一文讀懂星艦“十飛”：沒有筷子夾火箭，飛船完成“關鍵一躍”

星艦“十飛”發射畫面

文丨蘇揚

馬斯克還在追逐火星移民的夢想。

北京時間8月27日，星艦第十次綜合飛行測試（簡稱“十飛”）成功進行，飛行測試原定8月25日進行，由于地面系統故障、天氣原因等后延了兩天。

本次飛行由第二代星艦S37+B16助推器組成的組合體執行。除了測試飛船和助推器的性能、可靠性測試外，星艦“十飛”的重要看點之一，即執行此前因發射失利未能完成的“星鏈衛星模擬器”部署任務。

需要注意，本次飛行不涉及助推器和飛船的回收。

從實際的結果來看，助推器成功完成了在著陸燃燒階段的測試任務，并濺落美國灣（墨西哥灣）。二級飛船的衛星模擬器部署、猛禽發動機太空點火、再入大氣層及濺落印度洋等任務均順利完成。

“十飛”是星艦年內第四次飛行測試，前三次均以失敗告終，且任務都比較接近，這是“快速迭代驗證”的典型特征，但過去幾次持續卡在特定任務上，也反映出這種思路——靠真實發射驗證來定位問題的模式——存在局限性。此外，同類型任務的反復測試驗證，也在不斷地推高發射成本。

現在，星艦的迭代節奏，遠遠追不上馬斯克希望帶領人類走向星辰大海的時間預期。

而載人的前提，是保證高度穩定、可靠的重復飛行能力，而在這之前，更前置的條件是至少保證具備有效載荷部署、飛船回收的能力。

01

星艦“十飛”看點

助推器不回收，飛船部署“衛星”

星艦“十飛”從發射到S37飛船濺落印度洋，預計用時1小時06分鐘。

飛行測試過程中，S37飛船會執行有效載荷部署任務——釋放“星鏈衛星模擬器”（模擬衛星與下一代星鏈衛星尺寸相當），模擬衛星將在亞軌道飛行，再入大氣層時燒毀。飛船本身則需要收集隔熱、捕獲等相關部件改進后的可靠性數據，為后續飛行順利返回發射場做準備。完成數據收集后濺落印度洋。

星艦部署衛星動畫演示

B16助推器主要是進行飛行極限測試，包括在美國灣（墨西哥灣）近海著陸點上收集未來飛行剖面及非標準工況下的真實性能數據。

1)

S37飛船關鍵任務

在軌試驗

• 部署8顆模擬星鏈衛星（“七飛”就有的任務，因各種問題未能成功實施）

• 計劃“猛禽”發動機二次點火（“七飛”就有的任務，測試發動機在極端環境，如極低溫、無氧下的可靠性，否則點不著火，未來登陸火星、月球就回不來了）

再入、返回實驗

• 移除大量隔熱瓦，測試易受損區域的耐受度、同時測試多款金屬防熱瓦性能（陶瓷隔熱瓦易碎、檢修成本高，未來可能也會減少甚至被完全替代）

• 驗證安裝在飛船上的功能性“捕捉連接件”的熱性能與結構極限

• 驗證隔熱瓦邊緣設計優化方案可靠性

• 再入軌跡在動壓最大時，測試后緣襟翼的結構極限

• 濺落印度洋

2)

B16超重型助推器關鍵任務

不返回發射場“捕捉”（這次也沒有安排“筷子夾火箭”，起飛-一二級分離-助推器回收比較成熟了）

級間分離后先受控翻轉再啟動返回助推燃燒（沿用“九飛”技術，保證分配更多推進劑至起飛階段，以提升運力）

著陸燃燒過程中主動關閉1臺中心發動機，測試中間環備用發動機補位能力，末期僅用2臺中心發動機實現海面懸停，之后關機墜海（驗證發動機系統的冗余設計有效性，以及非標準化工作模式下的可靠性，否則突然1臺發動機關機就掉下來了，而這也是可重復回收的關鍵）

02

"S37+B16"星艦組合體

老助推器+新飛船

星艦組合體發射最直觀的畫面即“筷子夾火箭”——超重型助推器在返回過程中被發射塔上的兩個機械臂捕獲。

到目前為止，SpaceX已經完成了三次“筷子夾火箭”試驗，最近一次是星艦“八飛”，B15助推器成功被捕獲，但這臺助推器未在“十飛”任務中復用。

此次星艦“十飛”，SpaceX采用的是一臺全新的B16助推器(33臺發動機均為全新)，該助推器于去年10月下旬開始組裝，基于以往飛行測試數據做了優化。

B16于今年2月進行低溫測試，并于6月份在得州星艦基地完成全時段靜態點火測試（固定在發射臺上點火，全功率運行8-12秒），模擬真實發射的起飛階段狀態。

根據官方資料，B16助推器搭載了33臺第二代猛禽發動機，單臺起飛推力可達到230噸，33臺引擎總推力超過7500噸。

B16超重型助推器實拍

相比超重型助推器“筷子夾火箭”的成功和光鮮，飛船的發射任務進行的就沒有那么順利——“七飛”提出的星鏈衛星部署、猛禽發動機太空二次點火都因為飛船失控、解體等未能成功實施。

