星船Mk1曾經(jīng)聳立在美麗的夜空下，如今其艙壁已經(jīng)爆裂，頂端被炸飛。圖片來(lái)源：SpaceX公司官網(wǎng)
11月21日，太空探索技術(shù)公司（SpaceX）CEO埃隆·馬斯克的“星際飛船”（Starship，以下簡(jiǎn)稱星船）的第一枚完整尺寸試驗(yàn)箭MK1，在美國(guó)得克薩斯州進(jìn)行地面壓力測(cè)試時(shí)艙壁爆裂，頂端炸飛。
這是繼可重復(fù)使用的重型運(yùn)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(yàn)箭——“星跳者”2019年8月試飛成功后的又一次試驗(yàn)。
依照SpaceX原計(jì)劃，近幾個(gè)月內(nèi)，星船MK1要進(jìn)行20千米高度的飛行測(cè)試?？蛇@次的爆炸，在一定程度上影響了原有計(jì)劃。
馬斯克很早就表示，太空探索技術(shù)公司自成立以來(lái)的主要目標(biāo)就是幫助人類成為多行星物種，殖民火星是他真正的目標(biāo)。而他每一次的試驗(yàn)，都是人類實(shí)現(xiàn)殖民火星夢(mèng)想的一次嘗試。
爆炸會(huì)對(duì)其后續(xù)飛行試驗(yàn)產(chǎn)生影響
對(duì)于此次爆炸的原因，SpaceX官方發(fā)言人宣稱是星船MK1在進(jìn)行低溫極限壓力測(cè)試，而這種測(cè)試的目的是模擬最大壓力?！斑@種結(jié)果不完全在意料之外，沒(méi)有人受傷，也不是嚴(yán)重的挫折。”發(fā)言人說(shuō)。
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(kāi)始進(jìn)行商業(yè)飛行。該運(yùn)載系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)把人員和貨物送入地球、月球、火星的軌道，且可以重復(fù)使用。
而這次的爆炸，將有可能使其入軌試飛試驗(yàn)比原計(jì)劃推后，也給其商業(yè)飛行時(shí)間帶來(lái)了一定的不確定性。
一些人認(rèn)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(wú)法保證其質(zhì)量?！坝米钪苯拥脑捳f(shuō)就是，用這么粗糙的做法做出來(lái)的東西，一定有質(zhì)量問(wèn)題。這是一種比較普遍的觀點(diǎn)。”中國(guó)航天系統(tǒng)科學(xué)與工程研究院研究員陳杰說(shuō)。
陳杰認(rèn)為，從有利的方面來(lái)說(shuō)，這次爆炸對(duì)優(yōu)化星船的高階版MK3和MK4試驗(yàn)箭的制造工藝意義重大。MK1是第一艘全尺寸試驗(yàn)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(cè)試作為驗(yàn)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(jìn)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(jí)，與星船結(jié)合為一枚完整的兩級(jí)運(yùn)載火箭，經(jīng)過(guò)一系列漸進(jìn)迭代后進(jìn)行真正的入軌發(fā)射。
“這次爆炸對(duì)‘超重星船’后續(xù)的試驗(yàn)和研制進(jìn)度會(huì)有一定影響。外界再次對(duì)SpaceX創(chuàng)新性的制造方式產(chǎn)生了一些疑問(wèn)，但我認(rèn)為這種質(zhì)疑對(duì)其影響并不大?！标惤苷f(shuō)，“SpaceX本身的研制思路就是‘試驗(yàn)、試驗(yàn)、再試驗(yàn)’。創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)和制造方式出來(lái)以后，他們要進(jìn)行多次試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，這次應(yīng)該也是遵循了這種思路?！?/p>
殖民火星有多難？
2016年9月27日，馬斯克在國(guó)際宇航大會(huì)上提出了火星殖民構(gòu)想。他表示，人類作為一個(gè)面臨生存危機(jī)的物種，要么走向滅絕，要么轉(zhuǎn)變成為一個(gè)多星球物種。
陳杰表示，火星殖民從構(gòu)想到現(xiàn)實(shí)道路漫長(zhǎng)。殖民火星至少要解決到達(dá)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(wàn)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(yáng)旋轉(zhuǎn)時(shí)距離不斷變化，二者最近的距離為5500萬(wàn)千米，這是北京到上海距離的5萬(wàn)倍。
“飛行至火星至少需要6～8個(gè)月，如果航天員在火星上工作一年，往返就需要2～3年時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)，去往火星的飛行必須達(dá)到高可靠性、高安全性和自給自足等要求，同時(shí)要能維持航天員在火星表面的生活和工作。這需要非常強(qiáng)大的航天運(yùn)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)?！标惤芙榻B。
對(duì)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(méi)有穩(wěn)定的液態(tài)水體。要建設(shè)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(shù)難題。陳杰認(rèn)為，目前來(lái)看，火星殖民的構(gòu)想需要30年甚至50年后才能實(shí)現(xiàn)。
簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，創(chuàng)新技術(shù)
在他看來(lái)，正是由于困難大、周期長(zhǎng)，才更需要從現(xiàn)在開(kāi)始逐步突破關(guān)鍵技術(shù)。
當(dāng)2016年馬斯克公布大獵鷹火箭的設(shè)計(jì)理念時(shí)，由于其技術(shù)指標(biāo)、發(fā)射規(guī)模都刷新了人類航天的技術(shù)極限，加上其設(shè)計(jì)方案屢次更改，來(lái)自美國(guó)航空航天局、同行公司、普通公民等的質(zhì)疑聲一直沒(méi)停過(guò)。波音公司CEO丹尼斯·穆蘭伯格曾在接受CNBC采訪時(shí)表示，波音公司有機(jī)會(huì)先于馬斯克把人類送上火星。
