“筷子夾火箭”成功之外：從馬斯克的火星夢到商業(yè)航天布局熱

2024-10-15 18:53 來源：南方+ 作者：南都記者翁安琪見習記者鄭欣蔚

美國東部時間10月13日早上，如科幻片一般的“筷子夾火箭”場景，在美國得克薩斯州博卡奇卡星艦基地上演。

美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）新一代重型運載火箭“星艦”進行的第五次試飛，歷史性地實現(xiàn)了火箭一級助推器的半空捕獲回收。這標志著“星艦”已經(jīng)基本完成了“可重復(fù)使用”的預(yù)期功能，開啟人類太空探索全新時代的齒輪正徐徐轉(zhuǎn)動。

此次“星艦”試飛的難點在哪？有何重大意義？SpaceX如何在快速迭代策略下完成一次又一次迅速而大膽的嘗試？南都、N視頻記者多方梳理，回顧“星艦”五次試飛前后，聚焦馬斯克和SpaceX的太空探索進度以及近年來商業(yè)航天領(lǐng)域的發(fā)展亮點。

10月13日，“星艦”從位于美國得克薩斯州博卡奇卡的基地發(fā)射升空。新華社發(fā)

五次試飛：快速迭代測試策略

美國東部時間10月13日8時25分，“星艦”火箭準時點火升空。不久后，火箭一級助推器與二級飛船分離，朝著不同的目標飛去。

8時32分左右，20多層樓高的火箭一級助推器經(jīng)過多次減速，以“豎直但略帶傾斜”的姿態(tài)緩緩靠近發(fā)射臺，最終成功被發(fā)射臺的機械臂像筷子一樣在半空中牢牢夾住。

“星艦”一級助推器被發(fā)射臺牢牢夾住。

這一歷史性時刻被全程直播。南都記者注意到，有關(guān)注直播的網(wǎng)友評論稱，整個過程如“視頻倒放”般絲滑。SpaceX通訊經(jīng)理丹·霍特也在直播中興奮地說：“我們看到的景象就像魔術(shù)一樣?！?/p>

在此之后，“星艦”飛船在繼續(xù)飛行約48分鐘后，于受控狀態(tài)下重返大氣層，在印度洋預(yù)定區(qū)域濺落，整個試飛過程持續(xù)約65分鐘。至此，“星艦”第五次飛行測試已經(jīng)圓滿完成。

試飛成功后，SpaceX團隊發(fā)文稱，“‘星艦’的第五次試飛完成了我們最具野心的測試目標，祝賀整個SpaceX團隊完成了激動人心的飛行測試！”馬斯克也在社交媒體發(fā)文表示，“今天向?qū)崿F(xiàn)多行星生命邁出了一大步?！?/p>

“星艦”是迄今體積最大、推力最強的運載火箭。據(jù)SpaceX介紹，這個大家伙總長約120米，直徑約9米，由長約70米的“超級重型”助推器，和長約50米的“星艦”飛船組成，兩個部分均可重復(fù)使用。其設(shè)計目標是將人和貨物送至地球軌道、月球和火星等，設(shè)計能夠送入太空的有效載荷將達到上百噸。

美國太空探索技術(shù)公司的新一代重型運載火箭“星艦”在位于得克薩斯州的基地等待升空。新華社發(fā)

從2023年4月開始首次實驗性發(fā)射，到此次取得里程碑式的突破，SpaceX僅用了一年半的時間，速度之快一再突破人們對太空探索行業(yè)的想象。這背后離不開SpaceX所堅持的“快速失敗、快速學習”的快速迭代測試策略。

SpaceX公司此前就是依靠這種曾被用于大國軍備競賽中的方式成功研制了可回收的“獵鷹9號”火箭。甘愿冒險，承擔包括爆炸在內(nèi)的一切風險的基因現(xiàn)正由“星艦”研發(fā)團隊延續(xù)。

南都記者梳理發(fā)現(xiàn)，“星艦”此前已經(jīng)歷四次試飛。2023年4月首次試飛，火箭在第一、二級分離前爆炸；2023年11月第二次試飛，火箭第一、二級成功分離，但隨后助推器和飛船先后爆炸。

2024年3月第三次試飛，火箭第一、二級成功分離，但助推器在嘗試著陸點火后意外解體，飛船在入大氣層時失聯(lián)；2024年6月第四次試飛，火箭第一、二級成功分離，并分別按計劃落入墨西哥灣和印度洋。

盡管前三次試飛均未達到目標，馬斯克及其團隊還是會在試飛結(jié)束后發(fā)文慶?！俺晒Α?，表示當次試飛為下一次的測試發(fā)射提供了寶貴的數(shù)據(jù)與經(jīng)驗教訓。

