台北時間昨晚23時57分,星艦飛船最後一次點燃發動機減速,緩緩落在夏威夷以北的太平洋上。它是昨晚20點49分從美國德克薩斯州的星艦基地起飛的,前後只飛了3個小時左右,比原計畫少了將近7個小時。星艦在北太平洋完成水上軟著陸丨SpaceX
這是星艦的第十四次試飛,也是它第一次真正進入軌道。途中,它放出了26顆V3版星鏈衛星。這也是星艦第一次把有效載荷送進軌道。
這一趟飛得並不完美。一級和二級在上升途中都有發動機熄火;飛船原計畫在太空繞地球飛行6圈,最後只繞了不到兩圈就提前返回了。
前13次試飛,SpaceX給星艦制定的飛行計畫,都只讓它加速到差一點就能入軌的程度,其中好幾次,它還沒飛到這一步就炸了。
SpaceX不讓星艦入軌,是因為一艘52米長、上百噸重的不鏽鋼飛船,如果進了軌道卻回不來,就只能拖著一身隔熱瓦,在稀薄的大氣裡越飛越低,最後落在那裡,誰也說不準。
所以昨晚這次試飛,真正的考題在最後,也就是台北時間23點左右的離軌點火。發動機點著了,飛船開始減速,墜回大氣層,星艦這才算過了關。
從這款火箭第一次公開算起,已經過去了整整10年。
2016年9月27日,美國太空探索技術公司(SpaceX)創始人伊隆·馬斯克,在墨西哥瓜達拉哈拉的國際宇航大會(IAC)上做了壓軸演講。他公佈了殖民火星的計畫,以及執行這個計畫的火箭。這款火箭當時叫“行星際運輸系統”,後來改名星艦,起飛推力達到萬噸級。按當時的設計,它在回收復用的狀態下,能把300噸貨物送進近地軌道。
而在當時,SpaceX最強的火箭是獵鷹9號,一次性發射最多隻能送22噸貨物上天。
業內和媒體大多把這個計畫當成天方夜譚。此後10年,星艦被叫作“PPT火箭”,被指是融資騙局,還被比作“N1再世”。N1是蘇聯上世紀60年代研製的登月火箭,第一級裝了30台發動機,4次試射全部失敗。星艦早期研發時也確實炸得天昏地暗,原型機接連在試車和著陸時爆炸。
現在,它已經把衛星送進了軌道。按最嚴格的標準衡量,星艦都已經是一枚真正的運載火箭了。
13次試飛不入軌
把一塊石頭水平扔出去,扔得越快,落得越遠。如果快到一定程度,石頭往下掉的同時,地面也順著地球的弧度彎了下去,它就永遠落不了地,只能一圈圈繞著地球轉。
這就是入軌。在幾百千米高的地方,需要的速度大約是每秒7.8千米。
星艦前13次的軌跡,最低點(近地點)都落在稠密的大氣層裡,繞不完一圈就會一頭紮回來。這叫亞軌道飛行。就算發動機在太空裡點不著,飛船也會在起飛後1個小時左右,自己落進印度洋。這等於給飛船上了一道保險。
入軌之後,這道保險就沒了。飛船要回來,必須在太空裡重新點燃發動機,把速度降下來。
一旦離軌點火失敗,飛船就會困在軌道上。幾百千米高的地方還殘留著極其稀薄的空氣,會一點點拖慢飛船,讓它越飛越低,最後在無法預測的時間和地點墜入大氣層。
星艦飛船本來就是按扛住再入高溫設計的,不會像大多數退役衛星那樣在空中燒光,大塊殘骸落到地面的可能性不小。
航天史上出過這樣的事。天空實驗室(Skylab)是美國的第一個空間站,重約77噸,1973年發射。按原計畫,等航天飛機造好後,要麼把它推到更高的軌道,要麼引導它受控墜毀。可航天飛機一再推遲,太陽活動又比預想的劇烈,把高層大氣加熱、撐大,天空實驗室受到的阻力越來越大,軌道降得越來越快。
1979年7月11日,天空實驗室墜入大氣層。大部分結構在空中燒燬,但仍有不少殘骸落在澳大利亞西部,所幸沒有傷到人。當地的埃斯佩蘭斯鎮還給美國國家航空航天局(NASA)開了一張400澳元的亂扔垃圾罰單。這筆罰款直到2009年,才由一位美國電台主持人向聽眾籌錢付清。
天空實驗室是史上質量最大的失控再入航天器。此後,讓大型航天器在壽命末期受控墜毀,逐漸成了航天界的通行做法。而星艦飛船的個頭比天空實驗室更大,重量也不輸它。