而近日“星船”試驗(yàn)箭的爆炸，帶來(lái)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(méi)變?！标惤鼙硎?，馬斯克采取了與看起來(lái)高大上的航天事業(yè)不同的方法和手段，他不是把技術(shù)搞得越來(lái)越復(fù)雜、越來(lái)越尖端，而是盡量簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，堅(jiān)持可靠適用的原則，這是非常實(shí)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(yùn)載火箭主結(jié)構(gòu)采用碳纖維或鋁合金材料，價(jià)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(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。
而鋼的熔點(diǎn)約為1500攝氏度，高于美國(guó)退役航天飛機(jī)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(guò)程中前緣的防熱負(fù)擔(dān)將極大減輕。
同時(shí)，馬斯克只使用梅林發(fā)動(dòng)機(jī)，根據(jù)火箭要達(dá)到的高度增加其數(shù)量。
“這就像堆積木一樣。一級(jí)箭體與二級(jí)箭體使用完全一樣的發(fā)動(dòng)機(jī)，相當(dāng)于他們只掏錢研制了一款發(fā)動(dòng)機(jī)，卻形成了一級(jí)和二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)兩種動(dòng)力系統(tǒng)，組成了一款兩級(jí)火箭。并且，由于發(fā)動(dòng)機(jī)零組件的通用化，可以批量化生產(chǎn)，從而降低成本?！北本┧{(lán)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(shuō)。
傳統(tǒng)主流火箭從性能最優(yōu)的角度出發(fā)，一二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)大多采用不同型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，兩級(jí)火箭需要研制兩個(gè)型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，其零組件不通用，無(wú)法批量生產(chǎn)。
箭體重復(fù)使用，客戶只需交“燃料費(fèi)”
在降低成本方面，箭體重復(fù)使用是馬斯克的關(guān)鍵步驟。
戴政解釋說(shuō)：“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(fèi)用才能完成發(fā)射。而可重復(fù)使用火箭將會(huì)使航天發(fā)射變得越來(lái)越像航空業(yè)，客戶只需要掏燃料費(fèi)用就可以完成飛行，因此普通人也能坐得起。如果飛機(jī)是一次性的，乘坐需要買下整架飛機(jī)的話，機(jī)票價(jià)格就會(huì)異常昂貴?！?/p>
目前，SpaceX的“獵鷹”-9和“獵鷹重型”火箭第一級(jí)和整流罩的重復(fù)使用已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，其火箭第一級(jí)經(jīng)過(guò)適當(dāng)整修后，甚至可以連續(xù)使用。
陳杰認(rèn)為，在“超重星船”組合中，助推器“超重”的重復(fù)使用相對(duì)比較容易。而星船的設(shè)計(jì)從結(jié)構(gòu)、材料等方面，與此前發(fā)射過(guò)的飛船有著較大差異。同時(shí)，星船體積龐大，要執(zhí)行多人載人任務(wù)，進(jìn)入軌道空間后再返回地面，返回地面的過(guò)程中不能出問(wèn)題，才具備重復(fù)使用的條件。這對(duì)其結(jié)構(gòu)、防熱、控制等的要求更高。因此，星船的重復(fù)使用更加困難。
通過(guò)一系列的技術(shù)創(chuàng)新來(lái)降低成本，SpaceX的火箭發(fā)射報(bào)價(jià)遠(yuǎn)低于各國(guó)的報(bào)價(jià)。舉例來(lái)說(shuō)，“獵鷹”—9火箭發(fā)射地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）的價(jià)格是6200萬(wàn)美元，每千克載荷的入軌價(jià)值是7500美元；“獵鷹重型”的報(bào)價(jià)是9000萬(wàn)美元，每千克載荷進(jìn)入GTO的價(jià)格是3400美元。
陳杰介紹，歐洲準(zhǔn)備在2020年首飛的“阿里安”—6新一代運(yùn)載火箭，GTO軌道的運(yùn)載能力為10.5噸，報(bào)價(jià)1.018億美元，每千克有效載荷進(jìn)入GTO的價(jià)格是9695美元。而美國(guó)的主力運(yùn)載火箭“宇宙神”—5（401），GTO的運(yùn)載能力4.95噸，報(bào)價(jià)是1.09億美元，每千克有效載荷進(jìn)入GTO的價(jià)格高達(dá)2萬(wàn)美元以上。
“通過(guò)這些報(bào)價(jià)的對(duì)比，我們可以看出，SpaceX的火箭發(fā)射價(jià)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(shuō)。
太空旅游說(shuō)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(jià)格降低至20萬(wàn)美元的交通工具。
日本億萬(wàn)富翁前澤友作還曾買下第一張“船票”，計(jì)劃在2023年邀請(qǐng)全球6至8位藝術(shù)家，一同乘坐“星船”進(jìn)行繞月飛行。
在陳杰看來(lái)，太空旅游本身就是商業(yè)航天的一個(gè)重要組成部分，對(duì)于具有探索精神、冒險(xiǎn)精神、強(qiáng)求知欲的人來(lái)說(shuō)是很有吸引力的。
“當(dāng)然，太空旅游本身對(duì)于乘客的身體條件、心理素質(zhì)有諸多限制，特別是經(jīng)濟(jì)實(shí)力要求很高，這決定了它的受眾面剛開(kāi)始不會(huì)很大，但隨著航天技術(shù)的進(jìn)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(huì)比較廣闊?！彼f(shuō)。（劉如楠）