對此，馬斯克曾說，“我們不想在設(shè)計中消除所有風險，否則我們將一事無成?！?/p>

壯舉背后：航天成本繼續(xù)降低

“筷子夾火箭”的成功上演讓無數(shù)航天人激動不已。

美國國家航空航天局局長比爾·尼爾森在社交媒體上發(fā)文慶賀SpaceX的壯舉。加拿大前宇航員克里斯·哈德菲爾德也發(fā)帖稱，“今天，人類的能力又得到了巨大的拓展。這讓我對于我們共同的未來更加興奮。”

八年前，馬斯克在2016年9月召開的國際宇航大會上描繪了他所暢想的人類未來——移民火星。他在全球航天人的注視下展示了SpaceX將著力發(fā)展的行星際運輸系統(tǒng)（ITS），即用于星際飛行的巨型火箭。

2016年9月，馬斯克在國際宇航大會上。

該款火箭除了有“超強的有效載荷能力”，還具有“可重復(fù)使用性”。這一在當時看來幾近瘋狂的構(gòu)想后來演變?yōu)椤靶桥灐表椖俊?/p>

富蘭克林研究所首席天文學家德里克·皮茨在接受外媒采訪時表示，SpaceX此次正是在提升“可重復(fù)使用性”上實現(xiàn)巨大突破。

2015年，SpaceX首次成功垂直回收“獵鷹9號火箭”一級助推器，使相關(guān)部件可重復(fù)使用，這一歷史性成就昭示著廉價航天時代的開啟，而“筷子夾火箭”的成功案例則表明航天成本將繼續(xù)降低。

相比于過去9年間SpaceX施行的在著陸臺或浮動海上平臺回收“獵鷹9號火箭”一級助推器，“星艦”的一級助推器直接回到發(fā)射臺能大大減少打撈清洗、轉(zhuǎn)移運輸?shù)某杀荆瑑H需就地檢修和加注便可再次實行火箭發(fā)射，大幅提高發(fā)射效率，在達成SpaceX此前曾提出的“用同一助推器一天內(nèi)發(fā)射三次”的目標上更進一步。

此外，發(fā)射臺回收一級火箭意味著“星艦”不必再像“獵鷹9號火箭”一樣安裝著陸腿。

南都記者了解到，“星艦”最初設(shè)計有6個著陸腿，總質(zhì)量約占整個火箭著陸時的10%。剔除著陸腿既為“星艦”這樣的巨無霸減負，從而減輕運載能力的損失，又減少整修著陸支架系統(tǒng)的時間與成本，進一步提升重復(fù)使用效率。

這一突破的實現(xiàn)絕非易事。讓火箭準確回落到發(fā)射臺，并用“筷子”精準夾住而箭體不受損，需要超高的著陸回收精度，同時對于火箭的結(jié)構(gòu)減負和機械臂的緩沖減震能力也提出了很高要求。

SpaceX表示，“工程師花費了數(shù)年時間做前期準備以及數(shù)月時間測試助推器回收，技術(shù)人員投入了成千上萬個小時來構(gòu)建基礎(chǔ)設(shè)施，以最大限度地提高成功率?！?/p>

在SpaceX的不懈努力下，“星艦”一級助推器已實現(xiàn)成功回收，“星艦”二級飛船則載著馬斯克移民火星的夢想以及美國的航天夢向遙遠太空繼續(xù)進發(fā)。

正如美國國家航空航天局局長比爾·尼爾森在慶賀帖文中所說，他期待著“星艦”能夠助力美國重返月球的“阿爾忒彌斯計劃”，并引領(lǐng)前往火星的探索。

“隨著星際飛行成本的降低，將來一張前往火星的船票價格不會超過地球上一幢房子的價格，最終可能會有100萬‘火星人’，他們會建立城市，到時火星上也可能會有比薩餅店?！彼f道。

“火星夢”：多重探索大膽嘗試

這些年來，馬斯克與SpaceX一路朝著“火星夢”狂飆，在試飛“星艦”之余，還有著諸多野心勃勃的規(guī)劃與大膽嘗試。

就在今年9月10日，SpaceX還成功發(fā)射搭載了四名美國公民的“龍”飛船，展開為期五天的飛行計劃，其中最受關(guān)注的就是其飛行高度和首次商業(yè)太空行走。

2024年9月，“北極星黎明號”機組成員完成出艙。

據(jù)SpaceX介紹，此次飛行的最大高度為1400公里，這是國際空間站的3倍以上，也是人類自1972年“阿波羅17號”登月以來飛離地球的最遠距離。期間，“北極星黎明號”將圍繞范艾倫輻射帶，即近地空間中環(huán)繞地球的巨型“輪胎狀”高能粒子輻射層，收集醫(yī)療數(shù)據(jù)，以便更好地了解外太空輻射環(huán)境對人體的影響。

