SpaceX 星艦第 10 次試飛聚焦容錯(cuò)性：故意移除隔熱瓦、測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)冗余與在軌重啟

8 月 28 日消息，長期以來，SpaceX 一直將星艦（Starship）宣傳為一款可完全、快速重復(fù)使用的火箭。其設(shè)計(jì)初衷是向火星運(yùn)送數(shù)千磅貨物，助力人類實(shí)現(xiàn)“多行星生存”愿景。然而，規(guī)模化重復(fù)使用的核心在于航天器需具備容錯(cuò)能力 —— 即便出現(xiàn)故障，也不會(huì)直接導(dǎo)致任務(wù)徹底失敗。

當(dāng)?shù)貢r(shí)間周二晚間進(jìn)行的第十次試飛，充分體現(xiàn)了 SpaceX 對(duì)“容錯(cuò)性”的重視。該公司在試飛后的更新中表示，此次測(cè)試旨在“挑戰(zhàn)星艦性能的極限”。而摸清這些極限，對(duì) SpaceX 后續(xù)計(jì)劃至關(guān)重要：未來星艦不僅要承擔(dān)星鏈衛(wèi)星（Starlink）發(fā)射、商業(yè)載荷運(yùn)輸任務(wù)，最終還將負(fù)責(zé)載人航天任務(wù)。

周二晚間，當(dāng)這枚巨型星艦火箭升空時(shí)，SpaceX 的目標(biāo)遠(yuǎn)不止達(dá)成新里程碑。團(tuán)隊(duì)在此次試飛中主動(dòng)引入多項(xiàng)故障，重點(diǎn)測(cè)試三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：熱防護(hù)系統(tǒng)（隔熱罩，heat shield）性能、推進(jìn)系統(tǒng)冗余能力，以及猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)（Raptor）的在軌重啟技術(shù)。

熱防護(hù)系統(tǒng)正是 SpaceX 當(dāng)前面臨的最大工程難題之一。正如埃隆・馬斯克（Elon Musk）2024 年 5 月在 X 平臺(tái)（原推特）上所言，“可重復(fù)使用的軌道返回隔熱罩”是實(shí)現(xiàn)火箭 100% 重復(fù)使用的“最后一道關(guān)鍵難題”。

星艦上級(jí)艙（與火箭同名，也稱作“星艦”）的腹部覆蓋著數(shù)千塊六邊形陶瓷與金屬隔熱瓦，這些瓦片共同構(gòu)成了熱防護(hù)系統(tǒng)的核心。

第十次試飛的核心目標(biāo)之一，就是驗(yàn)證星艦在穿越大氣層、承受高溫灼燒時(shí)，能承受多大程度的損傷并仍能安全存活。測(cè)試中，工程師主動(dòng)移除了部分區(qū)域的隔熱瓦，并對(duì)一種新型主動(dòng)冷卻隔熱瓦進(jìn)行了試驗(yàn)，以收集真實(shí)數(shù)據(jù)并改進(jìn)設(shè)計(jì)。

2003 年“哥倫比亞號(hào)”航天飛機(jī)事故，早已為熱防護(hù)系統(tǒng)的脆弱性敲響警鐘。當(dāng)時(shí)，一塊絕緣泡沫在發(fā)射階段撞擊了哥倫比亞號(hào)左翼的隔熱瓦，這一關(guān)鍵故障最終導(dǎo)致航天飛機(jī)重返大氣層時(shí)解體，機(jī)上 7 名宇航員全部遇難。

22 年后的今天，SpaceX 正專注于極端場(chǎng)景下的性能驗(yàn)證。若此次試飛后的數(shù)據(jù)顯示，星艦艙體溫度始終控制在預(yù)期范圍內(nèi)，將為該公司實(shí)現(xiàn)“上級(jí)艙直立著陸、翻新后重復(fù)使用”的終極目標(biāo)奠定重要基礎(chǔ)。

推進(jìn)系統(tǒng)的冗余能力也在此次測(cè)試中得到驗(yàn)證。超重型助推器（Super Heavy）的著陸點(diǎn)火程序，實(shí)際上是對(duì)“發(fā)動(dòng)機(jī)失效”場(chǎng)景的模擬演練。在點(diǎn)火最后階段，工程師主動(dòng)關(guān)閉了三臺(tái)中央猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)中的一臺(tái)，并啟用了備用發(fā)動(dòng)機(jī)來替代。這是一次成功的發(fā)動(dòng)機(jī)失效事件演練。

此外，SpaceX 還宣布完成了猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的在軌重啟，發(fā)射直播中提到，這是該公司第二次實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)突破。對(duì)于深空探測(cè)任務(wù)、推進(jìn)劑在軌轉(zhuǎn)移任務(wù)，乃至部分載荷部署任務(wù)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠重啟能力都至關(guān)重要。

美國國家航空航天局（NASA）的“阿爾忒彌斯計(jì)劃”（Artemis），也高度依賴 SpaceX 的兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破：一是能承受重返大氣層高溫的熱防護(hù)系統(tǒng)，二是可在軌可靠重啟的星艦 —— 唯有實(shí)現(xiàn)這兩點(diǎn)，才能確保宇航員安全登陸月球表面。目前，NASA 已向 SpaceX 撥款超 40 億美元（IT之家注：現(xiàn)匯率約合 286.22 億元人民幣），用于研發(fā)可登月的星艦版本；按計(jì)劃，星艦的首次月球著陸任務(wù)將于 2027 年年中執(zhí)行。

NASA 會(huì)根據(jù)任務(wù)類型調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)容忍度：對(duì)于無人任務(wù)，會(huì)接受更高風(fēng)險(xiǎn)；而載人運(yùn)輸任務(wù)則要求極低風(fēng)險(xiǎn)。在讓宇航員搭乘新型火箭前，NASA 會(huì)設(shè)定量化安全標(biāo)準(zhǔn)，且這些標(biāo)準(zhǔn)必須通過測(cè)試與飛行數(shù)據(jù)驗(yàn)證才能達(dá)標(biāo)。盡管星艦體型更大，但安全標(biāo)準(zhǔn)并不會(huì)因此放寬 —— 不過，更大的體型也意味著潛在故障模式會(huì)更多。

綜合來看，此次試飛的多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，SpaceX 的測(cè)試正圍繞這些安全標(biāo)準(zhǔn)展開。下一步，該公司將對(duì)星艦進(jìn)行重大升級(jí)，推出“Block 3”版本：包括推力更強(qiáng)的猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)、襟翼系統(tǒng)升級(jí)，以及航電系統(tǒng)、制導(dǎo)導(dǎo)航與控制系統(tǒng)的優(yōu)化。

第十次試飛的下一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，是將飛行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為硬件升級(jí)方案 —— 唯有如此，才能逐步實(shí)現(xiàn)星艦的“常規(guī)化運(yùn)營”，最終邁向馬斯克設(shè)想的目標(biāo)：“24 小時(shí)內(nèi)完成 24 次星艦發(fā)射”。