北京时间11月18日21时许，SpaceX公司的“星舰”在美国得克萨斯发射场进行了第二次试验性发射。本次发射中，“星舰”第一级飞行正常，尤其是全部33台发动机均成功点燃并正常工作，一扫首飞时多台失效的窘境。随后，火箭两级成功分离，新设计的“热分离”系统首试即获成功。但接下来第一级在回收过程中空中爆炸。分离后，第二级正常工作约6分钟，但在接近燃尽关机时突然自毁失联。

时隔七个月，这款目前规模最大、设计最激进的运载火箭复飞，取得了不小的进步，但未竟全功。这将使“星舰”项目乃至后续一系列宏伟计划面临更大的不确定性，研制团队需付出更大的努力。

超越首飞

雄心受挫

在本次任务中，“星舰”选择了编号B9的第一级和编号S25的第二级，全箭直径9米，高121米，主要采用不锈钢材料。第一级又被称作“超重型助推器”，高71米，可加注推进剂约3400吨，起飞总推力超过7500吨。第二级高50米，可加注推进剂约1200吨，推力1500吨左右。SpaceX公司宣称，“星舰”在两级完全回收模式下的近地轨道运力不低于150吨，一次性发射模式下的近地轨道运力可达250吨。

为此，本次试飞的“星舰”第一级配备了33台猛禽系列液氧甲烷发动机，这也是首款实用化全流量分级燃烧循环发动机，单机海平面推力230吨；第二级配备了6台发动机，其中3台是推力285吨的真空型。另外，单机海平面推力高达269吨的改进型发动机正在测试，未来有望使“星舰”在一次性发射模式下的近地轨道运力突破300吨。

“星舰”首飞仅正常工作了62秒，导致多项试验未能完成，因此本次设定的发射流程与首飞时基本一致。起飞2分半钟后，“星舰”两级顺利分离。按计划，第一级应开展返场回收试验，包括箭体调头、返场点火等流程，下落至距发射场不远的海面上空，启动发动机反推减速，以便安全溅落海中。但是，第一级分离后不久便在空中爆炸。

按照发射计划，“星舰”起飞8分钟多后，第二级关闭了发动机。为了避免再入阶段发动机点火失利而变成“巨型太空垃圾”，即使“星舰”这次任务完全成功，第二级也不会进入严格意义上的近地轨道，而是绕地球飞行大半圈后，再入大气层，并以类似航天飞机的姿态返回，滑翔飞行后落入预定海域。为了抗衡气动加热、高温烧蚀，“星舰”第二级表面敷设了大量隔热瓦。而在实际发射中，“星舰”起飞8分钟多后，在接近燃尽关机时突然触发自毁，最终在148公里高度失去遥测信号。

总体来看，“星舰”第二次试飞虽然取得较大进步，但仍未能完成全部验证目标，势必会影响后续任务进度。

根据不同任务需求，“星舰”规划发展货运型、在轨加注型、载人登月型等。本次发射的是“星舰”货运型，未来运营可以配备类似航天飞机的开合式载荷舱门，将大质量载荷送入太空，还有望执行在轨维修、带回航天器等任务。现在来看，实现这些规划也要推迟了。

改进不少

未竟全功

SpaceX公司一直未放松对“星舰”的改进工作，虽然没能确保本次复飞完全成功，但仍发挥了不容忽视的作用。在发射场里，最引人注目的变化是整修一新的发射台，以及在“星舰”点火之际喷出的巨大水幕。

“星舰”发射台喷水系统测试现场（图源：SpaceX公司）

“星舰”首飞时因缺乏冷却降噪系统，巨大的推力在发射台上引发了“碎片雨”，发射台底板出现大坑，甚至露出了钢筋和地基。

之后，SpaceX公司对发射台及其地基进行了全面修补，不平整之处均被钢筋混凝土填充，形成了新的坚实底板。随后，一整套夹层水冷钢板系统被安装好，使整个发射台底部被钢板覆盖，钢板内有中空的夹层和流道。“星舰”发射时，夹层中有大量冷却水流过，从而迅速带走了发动机喷流的巨大热量。同时，钢板根据发动机分布位置，设置有大量喷水孔，在“星舰”发射时向上喷出水幕，起到降温降噪的作用。根据监管要求，水冷钢板最多使用30次。

