SpaceX上周五迎来了一次堪称完美的里程碑时刻——第13次全尺寸星舰(Starship)测试飞行从德克萨斯州南部出发,跨越半个地球,精准无损地溅落在印度洋一处偏远海域。
此次溅落与以往截然不同。星舰轻柔地侧倒后漂浮在澳大利亚以西的偏远海域,而此前每次水面溅落均以爆炸火光收场,SpaceX团队对此早已习以为常。
漂浮在海面上的星舰外观状态良好。SpaceX工程师随即出动无人机对飞船进行近距离检查,这也是迄今最清晰的一次隔热瓦状态观测——18000余块陶瓷隔热瓦保护着飞船的不锈钢外壳,在飞船以超高速重返大气层时,承受了高达2600华氏度(1430摄氏度)的极端高温。
受这次近乎完美的飞行结果鼓舞,SpaceX创始人兼CEO埃隆·马斯克表示,下一次发射很可能迎来重大跨越——将星舰送入更长轨道,乃至进入近地轨道,并引导飞船返回发射场,由发射塔上的机械臂在悬停降落时直接捕获回收。SpaceX此前已成功用这一方式回收了体积更大、重量更重的超重型助推器(Super Heavy Booster),但后者的返回速度远低于星舰。
"除非任务数据审查发现问题,SpaceX将在下次飞行中尝试用发射塔捕获星舰,"马斯克当晚在X平台上写道。
隔热系统的性能与耐久性,历来被视为星舰计划面临的最艰巨挑战之一。SpaceX对星舰的愿景是实现快速周转、最终每天多次飞行。要达成这一目标,隔热系统必须能够承受每次发射和重返大气层过程中的振动与极端温度,不能每次飞行后都进行翻修或更换。
"这是我们首次让完整的星舰入水,"SpaceX传播经理丹·霍特在公司直播中说道,"这对于致力于获取隔热瓦数据的团队而言,是梦寐以求的场景。"
此次完整溅落还为SpaceX提供了将火箭拖回岸边——可能是澳大利亚某处——进行更详细检测的可能性。尽管星舰本是为重复使用而设计的,但暴露于盐水环境后的回收利用仍是一大挑战。
霍特进一步说:"这次对于优化隔热系统及其他部件至关重要……看着一个外观相当完好的隔热系统,真的是好消息。我们这次在上升阶段承受了显著更高的动压,也就是给飞船施加了更大压力,而它就那么安静地浮在水面上。"
溅落后,SpaceX通过其Starlink卫星宽带网络持续接收星舰发回的信号。飞船上的摄像头显示,尽管海浪拍打着镜头,六台Raptor发动机外观并未见到损坏迹象。
此次测试飞行是SpaceX星舰搭载超重型助推器的第13次发射,也是目前世界上最强大火箭——星舰第三版(Starship Version 3)的第二次飞行。
这枚高408英尺(124米)的火箭于美国中部时间下午5时51分从德克萨斯州星舰基地(Starbase)发射升空,发射地点位于美墨边境以北数英里处。超重型助推器上的33台甲烷燃料Raptor发动机引导火箭向东飞越墨西哥湾并进入高层大气,随后助推器在燃尽大部分低温推进剂后与星舰上面级分离。
此次第13次飞行唯一未能完成的环节,是超重型助推器的受控溅落。按计划,助推器应在德克萨斯州海岸附近重启发动机进行着陆减速,以模拟返回发射台回收所需的机动动作。然而,部分Raptor发动机未能成功重启,助推器最终以高速坠入海中。SpaceX在5月的上次飞行中同样遭遇了助推器溅落问题。此次飞行虽有所进展,但工程师们在回收这版超重型助推器方面仍需继续攻关。SpaceX此前已两次成功回收并复飞了星舰第二版设计的超重型助推器,但第三版尚未实现。
SpaceX官方在网站更新中表示:"助推器以全部33台发动机成功完成了回推点火的高推力阶段,这是超重型第三版首次实现这一里程碑,随后提前结束了点火。在尝试为着陆点火重启发动机时,部分发动机成功点火,但最终在墨西哥湾发生了硬溅落。"
与此同时,星舰在超重型助推器向墨西哥湾下坠时继续加速入轨,六台发动机持续燃烧超过五分钟后开始长达半小时的惯性飞行,途经加勒比海、大西洋及南非上空。
