星舰第九次试飞失败,超重型助推器回收难题亟待攻克
近日SpaceX制造的星舰重型火箭,在德州进行第9次飞行测试。马斯克原本准备通过这次测试,验证四个目标,分别是重型助推器重复使用验证,载荷舱部署星链卫星,猛禽发动机太空再点火,以及热防护系统评估。试飞中,尽管星舰实现了超重助推分离,但是由于上面级载荷舱舱门卡住,主体结构发生泄漏,上面级很快失去姿态控制能力解体,冲入大气层化作一团火球,准备回收的下面级,也在降落过程中,在二次点火后发生爆炸。由此,星舰第九次试飞以完全失败结束。
马斯克并不气馁,载荷段舱门未能顺利打开,很可能是因为设计冗余问题,非常容易被纠正。燃料泄漏大概是因为设计纰漏,或者制造故障。尽管前两次试飞,星舰也因为燃料泄漏发生重大事故,但是马斯克弃政回天后,在他的主抓下,星舰接下来将进行密集试飞,平均30天进行一次试飞测试,直到找到燃料多次泄漏问题所在。在马斯克的“钞能力”下,星舰的前景仍然未来可期。不过,星舰面临的真正问题,主要还是超重型助推器的回收再使用。众所周知,猎鹰9号被认为是助推器回收领域的开山之作,但是其箭体着陆时,重量也只有15.6吨。那么,星舰的助推器有多重呢?整个结构高达200吨,甚至有最新数据显示是270吨,重量是猎鹰9号助推器18倍。
星舰第5次试飞,确实稳当的夹住了助推器,但是此次助推器,却因为未知原因在点火后突然爆炸。有分析认为事故原因是因为助推器在二次点火时,姿态不正确或者助推器本身强度不够,以至于助推器点火后产生的冲击力,迅速摧毁了整个助推段。但归根结底,还是因为星舰的助推段太重。15.6吨的助推段,相当于一架战斗机,而垂直起降的战斗机,美国自己就有最顶尖的F-35B。然而,200吨的垂直降落,相当于一架满载的战略运输机坠落,整个过程对于助推段的强度,抗过载能力,设计冗余,都有非常高的要求。也许第一次能够成功回收,但第二次就因为金属疲劳,堪比战略运输机的箭体,直接断为两截。
助推器的回收,本来就要先经过不可控坠落,然后再进行主动姿态调整。大多数火箭的坠毁原因,就是因为进入不可控阶段,箭体发生解体。而200吨的助推器,想要快速从不可控的坠落阶段,转入可控的姿态调整阶段,本身就难如登天,更别说重复使用。所以,就算马斯克在接下来的第10、11、12密集试飞中,成功找到燃料泄漏的问题。未来还有超重型火箭助推器重复回收使用这个坑,等着马斯克往里头跳。这甚至是一个绕不过去的坑。SpaceX之所以能赚钱,一个很重要的原因,就是发动机作为火箭成本最高的部分,马斯克实现了可重复使用。星舰单次起飞带着30台发动机上天。如果马斯克无法实现助推段的重复使用,仅凭不锈钢结构带来的成本优势,星舰根本不足以支持马斯克的移民火星设想。
这也是所有超重型火箭,都需要面临的问题。超重型火箭上天并不难,美国土星五号早在五十年前,就带着载人舱段登陆月球。但是作为举国体制的项目,土星五号不具备成本上的持续性,阿波罗计划总花费255亿美元,同时期足够建造60艘企业号核动力航母。即便今天通过技术考古,美国也能搞出一个地月转移能力27吨的SLS上天。未来的航天探索,不能靠土星五号这样不计成本的技术吉祥物,超重型火箭不仅要上天,还要以较低的成本上天,我国的长征9号项目,官方亦曾多次透露,助推器的回收和成本控制,是将来长征9号发展的一个重要方向。
目前来看低成本的超重型火箭成功上天,助推器顺利落地却困难重重。许多事不迈出第一步,就永远无法知道问题在哪里。我们不怕工程问题,也不怕技术问题,发动机推力小我们可以不断迭代,设计上的缺陷,可以通过工程修复,200吨的助推器降落,也可以通过模拟测试和实际首飞,最终找到技术上的解法。现有的传统超重型火箭,和芯片不同,其技术水平远未达到人类技术的上限。所以,尽管SLS成本高昂,星舰连射9次依然到处是问题。但时间会证明,人类探索星空的欲望,最终将战胜技术上的沟壑。
作者:纵览