“十飛”原計劃采用S36+B16組合體，但S36飛船在6月18日裝填燃料出現故障損毀。

S36飛船測試失敗后，SpaceX將星艦“十飛”的組合體調整為S37+B16，其中S37飛船于8月23日完成了“模擬星鏈衛星”的裝載，并與B16助推器完成堆疊。

你看，就是這種問題頻繁出現，拖了星艦的迭代節奏，以至于馬斯克曾經表態過“未來三次發射，每三至四周一次”暫時還不能兌現。

關于飛船頻繁爆炸，也有業內人士認為SpaceX沒解決二級，也就是飛船部分“分離-入軌”的問題——兩級火箭分離后就進入高超音速飛行階段，這時候還在大氣層里，火箭會有很大的氣動壓力，進而帶來振動，可能會導致燃料管破裂、螺絲斷裂等等。

一般情況下要在地面振動臺上模擬這一段過程找出風險點，制定解決方案。但是星艦二級太大了，沒有振動臺可以承載，所以只能一發一發的碰運氣，現在碰到第10發了，事實證明沒有運氣可以碰，所以看他要不要調頭回去造振動臺。

S37+B16星艦組合體

最后再說說星艦的規模，整個星艦組合體高123米，直徑9米，就像一個不銹鋼“巨獸”，其有效載荷能力100-150噸，其中助推器高71米，推進劑容量3400噸。按照官方預估的目標，星艦飛船可搭載100人進行長時間星際飛行，也包括衛星發射、月球基地建設以及地球上的點對點飛行運輸。

03

光鮮靚麗的助推器

一路坎坷的飛船

“九飛”采用了B14.2S35組合，但未能完成火箭濺落的任務，飛船也爆炸解體。

SpaceX的官方調查報告顯示，助推器的飛行故障主要集中在著陸燃燒后的下降階段，該階段采用了比以往飛行任務大得多的攻角，最大攻角約17度，這一飛行實驗旨在收集數據以探究助推器性能的極限。

攻角示意圖，翼弦線（ChordLine）與相對氣流（RelativeWind）之間的夾角

翻譯過來就是，通過氣動減速減少發動機燃料消耗，同時收集數據優化未來設計。

不過，助推器抵達計劃濺落區域時，為執行著陸燃燒，按計劃需重啟13臺發動機，實際成功重啟12臺，隨后觀測到助推器尾部附近發生劇烈能量釋放事件。

SpaceX在推測原因可能是大攻角飛行使得助推器承受的壓力超預期，導致燃料結構失效，甲烷與液氧混合進而引發S14.2助推器著火爆炸。

對于這一問題，SpaceX的解法也比較直接，既然大攻角不行，就降低一點，從而最大限度降低結構失效的可能性。

前面我們也提到，助推器因為有多次“筷子夾火箭”而顯得比較光輝和順利，但飛船部分問題就比較多，“八飛”時SpaceX提交給FFC的文件，當時就說如果任務順利，“九飛”就測試回收飛船，但是大家也可以看到。“十飛”才開始測試功能性“捕捉連接件”的熱/結構性能。

關于“九飛”S35飛船，未能部署模擬星艦衛星，官方解釋是在二級發動機關機后，鼻錐部位的高壓+計劃中的鼻錐排氣操作，共同導致了嚴重的姿態偏差，使得飛船自動跳過了有效載荷部署任務。

SpaceX還強調，鼻錐高壓導致載荷艙艙門故障，即便飛船未跳過部署任務，也無法完成。

另外，飛船后續修正了姿態偏差，鼻錐排氣功能重啟，但液態甲烷進入鼻錐內部，導致傳感器、控制器溫度下降，隨后觸發自動鈍化指令（passivationcommands），跳過在軌燃燒步驟，并將所有剩余推進劑排入太空，以非標準姿態（off-nominalattitude）再入地球大氣層，隨后解體。

比起前面B14.2助推器略微不確定性的結論，SpaceX強調S35飛船的故障最可能根本原因被追溯至主燃料箱增壓系統擴散器的失效，工程師通過模擬飛行工況成功復現了該失效過程，并且對燃料擴散器進行重新設計，以更有效地將增壓氣體導入主燃料箱，并大幅降低擴散器結構所承受的應力。

對于S36飛船在測試臺上的故障，SpaceX則解釋稱，此次事故最可能的根本原因被確定為：星艦有效載荷艙段的一個復合材料纏繞壓力容器存在無法檢測或未被充分篩查出的損傷，該壓力容器失效后引發飛船結構失效，進而導致推進劑混合并點火燃燒。

