11月21日，太空探索技術(shù)公司(SpaceX)CEO埃隆·馬斯克的“星際飛船”(Starship，以下簡稱星船)的第一枚完整尺寸試驗箭MK1，在美國得克薩斯州進行地面壓力測試時艙壁爆裂，頂端炸飛。

這是繼可重復使用的重型運載火箭系統(tǒng)“大獵鷹火箭”(Big Falcon Rocket，2018年11月20日該火箭更名為“超重星船”)的原型試驗箭——“星跳者”2019年8月試飛成功后的又一次試驗。

依照SpaceX原計劃，近幾個月內(nèi)，星船MK1要進行20千米高度的飛行測試。可這次的爆炸，在一定程度上影響了原有計劃。

馬斯克很早就表示，太空探索技術(shù)公司自成立以來的主要目標就是幫助人類成為多行星物種，殖民火星是他真正的目標。而他每一次的試驗，都是人類實現(xiàn)殖民火星夢想的一次嘗試。

爆炸會對其后續(xù)飛行試驗產(chǎn)生影響

對于此次爆炸的原因，SpaceX官方發(fā)言人宣稱是星船MK1在進行低溫極限壓力測試，而這種測試的目的是模擬最大壓力。“這種結(jié)果不完全在意料之外，沒有人受傷，也不是嚴重的挫折。”發(fā)言人說。

早在9月份，SpaceX曾表示，星船和助推器“超重”最早可能在2021年開始進行商業(yè)飛行。該運載系統(tǒng)將實現(xiàn)把人員和貨物送入地球、月球、火星的軌道，且可以重復使用。

而這次的爆炸，將有可能使其入軌試飛試驗比原計劃推后，也給其商業(yè)飛行時間帶來了一定的不確定性。

一些人認為，由于星船MK1的箭體是由301不銹鋼露天焊接而成的，與目前主流制造方式不同，在很多方面都無法保證其質(zhì)量。“用最直接的話說就是，用這么粗糙的做法做出來的東西，一定有質(zhì)量問題。這是一種比較普遍的觀點。”中國航天系統(tǒng)科學與工程研究院研究員陳杰說。

陳杰認為，從有利的方面來說，這次爆炸對優(yōu)化星船的高階版MK3和MK4試驗箭的制造工藝意義重大。MK1是第一艘全尺寸試驗箭，具有很大的創(chuàng)新性，本身就發(fā)揮著“探路者”的作用，整體壓力測試作為驗證其制造工藝的一種方式，有利于優(yōu)化后續(xù)工藝。

與星船MK1相比，MK3和MK4將正式具備進入地球軌道，并從大氣層外返回的能力。此后，SpaceX還將制造被稱為“超重”助推器的火箭一級，與星船結(jié)合為一枚完整的兩級運載火箭，經(jīng)過一系列漸進迭代后進行真正的入軌發(fā)射。

“這次爆炸對‘超重星船’后續(xù)的試驗和研制進度會有一定影響。外界再次對SpaceX創(chuàng)新性的制造方式產(chǎn)生了一些疑問，但我認為這種質(zhì)疑對其影響并不大。”陳杰說，“SpaceX本身的研制思路就是‘試驗、試驗、再試驗’。創(chuàng)新性的設計和制造方式出來以后，他們要進行多次試驗來驗證，這次應該也是遵循了這種思路。”

殖民火星有多難？

2016年9月27日，馬斯克在國際宇航大會上提出了火星殖民構(gòu)想。他表示，人類作為一個面臨生存危機的物種，要么走向滅絕，要么轉(zhuǎn)變成為一個多星球物種。

陳杰表示，火星殖民從構(gòu)想到現(xiàn)實道路漫長。殖民火星至少要解決到達火星、在火星生存兩大難題。

到目前為止，人類登陸的地外天體僅限于距離地球38萬千米的月球，且至今未能建立月球前哨站和月球基地。火星和地球圍繞太陽旋轉(zhuǎn)時距離不斷變化，二者最近的距離為5500萬千米，這是北京到上海距離的5萬倍。

“飛行至火星至少需要6～8個月，如果航天員在火星上工作一年，往返就需要2～3年時間。在這段時間內(nèi)，去往火星的飛行必須達到高可靠性、高安全性和自給自足等要求，同時要能維持航天員在火星表面的生活和工作。這需要非常強大的航天運輸系統(tǒng)為航天員提供生命保障、足夠的消耗物品和循環(huán)生態(tài)。”陳杰介紹。

對于人類的生存而言，火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、礫石遍布且沒有穩(wěn)定的液態(tài)水體。要建設生存基地，必須要解決循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)和資源利用等技術(shù)難題。陳杰認為，目前來看，火星殖民的構(gòu)想需要30年甚至50年后才能實現(xiàn)。

簡化設計，創(chuàng)新技術(shù)

在他看來，正是由于困難大、周期長，才更需要從現(xiàn)在開始逐步突破關(guān)鍵技術(shù)。

當2016年馬斯克公布大獵鷹火箭的設計理念時，由于其技術(shù)指標、發(fā)射規(guī)模都刷新了人類航天的技術(shù)極限，加上其設計方案屢次更改，來自美國航空航天局、同行公司、普通公民等的質(zhì)疑聲一直沒停過。波音公司CEO丹尼斯·穆蘭伯格曾在接受CNBC采訪時表示，波音公司有機會先于馬斯克把人類送上火星。

