不吹不黑，半空爆炸的“星舰”水平怎么样
2023-04-21 16:37:36
被称为人类史上最大运载火箭的 " 星舰 " 组合体，在 20 日的首次发射中以爆炸而告终。虽然 SpaceX 公司 CEO 马斯克 " 祝贺 " 称，"SpaceX 团队对星舰进行了激动人心的测试发射！为几个月后的下一次测试发射学到了很多东西。" 但毫无疑问，不管从哪个方面来说，这次发射都失败了。
【资料图】
" 星舰 " 最终失控爆炸
马斯克之前就自行 " 泼冷水 " 称，这次发射的成功率只有一半。按照他的说法，别管火箭最后怎么样，只要能抵达轨道高度即算 " 任务成功 "。但美国天体物理学家乔纳森 · 麦克道尔表示，这次 " 星舰 " 在爆炸前的最高飞行高度约为 39 公里，距离国际公认的太空边界卡门线（100 公里）还很远。
对于 " 星舰 " 的性能到底怎么样，外界一直争议不断。支持者把它说成是人类探索太空的希望，寄托了马斯克殖民火星的梦想；反对者则嘲讽称，这是马斯克向投资者画出的又一张 " 太空大饼 "，它的强大性能还停留 PPT 上。
那么就 " 星舰 " 的首次发射上看，到底谁说得对呢？
升空后不久，传感器就显示 " 星舰 " 有 4 台发动机没有正常工作
从现场直播画面上看，" 星舰 " 发射前 40 秒曾一度终止倒计时进行检查，但随后恢复了正常点火发射程序。火箭升空时的姿态开始时没什么毛病，但从直播画面可以看到，它的第一级 33 台 " 猛禽 " 发动机中，多台都未能正常工作。老司机数了一下，最初有 3 台发动机没有工作，后来逐渐增加到 6 台，但最后奇怪地又减少到 5 台。
目前最普遍的猜测认为，这些未能正常工作的发动机就是 " 星舰 " 首发失败的关键因素。
苏联 N-1 重型火箭有 30 台发动机
事实上，" 星舰 " 采用如此多台发动机并联提供动力的设计，引起的争议也最大。因为如此多的发动机相互紧靠着工作，在恶劣的环境下很容易发生故障，从而导致火箭的可靠性问题。之前苏联时代的 N-1 重型火箭，也曾采用 30 台 NK-15 发动机并联驱动的设计。按照当初的设计，一旦其中某台发动机失效，可以通过关闭对称发动机的方法进行处理，从而保证火箭正常运行。但受制于当时的电子设备性能和火箭技术成熟度，N-1 火箭的 4 次发射都没有能取得成功。
" 星舰 " 之所以采用 33 台并联发动机，是因为如今电子技术和控制系统已经与苏联时代截然不同了。马斯克宣称，" 星舰 " 基于 SpaceX 公司强大的系统数控系统，在 N1 那个年代，还没有这么先进的智能。据称，" 星舰 " 采用了大量传感器，可以随时监测发动机的情况，一旦发现异常就能立即动态调整。同时它采用了大冗余设计，即便有多台发动机失效，也能保证火箭有足够推力完成任务。另外，SpaceX 公司通过大量的火箭回收，对于控制火箭的空中姿态积累了丰富经验。
" 星舰 " 第一级安装了 33 台发动机
猎鹰重型火箭也采用了 27 台发动机并联的方式
就 " 星舰 " 首飞的实际表现来看，SpaceX 公司的这些技术并非空谈。从直播画面可以看到，没有正常工作的多台发动机基本集中在火箭的一侧，理论上非常容易导致火箭失去平衡。但 " 星舰 " 并没有像苏联 N-1 重型火箭设想的那样，通过关闭对称发动机来解决平衡问题，而是通过协同调整每台发动机的推力，仍在相当长时间内保持了火箭的正常飞行姿态。
不得不说，SpaceX 公司在这一领域的确非常厉害。
最多的时候能看到 6 台发动机 " 罢工 "，其中外圈 5 台都集中在同一侧
但累计多达 6 台发动机没有能正常工作，也证明 " 星舰 " 仍没有解决火箭并联发动机数量太多带来的可靠性问题。事实上，除了可靠性外，火箭发动机的并联数增加，还会带来振动、结构、散热等一系列麻烦。
那么为什么 " 星舰 " 要采用如此极端的设计呢？这又不得不提到它采用的 " 猛禽 " 液氧甲烷发动机。对于主打 " 完全可回收 " 和 " 低发射成本 " 的 SpaceX 公司来说，液氧甲烷发动机不但燃料成本低、相对容易获取，而且完全没有积碳结焦，维护很方便，是可回收火箭的理想动力。但问题在于，即便是第二代 " 猛禽 " 液氧甲烷发动机的最大推力也不过 230 吨左右，用于推动 " 星舰 " 这样的 " 人类最大运载火箭 " 实在力不从心。因此在压缩发射成本的前提下，想要依靠液氧甲烷发动机作为动力，就必须采用大量发动机并联的设计思路，但由此必然会产生一系列复杂的技术难题。
从这个角度看，与其说 " 星舰 " 性能如何先进，不如说它是在 " 极力控制成本 " 的总体思路下，根据现有技术选择出的最佳组合。" 星舰 " 后续想要通过改进设计来彻底解决由此带来的问题，恐怕得进行更多次的试验。老司机认为，" 星舰 " 的设计思路未必走不通，但未来大概率将面临更多的挫折——不过对于不断通过试错换取快速进步的 SpaceX 公司来说，这也算不上惊世骇俗。