7月17日星艦第13次試飛攜20顆星鏈V3完成驗(yàn)證后將燒毀

美國(guó)SpaceX“星艦”又要升空了。7月12日，SpaceX上線第13次綜合飛行測(cè)試任務(wù)頁(yè)面，宣布星艦最快于美國(guó)中部時(shí)間7月16日17時(shí)45分發(fā)射，窗口持續(xù)90分鐘。換算成北京時(shí)間，就是7月17日6時(shí)45分，發(fā)射地點(diǎn)仍是美國(guó)得克薩斯州南部星艦基地的二號(hào)發(fā)射臺(tái)。

這一次執(zhí)行任務(wù)的是20號(hào)超重型助推器和40號(hào)星艦飛船，它們都是V3版本，也是新一代星艦第二次接受完整飛行考驗(yàn)。第13次試飛看起來(lái)與上一次路線相似，但任務(wù)性質(zhì)已經(jīng)明顯不同。它不但要補(bǔ)上第12次試飛留下的技術(shù)缺口，還將首次帶著20顆真正的星鏈V3衛(wèi)星飛向太空。

過(guò)去幾次星艦試飛雖然進(jìn)行過(guò)載荷釋放，但大多是尺寸和重量接近真衛(wèi)星的模擬器，用來(lái)驗(yàn)證艙門、釋放機(jī)構(gòu)和飛船姿態(tài)控制。第13次試飛則跨出了一大步。

SpaceX公布，40號(hào)星艦將攜帶20顆下一代星鏈V3衛(wèi)星。飛船達(dá)到預(yù)定亞軌道軌跡后，這些衛(wèi)星將被逐一釋放，隨后展開(kāi)太陽(yáng)能電池陣列和通信天線，嘗試與南非地面站建立聯(lián)系，并通過(guò)高容量星間激光鏈路接入現(xiàn)有星鏈網(wǎng)絡(luò)。

不過(guò)，這20顆衛(wèi)星不會(huì)像常規(guī)星鏈衛(wèi)星那樣進(jìn)入長(zhǎng)期運(yùn)行軌道。SpaceX明確表示，它們將與星艦處在相同的亞軌道軌跡上。這意味著它們?cè)谕瓿烧归_(kāi)、通信和激光鏈路驗(yàn)證后，軌道高度會(huì)迅速下降，最終進(jìn)入稠密大氣層燒毀。

為什么要這樣安排？

因?yàn)樾擎淰3衛(wèi)星比現(xiàn)役型號(hào)更大，通信能力也更強(qiáng)，未來(lái)很可能主要依靠星艦批量發(fā)射。獵鷹9號(hào)的整流罩和運(yùn)載能力終究有限，星艦的大型貨艙才是V3衛(wèi)星真正配套的運(yùn)輸工具。

星艦第12次試飛于今年5月22日進(jìn)行，那也是V3版星艦第一次完整飛行。從結(jié)果來(lái)看，星艦飛船成功進(jìn)入預(yù)定亞軌道軌跡，完成載荷釋放，最后在印度洋受控濺落。但整個(gè)任務(wù)并沒(méi)有完全達(dá)到預(yù)期，尤其是超重型助推器的返航過(guò)程出現(xiàn)了明顯異常。

按照SpaceX最新公布的調(diào)查結(jié)果，飛船發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)存在輕微的時(shí)間差，導(dǎo)致級(jí)間分離后助推器的翻轉(zhuǎn)方向偏離了大約90度。超重型助推器需要先調(diào)轉(zhuǎn)箭體，再點(diǎn)燃部分猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)，飛回預(yù)定濺落區(qū)域。偏差達(dá)到90度，后面的返航點(diǎn)火自然會(huì)變得十分困難。

更加麻煩的是，助推器準(zhǔn)備實(shí)施返航點(diǎn)火時(shí)，33臺(tái)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)中有5臺(tái)出現(xiàn)重新點(diǎn)火問(wèn)題，返航燃燒被迫提前結(jié)束，最終無(wú)法完成預(yù)定的柔和濺落。

上級(jí)飛船同樣遇到了發(fā)動(dòng)機(jī)故障，級(jí)間分離大約40秒后，飛船3臺(tái)真空版猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)中的1臺(tái)停止工作。星艦依靠剩余發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)飛行，仍然達(dá)到了預(yù)定速度和軌跡，證明V3星艦具備一定的單機(jī)故障容錯(cuò)能力，但原計(jì)劃進(jìn)行的太空發(fā)動(dòng)機(jī)重新點(diǎn)火試驗(yàn)沒(méi)有完成。

