小別三個月,星艦第四飛來了!當地時間 6 月 6 日早晨,天氣晴朗,墨西哥灣海岸,德州博卡奇卡發射場再次人聲鼎沸。
發射前一切正常,倒數計時沒有中斷數到零,但接下來又出了個小小意外:助推器 33 個猛禽引擎,一台沒有正常點火。
▲ 注意左下角指示燈。
不過火箭仍在筆直火焰中轟隆隆奔向天空,在霧靄和陽光間如一支巨型穿雲箭,留下難忘的痕跡,升空後約 2 分 50 秒,一二級成功熱分離。星艦起飛百看不厭,但已屬常規動作,類似場景第三次試飛就看過,有驚無險開頭過去,好戲還在後面。這次星艦試飛終於完整走完,圓滿成功。
史詩般的成就!有驚無險達成三個目標
星艦系統分為兩級:第一級,底部超重型助推器(Super Heavy);第二級,頂端飛行器星艦(Starship)。第四飛重點是第三飛沒有完成的事:測試星艦和助推器返航和回收力,或可概括為:不要燒毀、不要燒毀、不要燒毀。
第四飛較關鍵的時刻有三個:7 分鐘左右,助推器海上軟著陸;47 分鐘左右,星艦克服高溫再入大氣層;1 小時 5 分左右,最終調整姿態濺落海面。助推器軟著陸,星艦起飛沒多久就能見證。
3 分鐘左右,助推器啟動返航點火。為了增加成功率,4 分鐘左右,助推器回程時拋棄熱分離環,減少飛行最後階段重量。前三次試飛助推器都以爆炸收尾,沒能善終,這次終於是例外,7 分 30 秒左右,助推器終於首次降落海面,現場人群沸騰。助推器成功著陸海面,代表離發射場回收更進一步。暱稱「筷子」的機械手臂捕捉助推器的科幻場景,可能變成現實。
▲ 以特殊機械手臂「筷子」捕捉助推器的模擬影片。
接下來的看點是星艦受控再入大氣層,沿用之前飛行軌跡,濺落印度洋。最理想是星艦再入大氣層時成功承受攝氏上千度極端高溫,最終於受控位置海面著陸,但也可能像第三飛這階段失聯損毀。過程有些跌跌撞撞,好像某段程式碼雖然有 bug,但最終運行成功。星艦經歷漫長滑行,緩慢減速,一路「火花帶閃電」,隔熱瓦看來搖搖欲墜,也讓人擔心是否在解體邊緣。
不過「太空人視角」確實難得一見。直播還中斷幾次,就算恢復也是糊成一團,靠星鏈提供訊號,但有驚無險是這次試飛主旋律,連主持人都開玩笑,讓我們看看星艦最終剩下多少,但結果看,星艦狀態還是改成垂直,成功濺落海面。
現場一片歡呼,充滿開香檳氛圍。SpaceX 也立刻發文確認:第四次試飛圓滿完成。馬斯克也祝賀 SpaceX 團隊:「儘管損失許多瓷磚並襟翼損壞,星艦仍成功海洋軟著陸!恭喜 SpaceX 團隊取得史詩級成就!」可說第四飛又闖過一次鬼門關。
為什麼再入大氣層和回收對星艦這麼重要?如果說第三飛完成進入軌道目標,第四飛更接近星艦終極目標──火箭完全重複使用,以降低成本,達成太空飛行商業化。馬斯克認為,這是實現火星移民和其他太空探索的關鍵技術,如果火箭完全重複使用,每次發射成本就只有燃料了。
只有第四飛達成,再入大氣層達成,海面濺落穩定,才能談軟著陸回收,乃至火箭完全回收使用。
圓滿的第四飛,站在前三飛的肩膀上
從每次試飛看來,才能明白第四飛相當不容易,每次都有進步,每次都飛得更高更遠。2023 年 4 月首飛多台發動機不正常,一二級未成功分離,升空 4 分鐘就變成火球。2023 年 11 月第二飛發動機全部正常點火,升空 2 分 40 秒左右,一二級首次熱分離成功,但一級爆炸,二級繼續飛行一段時間後自爆。
前兩次直播草草結束,今年 3 月第三飛直播近一小時,達成幾個第一。
- 星艦成功達軌道速度
- 首次讓星艦從太空返回大氣層
- 首次太空打開和關閉星艦有效載荷門
- 首次轉移推進劑,為星艦幫另一艘補充推進劑提供寶貴數據
然而,第三飛回收和再入大氣層並不成功。助推器應當濺落墨西哥灣,但嘗試返航著陸時發生「快速非計畫解體」,約 462 公尺高度結束飛行。星艦返回地球大氣層時訊號中斷並失去蹤跡,可能燒掉或解體了。
▲ 第三次試飛星艦返回地球大氣層直播片段。
SpaceX 事後分析,失敗原因包括助推器發動機篩檢程式堵塞、星艦滑行階段姿勢控制出問題。儘管如此,第三飛完成度算高了,總體可打個 80 分。
▲ 星艦第四飛助推器和星艦詳解圖。(Source:Boca Bingo)
為了第四飛,SpaceX 吸取第三飛教訓,多次測試軟硬體升級和操作變動,如改善星艦隔熱罩和側滾控制,以及助推器回程放棄熱分離環。但只有真正有效,就像直播看到那樣,SpaceX 才能確信這些改善有用,正因如此,星艦每次試飛都有重點。
實際操作快速取得經驗和教訓,然後下次做更好,這是 SpaceX 開發星艦的方式。技術不會沉默中進步,一點一滴都有火光和巨響陪伴。
地球生命前進至多行星,星艦的目標依然很艱巨
星艦第四飛算成功,但對 SpaceX 只是小目標,更接近藍圖的測試。星艦是人類史上體積最大、推力最強運載火箭,也是第一個完全重複使用火箭,之後星艦應能搭載人類長時間星際飛行,達成火星夢、行星夢、恆星夢。
目前 SpaceX 還在努力證明,沒有載人的星艦可在地球表面和近地軌道間穩定飛行和回收。6 月 1 日日本億萬富豪前澤友作宣布取消和 SpaceX 合作的 dearMoon 環月之旅,反映出星艦開發期有多漫長、艱辛和不確定。
將來星艦任務還有衛星部署、星際運輸、低地球軌道以外軌道加油,才能將人類送到月球和火星及更遠的地方,NASA 阿提米絲登月計畫也在內。
▲ 各代星艦比較。
目前試飛的都是星艦 1.0,馬斯克直播曾劇透,高度更高、推力更猛的星艦 2.0 快要來了,甚至星艦 3.0 已在規劃。星艦第二座發射台也開始建設,地球軌道只是階段性任務,星艦終點是星辰大海。
馬斯克曾說,如果以文字評斷文明短長,5,500 年前誕生楔形文字,相較地球 45 億歲和宇宙 138 億歲,人類文明不過眨眼,像黑暗裡的一根蠟燭。故我們應在人類文明強大的時候,保護地球脆弱的生命文化,擴展到火星,再擴展到太陽系和其他星系,發展出多行星文明,甚至多恆星文明,能在星際間自如穿梭。
這讓人想起俄羅斯火箭科學家齊奧爾科夫斯基的名言:「地球是人類的搖籃,但人不可能永遠活在搖籃裡」,馬斯克直播最後,主持人激動到語無倫次,連連感歎「What A Day!」。
人類熱切探索太空,多半徒勞無功,但偶爾能成功,只要有耐心,前途光明亨通。儘管時常憂心忡忡,但仰望星空,仍有美好和殘酷冒險激勵我們,人類不只有現在,可盡情為身為人類自豪。