2024年10月13日，美國太空探索技術公司（SpaceX）在得克薩斯州博卡奇卡基地成功實施了“超重助推/星艦組合體（IFT-5）”（以下簡稱“星艦”）的第五次試飛。這次試飛取得了重要突破，第一級火箭“超重”助推器首次實現“筷子”機械臂捕獲回收，第二級火箭“星艦”飛船實現了在海面的低速垂直濺落，標誌著SpaceX在“星艦”完全可重複使用目標的道路上邁出重要一步。

SpaceX以其快速迭代的研發模式，正在推動航天技術的革命性發展，對未來航天產業發揮著重塑和引領作用。未來兩年，“星艦”還將開展超過5次的試飛改進發射任務。儘管如此，“星艦”要實現2026年美國載人登月的預期目標，仍面臨諸多挑戰。

SpaceX在“星艦”的第五次試飛中成功回收了“超重”助推器B12。圖片來源：SpaceX

SpaceX目前的“獵鷹9號”火箭一級回收方式，需要在海上著陸後，由工作人員固定火箭，經過數天至十幾天的運輸才能返回港口。到達港口後，還需使用吊機起吊、轉運，收攏或拆卸著陸腿，才能進入廠房開始翻修。這一過程不僅延長了火箭的翻修週期，而且火箭上攜帶的著陸腿在發射階段也是不必要的負重，降低了效率。

馬斯克的最終目標是讓火箭像民航飛機一樣重複使用，著陸後僅需簡單檢查即可重新加注推進劑並再次發射，甚至一天內執行多次發射。為提升火箭回收和復用效率，SpaceX在“星艦”項目伊始就提出了一級火箭直接飛回發射台的設想。通過取消著陸腿，火箭變得更輕、更簡潔。用於回收的“筷子”既可作為發射前的總裝塔吊，又可用於捕獲火箭，實現一機多用，無須額外設計專用的回收裝置。

“筷子”回收也需要克服兩個方面的挑戰：一是著陸精度要求極高，火箭需要以極高精度飛回發射台，利用火箭貯箱側壁上兩個小型的倒L形掛點被“筷子”精準捕獲。這一過程被形容為“千里穿針”，難度極大。二是回收失敗風險，如果回收失敗，可能會損壞發射台或周邊的發射設施，造成嚴重的經濟損失並影響後續發射計畫。這一風險高於“獵鷹9號”回收失敗的影響。

為了降低風險，在“星艦”第五次發射試飛的一級返回過程中，系統持續監測發射台和火箭的狀態。只有當所有狀態正常，且發射人員手動下達指令時，一級火箭才會嘗試飛回發射台進行回收。如果火箭出現異常，如柵格舵卡澀、推進劑洩漏、火箭姿態失控等，火箭將選擇在海上著陸，避免對發射台造成損害。

這次“星艦”發射六分鐘後，一級“超重”助推器與二級飛船分離並返回，被一對18米高的機械臂“筷子”精準捕獲。之後，二級飛船繼續正常飛行，在發射1小時5分鐘左右，成功垂直濺落印度洋海域。SpaceX第一次測試機械臂捕獲“超重”助推器就取得成功，超出了SpaceX和很多觀眾的預期。

“快速迭代”研發模式順利推進

傳統航天器研發遵循穩健謹慎的原則，強調在地面進行充分測試，力求一次成功。然而，SpaceX採用了網際網路行業常用的“快速迭代”模式。自“星艦”項目啟動以來，SpaceX進行了多次原型機試飛。雖然部分試飛以爆炸或失敗告終，但每次試飛都為工程師提供了寶貴的資料和經驗。

第五次“星艦”試飛，火箭由B12號“超重”助推器和S30號“星艦”飛船組成兩級火箭。從編號可以看出，這之前已進行了幾十次地面測試和短距離飛行試驗。SpaceX的垂直整合模式，使其能夠迅速從失敗中汲取教訓，改進設計。公司內部的工程師團隊高度協作，決策流程簡化，加快了研發進度。此外，SpaceX擁有自己的生產和測試設施，能夠快速製造新的原型機。這種高效的資源整合和團隊協作，大大縮短了研發週期，實現了快速迭代的順利推進。

2023年“星艦”的第一次試飛實現了33個發動機並聯起飛，三個發動機意外關機，火箭在第一、二級分離前爆炸；第二次試飛一、二級成功分離，“超重”助推器和“星艦”飛船先後爆炸；今年3月的第三次試飛一、二級成功分離，“超重”助推器在嘗試著陸點火後解體，“星艦”飛船在再入大氣層時燒燬失聯；今年6月的第四次試飛成功測試“星艦”飛船再入能力，“超重”助推器和“星艦”飛船實現海面軟著陸。