这套系统不是万能的。8月7日，“星舰”进行了水冷钢板系统建成后的首次全箭静态点火试验，仍有4台发动机未能如期启动。不过，在第二次试飞中，“星舰”第一级33台发动机全部正常点火，给了外界不小的惊喜。

为了进一步降低发射台承受的尾焰尾流冲蚀，本次“星舰”点火到起飞的间隔时间从首飞的6秒缩短至3秒。这一操作看似简单，但对发动机的点火可靠性和推力形成速度都提出了更严苛的要求。

此外，本次发射的“星舰”将负责发动机摆动的液压作动器改为电驱作动器，进一步减轻了发动机重量，缩短了响应时间。

起飞2分钟多后，“星舰”第一级发动机大部分关机。仅2秒后，从两级连接处喷出一圈火焰，随后第一级被第二级发动机“喷走”。这体现了“星舰”的新特征——SpaceX公司尝试改用火箭两级热分离，也就是在第一级发动机大部分关机而两级尚未分离的状态下，直接启动第二级发动机，更“暴力”地确保两级分离顺畅。

“星舰”加装热分离级间段（图源：SpaceX公司）

“星舰”这套热分离流程的优点在于结构简单，不必额外增加分离驱动装置，而且第二级“无缝衔接”启动发动机，减少动能损失，有望提升一定的运力。

不过，其缺点也不容忽视，那就是第二级发动机的喷流可能会损坏第一级，这个隐患对于可回收复用火箭值得警惕，因此需要对第一级顶部进行额外防护，“星舰”为此加装了保护顶盖，导致死重增大。此外，热分离要求时序控制十分精确，如果火箭第一级关机延迟或后效推力较大，分离后仍可能再次撞上第二级。

实际上，为了防止再现“星舰”首飞时自毁系统延迟40秒才摧毁火箭的情况，本次自毁系统进行了“增强和重新认证”。外界认为，这个改进的实质就是增加贮箱爆破点，加大炸药量。从这次“星舰”自毁的效果来看，这项改进确实“立竿见影”。

任务繁多

延误难免

“星舰”两次试飞都未完全实现目标，必然会延误一系列后续重大任务。

2021年，SpaceX公司中选了“阿尔忒弥斯计划”的载人登月舱供应商，方案改进自“星舰”第二级，还有配合任务专门贮存和转运低温推进剂的在轨加注型“星舰”。不过，该任务成功的前提是，实现“星舰”的廉价运作、快速部署和高度可靠回收复用，这就构成了“星舰”项目的核心挑战。

基于“星舰”研制的载人登月舱最新效果图（图源：SpaceX公司）

SpaceX公司努力推进载人登月舱的研发进度。8月初，载人登月舱的人机控制界面首次公开演示。8月中旬，SpaceX公司利用“星舰”第二级S22头锥，打造了载人登月舱加压舱部分原理样机，侧面安装人员进出舱门，底部结构修改，以便密封。样机提供了9米直径内部空间，居住环境堪称“豪华”，设置单人间和独立厕所，不必像阿波罗飞船登月舱那样使用吊床、尿袋了。10月下旬，载人登月舱使用的小型着陆发动机测试曝光。11月初，新的载人登月舱渲染图发布，改用更传统的着陆腿、可收放式太阳能板，着陆发动机布局也进行了修改，有望提升可靠性。

然而，美国宇航局还是“等不及”，10月公开对“星舰”进度表达不满。“阿尔忒弥斯-3”载人登月任务被规划在2025年底，但受“星舰”两次试飞不顺利的影响，恐怕美国航天员重返月球不会早于2026年，甚至更晚。

“星舰”进度不及预期，新一代“星链”的野望同样遭受打击。尽管“星链”用户已突破200万，但快速增加的服务需求和卫星更新换代的压力同样可观，SpaceX公司为此研发了单星重达2吨的完全版第二代卫星，但必须用“星舰”发射。可以说，“星舰”已成为制约“星链”扩张的“紧箍咒”。

“星舰”项目的高难度和高风险陆续暴露，各项试验成本预计将显著上升，这也是“星舰”融合了过多新技术的必然后果，SpaceX公司早有预期和准备。从长远来看，“星舰”多久以后“涅槃”再飞，完全实现设计目标，后续的载人登月、近地轨道大载荷投送乃至火星之梦能否顺利成真，我们不妨拭目以待。

来源：中国航天报
广州日报·新花城编辑：马俊贤