
北京时间7月25日清晨,得克萨斯州南部的海岸线上,33台猛禽3发动机同时喷出烈焰。经历一次点火后紧急中止,又因为天气推迟一天后,美国太空探索技术公司SpaceX的“星舰”终于完成第13次飞行试验。
从最终结果来看,这可能是新一代星舰V3迄今表现最好的一次飞行。“超级重型”助推器顺利完成上升、级间分离和返航过程,星舰飞船进入预定的亚轨道弹道,第一次释放20颗真正的下一代星链V3卫星,还完成了猛禽发动机太空二次点火。随后,飞船顶着再入大气层的高温返回地球,最后在印度洋完成软溅落,而且罕见地保持了相当完整的状态。

然而,这还不是一次圆满的试飞,最明显的不足仍然出现在一级助推器。它在最后的着陆点火阶段再次出现多台发动机工作异常,以明显高于计划的速度撞上海面。第13次试飞把星舰,依然没有解决困扰SpaceX长久的问题。
一、20颗真正的星链卫星,从星舰里飞出来了本次是V3版星舰的第二次飞行,与此前的V2相比,V3进行了大范围重新设计,换装猛禽3发动机,同时调整推进系统、结构、热防护系统和有效载荷能力。第12次试飞是它第一次真正飞上天空,但那次飞行暴露出了不少问题。

这次起飞相当顺利,超级重型助推器上的33台猛禽3发动机全部正常启动。两级火箭分离后,星舰飞船继续加速,6台猛禽发动机也没有出现第12次飞行时那样的提前关机。
在进入太空之后,星舰打开位于箭体侧面的有效载荷舱口,陆续放出了20颗星链V3卫星。过去几次试验中,SpaceX曾经释放过与星链卫星外形和质量相似的模拟载荷。第13次飞行,则第一次把真正能够工作的下一代星链卫星装进星舰。

这些卫星展开太阳能电池阵和天线,并短暂与现有星链网络建立连接。部分卫星还承担一个很特别的任务,回过头来给刚刚把自己送上太空的星舰“拍照”。其中6颗卫星安装了观测设备,用来拍摄星舰的隔热瓦以及箭体状态。工程师希望借此判断,将来一艘星舰进入轨道之后,能否通过外部卫星检查自己的热防护系统。
不过,这20颗卫星并没有进入长期运行轨道。第13次试飞仍然采用亚轨道飞行方案,星舰没有进入稳定地球轨道,这些卫星与飞船处于类似的亚轨道轨迹,完成测试后按计划重新进入大气层烧毁。

随后,另一个很关键的动作完成了,一台猛禽发动机在太空中重新启动。这个看起来只有几秒钟的点火,其重要性甚至不亚于释放20颗卫星。一艘真正进入地球轨道的星舰,必须能够在太空中重新启动发动机。如果发动机不能可靠二次点火,一艘上百吨重的巨大飞船进入轨道之后,甚至可能失去主动控制返回区域的能力。
二、星舰飞船进步很大,这次甚至完整漂在了海上接下来才是真正考验星舰的地方,再入大气层。星舰要想做到完全重复使用,热防护一直是最难解决的问题之一。这艘不锈钢巨型飞船以极高速度闯入稠密大气层时,空气被剧烈压缩加热,飞船腹部会被高温等离子体包围,星舰表面因此覆盖了大面积陶瓷隔热瓦。

问题在于隔热瓦不仅要“扛得住烧”,还得经受发射时的振动、声学冲击以及巨大的气动力,更难的是重复使用。SpaceX对星舰提出的目标是希望未来飞船返回发射场后不经过漫长维修,就能快速再次发射。如果一次飞行下来掉几十块隔热瓦,再花几天甚至几周检查和维修,那么所谓“像飞机一样重复飞行”就很难实现。
所以第13次试飞对热防护系统进行了更严苛的测试,SpaceX安装了不同固定方式的隔热瓦,一些位置加入载荷传感装置,同时让星舰在上升阶段承受比以往更高的动压,以检查隔热瓦连接结构到底能承受多大压力。

最终效果相当明显,从返回过程中的画面来看,飞船表面状态明显好于此前部分试飞。路透社报道称,此次再入之后热防护系统看起来只有较轻的损伤。飞船随后顺利完成“腹部朝下”的气动减速,再把箭体快速翻转成垂直姿态。

发动机点火,飞船减速,随后落入印度洋。这次星舰没有像过去多次试验那样在接触海面后迅速损毁,它保持了相当完整的结构,并在海面漂浮,SpaceX直播解说员甚至把它称为星舰迄今“最柔和的一次溅落”。
三、第13次试飞最大的失败,仍然是超级重型助推器这次飞行,最大的问题仍然是超级重型助推器。两级分离后,助推器按照计划调转方向并飞向墨西哥湾预定区域。从飞行过程来看,前半段比第12次试飞明显顺利。然而,问题出现在最后。
为了模拟未来返回发射场时的着陆过程,超级重型需要在接近海面时重新启动多台发动机,大幅降低下降速度。这一次,发动机再次掉了链子。原计划参与着陆减速的13台发动机没有全部正常工作,接近海面时画面显示只剩5台仍在提供推力,有8台出现异常。

结果就是助推器下降速度没有充分降下来,以明显高于预期的速度撞上海面。SpaceX直播解说也承认,他们原本瞄准的是一次更加柔和的溅落。这件事尤其值得关注,因为它不是第一次发生。
5月的第12次试飞中,超级重型就曾在返航阶段遭遇发动机重新点火问题,导致返航制动没有按照计划完成,最终以失控状态坠入海中。
美国联邦航空局随后要求进行事故调查,调查结果认为,第12次试飞助推器损失最可能涉及两个因素,一个是上升阶段高温对推进系统部件产生影响,另一个是发动机报警系统设置存在问题。
SpaceX随后修改了硬件和软件,还调整了发动机启动逻辑,希望第13次试飞能够解决这些问题。但在第13次试飞,最后又倒在了发动机点火这里。

目前还不能简单地说,两次异常属于完全相同的故障。第13次试飞刚刚结束,SpaceX尚未公布完整技术分析。究竟是发动机本身的问题、推进剂供应问题、点火时序问题、控制系统问题,还是多个因素共同作用,需要等待后续数据。
但连续两次在超级重型返航过程中遭遇多发动机点火异常,至少说明一件事。V3版超级重型的多发动机重复启动可靠性,还没有达到成熟状态。
那么,第13次试飞之后,星舰接下来会往哪里走?
飞了13次之后,星舰至今还没有完成真正意义上的稳定地球轨道飞行。后面一旦开始轨道飞行,测试难度会再次跃升。