发动机关闭数分钟后,星舰打开载荷舱门,开始部署一组共20颗Starlink卫星。这批卫星是SpaceX升级版Starlink V3的首批产品,在吞吐量和功率上均有大幅提升,体积和重量也超过了V2版本,因此无法再使用SpaceX的小型主力猎鹰9号火箭运载。
星舰通过类似PEZ糖果盒的弹射装置,经由飞船侧面的缝状开口将卫星逐一抛出。这批平板卫星在太空中停留时间极短,随后沿着与星舰相同的亚轨道弧线飞行,并在发射后不到一小时内重返大气层燃尽。
SpaceX地面团队随即通过无线电和激光通信链路与每颗卫星建立联系,"下载了关键遥测数据",在卫星燃尽前完成了首次Starlink V3在轨性能评估。
卫星部署完成后,工程师对一台Raptor发动机进行了短暂重启测试——这是上次飞行中放弃尝试的项目。本次重启持续约14秒,在南非可见到发动机点火迹象。SpaceX将此次验证誉为"未来轨道任务的核心能力"。此后,星舰在重力作用下重返地球。
星舰的下一步目标是进入轨道并返回发射场。实现这两项成就,将使SpaceX具备开始发射运营版Starlink V3卫星的能力,从而为消费者和美国军方解锁更高速的直连设备网络服务,并带来相应的商业收入。
对于NASA而言,星舰完成轨道飞行将推动其与SpaceX开展轨道燃料补给演示验证——这是任何飞往近地轨道以远任务(包括支持NASA阿尔忒弥斯登月计划的月球任务)的关键前提。NASA正与SpaceX及蓝色起源合作,开发载人版星舰和蓝月亮登月舱,用于将宇航员运送至月球表面并返回。
"对这次任务将带来的收获充满期待,"NASA局长贾里德·艾萨克曼在第13次飞行发射后于X平台写道,"星舰一旦投入使用,其能力将是颠覆性的,其中最重要的一点,是确保我们永远不会再放弃月球!"
SpaceX目前在德克萨斯州拥有一座在役发射台,以及另一座正在翻修的发射台。两处星舰发射场正在佛罗里达州肯尼迪航天中心和卡纳维拉尔角太空军基地建设之中。轨道燃料补给演示将涉及两次星舰发射,使两艘飞船在轨道上完成交会对接,随后通过自动耦合接头将甲烷和液氧推进剂从一艘转移至另一艘。
为使一艘星舰加注足以抵达月球的推进剂,需要在多个发射台上对星舰和超重型助推器进行多次快速连续的补给作业。随着本次测试飞行取得成功,SpaceX似乎已做好进入星舰迭代开发计划下一阶段的准备——但前路依然充满挑战。
SpaceX星舰飞行可靠性总监沙娜·迪亚兹在X平台上写道:"本次任务收集了Raptor离轨点火演示以及下一代Starlink卫星首飞的关键数据。"
"我感觉我们已经准备好全力投入向轨道交付载荷的阶段了,这让我非常振奋,"迪亚兹补充说,"研发飞行器固然有趣,但归根结底,我们的使命是把东西送上太空,这款火箭的颠覆性能力让我充满热情。"
Q&A
Q1:星舰第13次飞行和以往有什么不同?
A:这次最大的不同在于星舰首次以完好状态溅落在印度洋水面上,过去每次水面溅落都以爆炸火光收场。这次飞船轻柔倾倒后漂浮在海面,外观几乎完好无损,工程师还通过无人机对隔热瓦进行了迄今最清晰的一次近距离检查,为优化隔热系统提供了宝贵数据,也为将来拖回飞船进行地面详细检测留下了可能。
Q2:星舰下一次飞行会尝试什么新动作?
A:根据埃隆·马斯克的说法,SpaceX计划在下次飞行中让星舰进入更长轨道甚至近地轨道,并在返回时尝试由发射塔机械臂在空中捕获飞船。SpaceX此前已用这一方式成功回收了超重型助推器,但捕获星舰是首次尝试,难度更大,因为星舰的返回速度远高于助推器。
Q3:Starlink V3卫星和之前版本有什么区别?
A:Starlink V3是SpaceX的升级版卫星,在数据吞吐量和功率上均有显著提升,体积和重量也更大,已无法用猎鹰9号火箭运载,必须依赖星舰发射。本次飞行部署的20颗V3卫星是首批入轨测试产品,在燃尽之前已向地面传回关键遥测数据。V3卫星将支持更高速的直连设备网络服务,覆盖消费者和美国军方用户。