此次第五次試飛成功，標誌著“星艦”在關鍵技術上取得了重要進展，為實現其設計目標——完全可重複使用的重型運載火箭系統，邁出了堅實的一步。

“星艦”的最終目標是實現火箭的完全可重複使用，包括一級“超重”助推器和二級“星艦”飛船。

這一技術挑戰大幅超過了“獵鷹9號”火箭。首先，“星艦”的運載能力達到了“獵鷹9號”的5—10倍，完全重複使用時可以將100—200噸的有效載荷送到近地軌道。“獵鷹9號”只有第一級火箭可以重複使用，第二級火箭則是一次性的。“星艦”的全部可重複使用，有望大幅降低發射成本。相比傳統一次性火箭，“星艦”的發射成本預計將降低一個數量級以上，使進入太空的成本從每公斤數千美元降至數百美元。

SpaceX計畫基於“星艦”平台，開發多個版本以適應不同的任務需求，這當中包括貨運版“星艦”，即用於大規模部署衛星、空間望遠鏡和空間站元件，支援星鏈（Starlink）等大型星座的快速部署，提高通訊網路的覆蓋和性能。加油版“星艦”，作為“太空油輪”，在地球軌道或深空為其他“星艦”加注推進劑，支援遠距離的月球和火星等深空任務。此外，還有載人版“星艦”，承擔載人登月、登陸火星等任務，具備運送大量人員和物資的能力。特別是載人登月版“星艦”，作為美國國家航空航天局（NASA）“阿爾忒彌斯”計畫的一部分，要實現將宇航員從月球軌道送至月球表面並返回到月球軌道的目標。特殊任務版“星艦”，用於全球快速貨物運輸、緊急救援、軍事部署等，實現全球範圍內的高速物資和人員調動，可在地球任意兩點間實現一小時內送達。

通過大幅降低發射成本，“星艦”有望使進入太空的門檻大大降低，建構起一條“太空高速公路”，引領並重塑未來航天產業，為太空經濟的發展提供新的機遇。更低的成本將吸引更多商業公司和機構參與太空探索和開發，促進衛星部署、太空旅遊、資源開採等新興產業的發展。

按照美國當前的計畫，預期在2026年9月執行“阿爾忒彌斯3號”載人登月任務，但想要實現這一目標，仍面臨諸多挑戰。不久前，航天專家、NASA“從月球到火星”項目的助理副署長拉基莎·霍金斯表示，“星艦”飛船不能直接飛往月球，必須在地球軌道上加滿油後才能前往深空。SpaceX需要至少發射十幾艘“星艦”飛船才能執行“阿爾忒彌斯3號”的月球著陸任務。

為實現上述載人登月目標，還有多項關鍵技術尚待突破和驗證。一是重量減輕與性能最佳化，為了滿足登月任務的需求，“星艦”需要在未來兩年內進一步減輕自身重量，提高有效載荷比。二是太空加油技術，載人登月任務需要在地球軌道上為“星艦”加注超過1000噸的推進劑，這需要多次與加油船對接，每次轉移約200噸燃料。太空加油技術尚未在實際任務中驗證，需要進行大量試驗，以確保可靠性和安全性。

最後是月球著陸與起飛技術：“星艦”需要在月球表面實現安全著陸和再次起飛。月球表面地形複雜，沒有像地面一樣建好的著陸場和發射場，“星艦”超過50米的高度和巨大質量對著陸穩定性提出了嚴峻挑戰。上面每項試驗都可能需要多次重複才能成功，時間壓力巨大。

SpaceX的“星艦”項目以其大膽的創新和快速迭代的研發模式，正在重新定義火箭和航天器研發的方式，其進步不可否認地對全球航天產業產生了深遠影響。未來，隨著關鍵技術的突破和試飛計畫的推進，有理由期待“星艦”為人類打開通往更廣闊宇宙的大門，推動航天事業進入新的時代。 (中國新聞週刊)

台北時間9月10日17時23分，SpaceX的一枚獵鷹9號火箭搭載著龍飛船從美國甘迺迪航天中心發射升空。龍飛船中，坐著四位宇航員，他們將執行這個名為“北極星黎明”的太空飛行任務。

這次發射原定於8月26日進行，後來因為天氣和技術原因，發射被多次推遲，最終定於今天。而今天的發射同樣因天氣原因出現推遲，SpaceX最先公佈的發射時間是15時58分，但由於天氣不佳，只能等待17時23分這個備用發射機會。

好在臨近發射時間，天公終於作美，在九台梅林發動機的推動下，獵鷹9號順利升空。發射約2分40秒後，獵鷹9號一二級火箭分離，隨後，該一級火箭在佛羅里達東海岸完成回收。

龍飛船則順利進入地球軌道。這是一個近地點約190公里、遠地點約1200公里的橢圓軌道，在該軌道飛行一段時間後，龍飛船將切換至遠地點約1400公里的軌道上。這個高度是國際空間站高度的三倍，也是自1972年最後一次阿波羅任務以來，人類飛行的最高高度。