關于壓力容器失效的解決方案，則包括在未來飛行任務中的壓力容器將降低工作壓力，同時在向飛船加注活性推進劑前，增加額外的檢查和驗證測試等。

04

高頻發射還未兌現

火星移民計劃需要加速

星艦飛船部分的進化演示圖

最近幾次發射，SpaceX和馬斯克都在強調，未來星艦的發射頻率會越來越高，短期目標是“未來三次發射，每三至四周一次”

馬斯克曾表示，2025年將發射25次星艦。未來的標志性的看點還有：星艦飛船的返場捕獲試驗以及真正開始部署星鏈衛星等。

SpaceX也頻繁地在新聞稿中提及“失敗-重新驗證”這種反復的循環，強調星艦能力的提升并非一朝一夕就能實現，但飛行測試持續為下一代星艦與“超重型”助推器的設計提供寶貴經驗。

另外，SpaceX也透露隨著星艦基地“星艦工廠”（Starfactory）的產能不斷提升，以及得克薩斯州和佛羅里達州新發射與測試基礎設施的持續建設，以支持這種高頻發射。

只不過現在“失敗-重新驗證”這樣的循環，有點多，拖慢了馬斯克火星移民的節奏。

附：2019年以來星艦發射的重要節點：

2019年7月26日

SpaceX對最早的星艦原型機“星蟲”（starhopper）進行了高度20米的自由懸浮測試。

2019年8月27日

SpaceX再次對“星蟲”進行測試，成功飛行到150米的高度并安全著陸。

2020年8月5日

星艦原型SN5完成了高度150米的自由懸浮測試。由于沒安裝頭椎，SN5外觀看起來就像是一個30多米高的圓柱形不銹鋼大水塔。

2020年8月25日

艦原型SN6同樣完成了高度150米的自由懸浮測試。

2020年12月10日

星艦原型SN8進行了12.5公里高度的測試飛行，在最后落地的時候發生墜毀爆炸。

2021年2月3日

星艦原型SN9再次進行了10公里高度的測試飛行，仍然是在最后落地的時候發生墜毀爆炸。

2021年3月4日

星艦原型SN10第三次進行了10公里高度的測試飛行，穩穩落地，但在落地數分鐘后，還是發生了爆炸。

2021年5月6日

星艦原型SN15在得克薩斯州博卡奇卡（BocaChica）成功進行了高空飛行測試，這是SpaceX星艦原型第五次挑戰10公里級高度，也是首次沒有發生爆炸事故的完美著陸。

下面進行的歷次測試飛行進入了全新的階段，就是所謂的“綜合測試飛行”（IFT），也就是星艦和超重助推火箭的合體飛行：

2023年4月20日

星艦曾首次嘗試軌道級發射飛行試驗，但剛起飛就發現三臺發動機沒點燃，在飛行過程中又有三臺發動機陸續出現故障，導致箭體發生異常旋轉而失控，最終不得不主動引爆銷毀。

2023年11月18日

星艦在進行第二次飛行試驗時，超重助推火箭由于液氧管道發生堵塞，在返航時發生了爆炸，星艦已飛到了太空的高度，但由于在排放多余的液氧時發生了起火墜毀，沒能完成既定任務。

2024年3月14日

星艦進行第三次軌道級飛行試驗，星艦和超重助推火箭成功分離，助推火箭濺落在大海。幾分鐘后，星艦成功進入太空，并在軌道上完成了“在軌燃料輸送試驗”以及“載荷艙門開合試驗”，但遺憾的是，星艦離軌點火沒成功，燒毀在大氣中。

2024年6月6日

星艦進行了第四次軌道飛行試驗，助推火箭按計劃成功降落在海面。星艦飛行約一個小時，在進入大氣層的時候隔熱瓦發生掉落，翼面被燒穿，但最終還是堅持到降落海面，幾乎完成了所有的既定任務和目標。

2024年10月13日

星艦進行第五次測試飛行。在星艦發射約6分50秒后，發射塔架上的捕獲裝置首次成功抓住了從天而降的幾百噸重的助推火箭，這是人類首次用這種方式回收火箭，網友形象地稱之為“筷子夾火箭”。

2025年1月17日

星艦進行第七次綜合測試飛行，成功完成了“筷子夾火箭”試驗，但星艦飛船由于氧氣泄漏和推進劑系統故障發生解體，沒能完成既定任務。

2025年3月7日

星艦第八次綜合飛行測試，本次發射一級助推火箭順利返回發射塔架，復現了“筷子夾火箭”的操作，但星艦飛船部分還是出了問題，發生了解體爆炸，沒能完成入軌。

2025年5月28日

星艦第九次綜合飛行測試，本次發射使用的B14.2助推器實現成功復用，但在著陸過程中發生爆炸。S35飛船由于艙門異常，也未能完成8顆“星鏈衛星模擬器”的部署任務，并在再入大氣層過程中爆炸。

>End

本文轉載自“騰訊科技”，原標題《一文讀懂星艦“十飛”：沒有筷子夾火箭，飛船完成“關鍵一躍”》。

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