太空行走任務(wù)于美國東部時間12日6時12分開始，任務(wù)指揮長賈里德·艾薩克曼打開艙門，借助名為“天行者（Skywalker）”的手扶梯來到艙外。由于“龍”飛船沒有氣閘艙，四名宇航員實際上同時暴露在太空真空環(huán)境中。在近兩個小時內(nèi)，艾薩克曼與薩拉·吉利斯分別完成了10分鐘左右的出艙活動，以測試SpaceX宇航服的性能。

出艙任務(wù)結(jié)束后，艾薩克曼感嘆：“回到家后我們還有很多工作要做，但從這里看，地球看起來確實是一個完美的世界?！泵绹鴩液娇蘸教炀志珠L比爾·尼爾森也向“北極星黎明號”團隊和SpaceX發(fā)出了祝賀，稱此舉是“巨大飛躍”。

南都記者獲悉，此次的“北極星黎明號”，實際上是SpaceX“北極星計劃”的第一次飛行，后續(xù)或還將包括第二次載人“龍”飛船任務(wù)，和SpaceX可回收重型火箭“星艦”的首次載人飛行。

針對此次的“北極星黎明號”任務(wù)，馬斯克曾發(fā)文將之描述為“星際時代的早期開拓者”，表示如果該項目進展順利，未來依托相關(guān)技術(shù)將把數(shù)百人送到地球軌道、月球，甚至火星。

在“北極星黎明號”發(fā)射前后，馬斯克還在社交媒體發(fā)文稱，計劃兩年內(nèi)首次向火星發(fā)射不載人的新一代重型運載火箭“星艦”。而首次載人探測火星任務(wù)的時間線，則將取決于不載人探測火星任務(wù)的成功情況。

馬斯克表示，一旦載人探測火星任務(wù)成功，前往火星的太空之旅將呈“指數(shù)級”增長，他的目標是于二十年內(nèi)在火星上興建自給自足的城市。

商業(yè)航天：資本涌入市場火熱

如今，在商業(yè)航天領(lǐng)域，SpaceX已是一騎絕塵。

不過，近年來隨著眾多私人企業(yè)的入場，大幅降低運載火箭發(fā)射成本、增大運力，已成為共同追逐的目標。其中討論度最高的成果，莫過于商業(yè)太空旅行已不是僅停留在科幻片中的夢想。

南都此前報道，除SpaceX外，亞馬遜創(chuàng)始人杰夫·貝索斯旗下的私人航天公司藍色起源自成立以來一直致力于推動商業(yè)航天的發(fā)展，于2021年7月完成首次載人太空試飛。不過，在2022年9月的一次無人試驗任務(wù)中，該公司的“新謝潑德”飛行器發(fā)生發(fā)動機故障墜毀，并在此后停飛近兩年。

“新謝潑德”飛行器升空（直播畫面截圖）。

直至今年5月，藍色起源公司重啟載人太空飛行。據(jù)該公司介紹，“新謝潑德”飛行器已完成25次太空飛行，其中包括七次載人飛行，已運載37人至超過距地表100千米“卡門線”的軌道高度，這是國際航天界定義的地球大氣層與太空的邊界。

2023年6月，英國億萬富翁理查德·布蘭森創(chuàng)立的維珍銀河公司，也曾成功將第一批付費客戶送入太空邊緣，并安全返回地面。

在看見SpaceX突破性進展的同時，也有越來越多聲音在期待，我國商業(yè)航天有機會迎頭趕上嗎？

事實上，商業(yè)航天在國內(nèi)尚屬于一個十分“年輕”的行業(yè)。

2015年左右，國務(wù)院和國家發(fā)改委等部門先后發(fā)文，支持和鼓勵社會資本參與國家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動多元化投資和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。因此，不少業(yè)內(nèi)人士將2015年定義為“中國商業(yè)航天發(fā)展元年”。

此后，社會資本涌入商業(yè)航天賽道，涌現(xiàn)了一批民營商業(yè)航天企業(yè)，一些國企和航天院所也開始提供航天服務(wù)，推出針對市場需求的產(chǎn)品并成立相關(guān)企業(yè)。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2023年，我國國內(nèi)民營火箭公司共發(fā)射13次，成功入軌12次，創(chuàng)下了中國商業(yè)航天發(fā)展八年來的新紀錄。

南都此前報道，今年9月11日12時，由藍箭航天空間科技股份有限公司自主研發(fā)的朱雀三號VTVL-1可重復(fù)使用垂直起降回收試驗箭，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心完成10公里級垂直起降返回飛行試驗。