而近日“星船”試驗箭的爆炸，帶來了更多的質(zhì)疑聲。

“此前的質(zhì)疑聲也不少，但馬斯克的思路始終沒變。”陳杰表示，馬斯克采取了與看起來高大上的航天事業(yè)不同的方法和手段，他不是把技術(shù)搞得越來越復雜、越來越尖端，而是盡量簡化設計，堅持可靠適用的原則，這是非常實用有效的創(chuàng)新。

采用301不銹鋼材料焊接形成箭體便是其一。目前主流運載火箭主結(jié)構(gòu)采用碳纖維或鋁合金材料，價格昂貴。而每噸不銹鋼的成本只有碳纖維的2%，不銹鋼在超低溫條件下還有著彈性好、強度高的優(yōu)點。

而鋼的熔點約為1500攝氏度，高于美國退役航天飛機軌道器所用的鋁合金結(jié)構(gòu)。因此，星船可少布防熱瓦，在再入過程中前緣的防熱負擔將極大減輕。

同時，馬斯克只使用梅林發(fā)動機，根據(jù)火箭要達到的高度增加其數(shù)量。

“這就像堆積木一樣。一級箭體與二級箭體使用完全一樣的發(fā)動機，相當于他們只掏錢研制了一款發(fā)動機，卻形成了一級和二級發(fā)動機兩種動力系統(tǒng)，組成了一款兩級火箭。并且，由于發(fā)動機零組件的通用化，可以批量化生產(chǎn)，從而降低成本。”北京藍箭航天空間科技股份有限公司航天火箭研發(fā)部副總經(jīng)理戴政說。

傳統(tǒng)主流火箭從性能最優(yōu)的角度出發(fā)，一二級發(fā)動機大多采用不同型號的發(fā)動機，兩級火箭需要研制兩個型號的發(fā)動機，其零組件不通用，無法批量生產(chǎn)。

箭體重復使用，客戶只需交“燃料費”

在降低成本方面，箭體重復使用是馬斯克的關(guān)鍵步驟。

戴政解釋說：“以往的火箭發(fā)射通常是一次性的，客戶需要掏錢買下整枚火箭，并且加上燃料費用才能完成發(fā)射。而可重復使用火箭將會使航天發(fā)射變得越來越像航空業(yè)，客戶只需要掏燃料費用就可以完成飛行，因此普通人也能坐得起。如果飛機是一次性的，乘坐需要買下整架飛機的話，機票價格就會異常昂貴。”

目前，SpaceX的“獵鷹”-9和“獵鷹重型”火箭第一級和整流罩的重復使用已經(jīng)實現(xiàn)，其火箭第一級經(jīng)過適當整修后，甚至可以連續(xù)使用。

陳杰認為，在“超重星船”組合中，助推器“超重”的重復使用相對比較容易。而星船的設計從結(jié)構(gòu)、材料等方面，與此前發(fā)射過的飛船有著較大差異。同時，星船體積龐大，要執(zhí)行多人載人任務，進入軌道空間后再返回地面，返回地面的過程中不能出問題，才具備重復使用的條件。這對其結(jié)構(gòu)、防熱、控制等的要求更高。因此，星船的重復使用更加困難。

通過一系列的技術(shù)創(chuàng)新來降低成本，SpaceX的火箭發(fā)射報價遠低于各國的報價。舉例來說，“獵鷹”—9火箭發(fā)射地球同步轉(zhuǎn)移軌道(GTO)的價格是6200萬美元，每千克載荷的入軌價值是7500美元;“獵鷹重型”的報價是9000萬美元，每千克載荷進入GTO的價格是3400美元。

陳杰介紹，歐洲準備在2020年首飛的“阿里安”—6新一代運載火箭，GTO軌道的運載能力為10.5噸，報價1.018億美元，每千克有效載荷進入GTO的價格是9695美元。而美國的主力運載火箭“宇宙神”—5(401)，GTO的運載能力4.95噸，報價是1.09億美元，每千克有效載荷進入GTO的價格高達2萬美元以上。

“通過這些報價的對比，我們可以看出，SpaceX的火箭發(fā)射價格多么具有吸引力。低成本一直是其火箭賴以生存、發(fā)展、壯大的重要手段和途徑。”他說。

太空旅游說走就走

馬斯克曾表示，太空探索公司希望創(chuàng)造一種能夠使火星旅行的價格降低至20萬美元的交通工具。

日本億萬富翁前澤友作還曾買下第一張“船票”，計劃在2023年邀請全球6至8位藝術(shù)家，一同乘坐“星船”進行繞月飛行。

在陳杰看來，太空旅游本身就是商業(yè)航天的一個重要組成部分，對于具有探索精神、冒險精神、強求知欲的人來說是很有吸引力的。

“當然，太空旅游本身對于乘客的身體條件、心理素質(zhì)有諸多限制，特別是經(jīng)濟實力要求很高，這決定了它的受眾面剛開始不會很大，但隨著航天技術(shù)的進一步發(fā)展成熟、成本不斷降低，我相信太空旅游商業(yè)化的前景會比較廣闊。”他說。(劉如楠)

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