原因就在于，V3星艦還沒(méi)有穩(wěn)定到可以貿(mào)然挑戰(zhàn)高風(fēng)險(xiǎn)回收。20號(hào)助推器將在完成級(jí)間分離后實(shí)施翻轉(zhuǎn)和返航點(diǎn)火，隨后在海面上方進(jìn)行著陸點(diǎn)火。SpaceX公布的時(shí)間線顯示，助推器大約在發(fā)射后3分鐘開(kāi)始返航燃燒，約6分27秒啟動(dòng)著陸點(diǎn)火。它要驗(yàn)證的是發(fā)動(dòng)機(jī)重新點(diǎn)火、姿態(tài)控制和低空減速能力，而不是飛回發(fā)射塔。

40號(hào)星艦也不會(huì)返回得克薩斯州。它將在釋放衛(wèi)星、完成太空發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火后進(jìn)入大氣層，通過(guò)腹部朝下的姿態(tài)承受再入熱流。飛船表面的黑色隔熱瓦負(fù)責(zé)抵擋高溫，前后襟翼不斷調(diào)整姿態(tài)，使這艘一百多米長(zhǎng)的飛行器像跳傘一樣減速下降。

在接近海面時(shí)，星艦會(huì)迅速翻轉(zhuǎn)到豎直狀態(tài)，點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)減速，最終在印度洋受控濺落。飛船大約在發(fā)射后47分30秒開(kāi)始再入，約65分鐘后實(shí)施最后的翻轉(zhuǎn)和著陸點(diǎn)火。

V3星艦的穩(wěn)定性還需要驗(yàn)證，只要助推器翻轉(zhuǎn)角度、發(fā)動(dòng)機(jī)推力或者返回軌跡稍有異常，就可能威脅價(jià)值極高的發(fā)射塔。對(duì)SpaceX來(lái)說(shuō)，箭體可以繼續(xù)制造，發(fā)射設(shè)施一旦損壞，整個(gè)試飛計(jì)劃都可能停下來(lái)。

星艦第13次試飛還將繼續(xù)拿隔熱瓦做試驗(yàn)，SpaceX在后襟翼附近安裝了多種測(cè)試隔熱瓦，后裙部也采用了改進(jìn)型瓦片和不同的連接機(jī)構(gòu)。真實(shí)飛行能夠告訴工程師，哪一種連接方式更能承受振動(dòng)、冷熱變化和高速氣流沖擊。

飛船表面還有部分隔熱瓦被特意涂成白色，這些白色區(qū)域可以形成明顯的視覺(jué)反差，模擬隔熱瓦缺失或異常狀態(tài)，為衛(wèi)星攝像機(jī)提供成像校準(zhǔn)目標(biāo)。將來(lái)攝像系統(tǒng)看到類似特征時(shí)，地面團(tuán)隊(duì)就能判斷它究竟是一塊真正脫落的隔熱瓦，還是光照、陰影和拍攝角度造成的誤判。

第13次試飛還將首次使用帶有載荷傳感器的隔熱瓦，直接測(cè)量瓦片和連接機(jī)構(gòu)承受的力。按照SpaceX公布的方案，這次星艦在上升過(guò)程中將承受比以往試飛更高的動(dòng)壓。

動(dòng)壓可以簡(jiǎn)單理解為高速氣流拍打火箭外殼的力量，空氣越密，飛行速度越快，氣流施加在火箭表面的壓力就越大?；鸺?jīng)過(guò)最大動(dòng)壓區(qū)域時(shí)，箭體、襟翼和隔熱瓦連接結(jié)構(gòu)都要承受十分復(fù)雜的載荷。

星艦已經(jīng)飛了12次，為什么每次還像在闖關(guān)？

因?yàn)镾paceX追求的并不是讓一枚巨型火箭偶爾飛成功，而是讓它像民航飛機(jī)一樣反復(fù)使用，兩者之間隔著巨大的工程鴻溝。一枚火箭成功升空，只能說(shuō)明當(dāng)時(shí)的設(shè)備、環(huán)境和操作組合恰好奏效。連續(xù)多次飛行都能正常點(diǎn)火、分離、返回和著陸，才能說(shuō)明整個(gè)系統(tǒng)開(kāi)始具備可重復(fù)性。

第13次試飛不會(huì)直接完成星艦的完全復(fù)用，仍在在驗(yàn)證飛行，同時(shí)又增加了真實(shí)衛(wèi)星部署這一任務(wù)。如果20號(hào)助推器能夠正常完成翻轉(zhuǎn)、返航和海上著陸點(diǎn)火，40號(hào)星艦?zāi)軌蜥尫?0顆衛(wèi)星、在太空重新點(diǎn)燃發(fā)動(dòng)機(jī)并安全濺落，V3星艦就算真正站穩(wěn)了第一步。

下一階段才有可能挑戰(zhàn)進(jìn)入穩(wěn)定軌道、飛船返回發(fā)射場(chǎng)、機(jī)械臂抓取上級(jí)飛船，以及更加復(fù)雜的軌道加注。