11月21日，太空探索技術公司(SpaceX)CEO埃隆·馬斯克的“星際飛船”(Starship，以下簡稱星船)的第一枚完整尺寸試驗箭MK1，在美國得克薩斯州進行地面壓力測試時艙壁爆裂，頂端炸飛。

這是繼可重復使用的重型運載火箭系統(tǒng)“大獵鷹火箭”(Big Falcon Rocket，2018年11月20日該火箭更名為“超重星船”)的原型試驗箭——“星跳者”2019年8月試飛成功后的又一次試驗。

依照SpaceX原計劃，近幾個月內(nèi)，星船MK1要進行20千米高度的飛行測試。可這次的爆炸，在一定程度上影響了原有計劃。

馬斯克很早就表示，太空探索技術公司自成立以來的主要目標就是幫助人類成為多行星物種，殖民火星是他真正的目標。而他每一次的試驗，都是人類實現(xiàn)殖民火星夢想的一次嘗試。

爆炸會對其后續(xù)飛行試驗產(chǎn)生影響

對于此次爆炸的原因，SpaceX官方發(fā)言人宣稱是星船MK1在進行低溫極限壓力測試，而這種測試的目的是模擬最大壓力。“這種結(jié)果不完全在意料之外，沒有人受傷，也不是嚴重的挫折。”發(fā)言人說。

早在9月份，SpaceX曾表示，星船和助推器“超重”最早可能在2021年開始進行商業(yè)飛行。該運載系統(tǒng)將實現(xiàn)把人員和貨物送入地球、月球、火星的軌道，且可以重復使用。

而這次的爆炸，將有可能使其入軌試飛試驗比原計劃推后，也給其商業(yè)飛行時間帶來了一定的不確定性。

一些人認為，由于星船MK1的箭體是由301不銹鋼露天焊接而成的，與目前主流制造方式不同，在很多方面都無法保證其質(zhì)量。“用最直接的話說就是，用這么粗糙的做法做出來的東西，一定有質(zhì)量問題。這是一種比較普遍的觀點。”中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院研究員陳杰說。

陳杰認為，從有利的方面來說，這次爆炸對優(yōu)化星船的高階版MK3和MK4試驗箭的制造工藝意義重大。MK1是第一艘全尺寸試驗箭，具有很大的創(chuàng)新性，本身就發(fā)揮著“探路者”的作用，整體壓力測試作為驗證其制造工藝的一種方式，有利于優(yōu)化后續(xù)工藝。

與星船MK1相比，MK3和MK4將正式具備進入地球軌道，并從大氣層外返回的能力。此后，SpaceX還將制造被稱為“超重”助推器的火箭一級，與星船結(jié)合為一枚完整的兩級運載火箭，經(jīng)過一系列漸進迭代后進行真正的入軌發(fā)射。

“這次爆炸對‘超重星船’后續(xù)的試驗和研制進度會有一定影響。外界再次對SpaceX創(chuàng)新性的制造方式產(chǎn)生了一些疑問，但我認為這種質(zhì)疑對其影響并不大。”陳杰說，“SpaceX本身的研制思路就是‘試驗、試驗、再試驗’。創(chuàng)新性的設計和制造方式出來以后，他們要進行多次試驗來驗證，這次應該也是遵循了這種思路。”

殖民火星有多難？

2016年9月27日，馬斯克在國際宇航大會上提出了火星殖民構(gòu)想。他表示，人類作為一個面臨生存危機的物種，要么走向滅絕，要么轉(zhuǎn)變成為一個多星球物種。

陳杰表示，火星殖民從構(gòu)想到現(xiàn)實道路漫長。殖民火星至少要解決到達火星、在火星生存兩大難題。

到目前為止，人類登陸的地外天體僅限于距離地球38萬千米的月球，且至今未能建立月球前哨站和月球基地。火星和地球圍繞太陽旋轉(zhuǎn)時距離不斷變化，二者最近的距離為5500萬千米，這是北京到上海距離的5萬倍。

“飛行至火星至少需要6～8個月，如果航天員在火星上工作一年，往返就需要2～3年時間。在這段時間內(nèi)，去往火星的飛行必須達到高可靠性、高安全性和自給自足等要求，同時要能維持航天員在火星表面的生活和工作。這需要非常強大的航天運輸系統(tǒng)為航天員提供生命保障、足夠的消耗物品和循環(huán)生態(tài)。”陳杰介紹。

對于人類的生存而言，火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、礫石遍布且沒有穩(wěn)定的液態(tài)水體。要建設生存基地，必須要解決循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)和資源利用等技術難題。陳杰認為，目前來看，火星殖民的構(gòu)想需要30年甚至50年后才能實現(xiàn)。

簡化設計，創(chuàng)新技術

在他看來，正是由于困難大、周期長，才更需要從現(xiàn)在開始逐步突破關鍵技術。

當2016年馬斯克公布大獵鷹火箭的設計理念時，由于其技術指標、發(fā)射規(guī)模都刷新了人類航天的技術極限，加上其設計方案屢次更改，來自美國航空航天局、同行公司、普通公民等的質(zhì)疑聲一直沒停過。波音公司CEO丹尼斯·穆蘭伯格曾在接受CNBC采訪時表示，波音公司有機會先于馬斯克把人類送上火星。

