年 1 月成為世界上最大的商業衞星運營商。
▲ 獵鷹重型火箭發射.
在首次發射獵鷹重型火箭之前，馬斯克預計成功的幾率也只有五五開，他在當時説：
引用來自世界各地的人們，將觀看一場偉大的火箭發射，或者他們見過的最好的煙花表演。
上一次，他成功了。這一次的失敗，也是意料中事。
在此之前，馬斯克反覆強調了這次發射的實驗性質，首次試飛的成功率在 50%，不保證順利，但一定不會無聊。
引用Success maybe, excitement guaranteed.
這彷彿就是太空探索的一句註腳。人類經常徒勞無功，但仍然熱切地在羣星之間探索。
畢竟，太空探索本就是一場兼具瑰麗與冷酷的冒險，就像 NASA 在《為什麼要探索宇宙》裏所説的那樣：
引用我憂心忡忡地看待未來，但仍滿懷美好的希望。
資料來源：愛範兒（ifanr）