龍飛船進入軌道後，作為此次任務指令長的美國億萬富翁Jared Isaacman在龍飛船中向SpaceX任務控制中心發來感謝，他說，“如果沒有你們這14000人以及其他所有人的鼓勵，我們就不會踏上這次旅途，我們對此表示感謝，現在我們要開始工作了”。

這不是Jared Isaacman首次進入太空，他曾資助並指揮了SpaceX於2021年9月進行的Inspiration4任務，這也是SpaceX的首次商業太空飛行任務。

與Jared Isaacman一起的另外三人，分別是美國空軍退役飛行員Scott Poteet以及SpaceX的兩位員工Sarah Gillis和Anna Menon。

“北極星黎明”任務的四位機組人員 圖自SpaceX

“北極星黎明”任務為期約5天。龍飛船在第一天達到1400公里的高度後，將在第二天把遠地點降至約700公里的高度，並在這裡停留直至返回地球。

而在這個高度，龍飛船的機組人員將在飛行第三天進行此次飛行最關鍵的任務——人類首次商業太空行走。

這次太空行走將由Jared Isaacman和Sarah Gillis完成，主要目的是測試SpaceX自主研發的艙外活動（EVA）服。

另外，由於龍飛船沒有氣閘，所以進行太空行走時，整個艙室內部都將暴露在太空真空中，這意味著所有機組成員都需要穿上太空服，只不過只有Jared Isaacman和Sarah Gillis將離開飛船。

按照規劃，Jared Isaacman和Sarah Gillis會輪流出艙，測試宇航服的功能和機動性。從龍飛船開始減壓到艙門關閉、艙室重新加壓，整個太空行走活動將持續約兩個小時。

在飛行的第四天，機組人員將進行龍飛船與SpaceX星鏈之間的雷射通訊實驗，這將為未來的太空飛行任務進行技術驗證。據悉，除了上述任務外，機組人員在飛行期間將進行約40次科學實驗。而第五天，龍飛船將準備返回地球。

因此，如果一切順利，四名機組人員將於台北時間9月15日左右返回地球。

據21世紀經濟報導記者梳理，這次飛行是SpaceX進行的第五次商業載人飛行。

算上這次，SpaceX已經完成14次載人飛行任務，其中有9次是為NASA執行的載人飛行任務，還有5次是商業飛行任務。

2021年9月，SpaceX完成了歷史上首個太空旅遊任務Inspiration4。該任務由Jared Isaacman發起並擔任指揮，另外還有三名團隊成員。他們進行了為期三天的繞地飛行，繞地軌道距地面約575公里。

2022年4月，SpaceX完成第二次商業太空飛行任務Axiom Mission1(Ax-1)。這次任務由美國私人航天公司Axiom Space組織，攜帶四名乘客飛往國際空間站展開了為期十六天（原計畫十天）的旅程，這也是首次私人的國際空間站載人航天任務。

2023年5月，SpaceX完成第三次商業太空飛行任務Ax-2。這次任務依然由Axiom Space公司組織，任務為期10天，將四名成員送入國際空間站開展了20多項科學技術實驗。

2024年1月，SpaceX完成第四次商業太空飛行任務Ax-3。該任務繼續由Axiom Space公司發起，將四名成員送入國際空間站駐留了十八天，開展了30多項科學技術實驗。

正在執行的“北極星黎明”任務，是SpaceX的第五次商業太空飛行。8月份，SpaceX還披露了第六次商業太空飛行的規劃。

據悉，SpaceX將於年底執行人類首次載人繞地球極地飛行任務。該任務被命名為“Fram2”，為期三到五天。

值得一提的是，以往的載人飛行大多集中在赤道附近的軌道，而Fram2將實現首次繞地球的極地軌道飛行。該軌道相對於赤道傾角有90度，將是載人航天史上飛越的最高傾角。

將更多人送往太空，是SpaceX的目標，也是SpaceX創始人馬斯克的星辰大海。幾天前，他還在社交平台上透露，SpaceX 的第一艘前往火星的星艦將在兩年後，即下一個地球-火星轉移窗口打開時發射。

馬斯克稱，這次飛行是不載人飛行，主要是測試著陸火星的可行性。如果著陸順利，那SpaceX的首次載人火星飛行將在四年後進行。

“從那時起，飛行頻率將呈指數級增長，目標是在約20年內建成一座自給自足的城市”。馬斯克說。

另外他還提到了成本，“現在將每噸有效載荷運到火星表面的成本約為10億美元，若要在火星上建造一座城市，成本需要降至每噸10萬美元，因此技術需要提高10000倍。這非常困難，但並非不可能”。    (21世紀經濟報導)

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