而近日“星船”試驗箭的爆炸，帶來了更多的質(zhì)疑聲。

“此前的質(zhì)疑聲也不少，但馬斯克的思路始終沒變。”陳杰表示，馬斯克采取了與看起來高大上的航天事業(yè)不同的方法和手段，他不是把技術搞得越來越復雜、越來越尖端，而是盡量簡化設計，堅持可靠適用的原則，這是非常實用有效的創(chuàng)新。

采用301不銹鋼材料焊接形成箭體便是其一。目前主流運載火箭主結(jié)構(gòu)采用碳纖維或鋁合金材料，價格昂貴。而每噸不銹鋼的成本只有碳纖維的2%，不銹鋼在超低溫條件下還有著彈性好、強度高的優(yōu)點。

而鋼的熔點約為1500攝氏度，高于美國退役航天飛機軌道器所用的鋁合金結(jié)構(gòu)。因此，星船可少布防熱瓦，在再入過程中前緣的防熱負擔將極大減輕。

同時，馬斯克只使用梅林發(fā)動機，根據(jù)火箭要達到的高度增加其數(shù)量。

“這就像堆積木一樣。一級箭體與二級箭體使用完全一樣的發(fā)動機，相當于他們只掏錢研制了一款發(fā)動機，卻形成了一級和二級發(fā)動機兩種動力系統(tǒng)，組成了一款兩級火箭。并且，由于發(fā)動機零組件的通用化，可以批量化生產(chǎn)，從而降低成本。”北京藍箭航天空間科技股份有限公司航天火箭研發(fā)部副總經(jīng)理戴政說。

傳統(tǒng)主流火箭從性能最優(yōu)的角度出發(fā)，一二級發(fā)動機大多采用不同型號的發(fā)動機，兩級火箭需要研制兩個型號的發(fā)動機，其零組件不通用，無法批量生產(chǎn)。

箭體重復使用，客戶只需交“燃料費”

在降低成本方面，箭體重復使用是馬斯克的關鍵步驟。

戴政解釋說：“以往的火箭發(fā)射通常是一次性的，客戶需要掏錢買下整枚火箭，并且加上燃料費用才能完成發(fā)射。而可重復使用火箭將會使航天發(fā)射變得越來越像航空業(yè)，客戶只需要掏燃料費用就可以完成飛行，因此普通人也能坐得起。如果飛機是一次性的，乘坐需要買下整架飛機的話，機票價格就會異常昂貴。”

目前，SpaceX的“獵鷹”-9和“獵鷹重型”火箭第一級和整流罩的重復使用已經(jīng)實現(xiàn)，其火箭第一級經(jīng)過適當整修后，甚至可以連續(xù)使用。

陳杰認為，在“超重星船”組合中，助推器“超重”的重復使用相對比較容易。而星船的設計從結(jié)構(gòu)、材料等方面，與此前發(fā)射過的飛船有著較大差異。同時，星船體積龐大，要執(zhí)行多人載人任務，進入軌道空間后再返回地面，返回地面的過程中不能出問題，才具備重復使用的條件。這對其結(jié)構(gòu)、防熱、控制等的要求更高。因此，星船的重復使用更加困難。

通過一系列的技術創(chuàng)新來降低成本，SpaceX的火箭發(fā)射報價遠低于各國的報價。舉例來說，“獵鷹”—9火箭發(fā)射地球同步轉(zhuǎn)移軌道(GTO)的價格是6200萬美元，每千克載荷的入軌價值是7500美元;“獵鷹重型”的報價是9000萬美元，每千克載荷進入GTO的價格是3400美元。

陳杰介紹，歐洲準備在2020年首飛的“阿里安”—6新一代運載火箭，GTO軌道的運載能力為10.5噸，報價1.018億美元，每千克有效載荷進入GTO的價格是9695美元。而美國的主力運載火箭“宇宙神”—5(401)，GTO的運載能力4.95噸，報價是1.09億美元，每千克有效載荷進入GTO的價格高達2萬美元以上。

“通過這些報價的對比，我們可以看出，SpaceX的火箭發(fā)射價格多么具有吸引力。低成本一直是其火箭賴以生存、發(fā)展、壯大的重要手段和途徑。”他說。

太空旅游說走就走

馬斯克曾表示，太空探索公司希望創(chuàng)造一種能夠使火星旅行的價格降低至20萬美元的交通工具。

日本億萬富翁前澤友作還曾買下第一張“船票”，計劃在2023年邀請全球6至8位藝術家，一同乘坐“星船”進行繞月飛行。

在陳杰看來，太空旅游本身就是商業(yè)航天的一個重要組成部分，對于具有探索精神、冒險精神、強求知欲的人來說是很有吸引力的。

“當然，太空旅游本身對于乘客的身體條件、心理素質(zhì)有諸多限制，特別是經(jīng)濟實力要求很高，這決定了它的受眾面剛開始不會很大，但隨著航天技術的進一步發(fā)展成熟、成本不斷降低，我相信太空旅游商業(yè)化的前景會比較廣闊。”他說。(劉如楠)

關鍵詞： 馬斯克星船