門檻前的這13次,星艦也走得磕磕絆絆。
2023年4月首飛,兩級火箭沒能分離,最後在空中自毀。第二飛,飛船在發動機即將關機時出了故障,同樣自毀。第三飛,飛船在返回大氣層時失聯。直到2024年6月的第四飛,一級和二級才第一次都完整落進海裡。
2025年,全面升級的第2代飛船(V2)登場,卻接連失敗3次。第七、八飛,飛船都在上升途中炸燬;第九飛進入了預定軌跡,隨後失控翻滾,在返回大氣層時解體。這一年星艦發射了5次,只成功了兩次。
2026年,第3代星艦(V3)登場。它的首飛,也就是第十二飛,飛船在上升途中有一台發動機提前關機,其餘發動機延長了工作時間,才勉強把飛船送上預定軌跡。原定的太空點火測試因此取消,飛船最後還是平穩落進了印度洋。
第十三飛是星艦飛船此前最順利的一次。它在太空中完成了發動機點火測試,第一次放出了20顆真正的星鏈衛星,最後完整落進印度洋,穩穩漂在海面上。只是那20顆衛星也跟著亞軌道軌跡,很快就落了回來,燒燬在了大氣層裡。
昨晚的第十四次試飛,SpaceX終於決定跨過入軌這道門檻。
V3版超重助推器首次完整落水
昨晚20點49分,編號B21的星艦一級,托著編號S41的星艦二級,從德克薩斯州南部星艦基地的2號發射台起飛。星艦的一級叫超重助推器(Super Heavy),二級就是星艦飛船。
整枚星艦直徑9米,高124.4米,是一枚不捆綁助推器的兩級火箭,兩級都用液氧和液態甲烷作推進劑。如果兩級都回收復用,它能把不少於100噸的貨物送進近地軌道。
一級高72.3米,相當於24層樓,裝著3650噸推進劑,屁股上是33台第3代猛禽發動機,起飛推力8240噸,是迄今推力最大的火箭。
二級高52.1米,相當於17層樓,裝著1600噸推進劑,也用第3代猛禽發動機,共6台。中間3台是海平面版;外圍3台是真空版,噴管更大,適合在幾乎沒有空氣的太空裡工作。
起飛兩分多鐘後,兩級分離。
星艦一級的回收,要過兩道點火。第一道叫返場點火,讓一級調頭飛向回收區域。第二道叫著陸點火,在落地前把速度降下來。
老一代星艦一級曾經3次飛回發射塔,被塔上兩條巨大的機械臂在半空中夾住,這對機械臂被暱稱為“筷子”。可換成V3版星艦一級之後,連這兩道點火都沒過好。
第十二飛的一級,起飛時就有一台發動機熄火,返場點火時發動機也沒能全部點燃,最後炸燬。第十三飛的B20,首次讓全部33台發動機都參加了返場點火,可點火後段,3台中心發動機出現結冰跡象,提前關機,返場點火也跟著提前結束。到了著陸點火,原計畫點燃的13台只點著了8台,B20高速砸進了墨西哥灣。
針對這些問題,B21在液氧貯箱通往中心發動機的管路上,換裝了重新設計的過濾器,還修改了軟體,讓發動機重新點火更可靠。可B21也沒能完全甩掉老毛病。上升途中,它有1台發動機熄火;返場點火時,又有2台沒點著。
好在它還是完成了著陸點火,緩慢落到了墨西哥灣的海面上,這在3枚V3一級裡還是頭一回。只是落水後不久,B21就發生了爆炸。
熄了一台發動機,照樣入軌
飛船這邊,上升途中也有1台真空版發動機提前關機。和第十二飛一樣,接下來十幾分鐘其餘發動機延長了工作時間,把飛船送上了預定軌跡。這時它的軌跡和前13次一樣,還是亞軌道。
發動機多,好處就在這裡,少了一台,其餘的可以頂上。當年被拿來和N1火箭相提並論的星艦,這次兩級各熄了1台發動機,照樣把飛船送進了軌道。可頂得上,不等於沒問題。發動機熄火一次,就要多燒推進劑來補,留給後面任務的余量也就少了一截。
算上這一次,V3版星艦一共飛了3次,一級每次都有發動機熄火或點不著,飛船也有2次在上升途中熄火。
接下來十幾分鐘,飛船關著發動機往前滑行,地面在等一個決定。熄了1台發動機,SpaceX飛控團隊更要確認,上升階段一切正常,尤其是和離軌有關的各項裝置都沒問題。只要有一項不達標,飛船就不再點火,留在亞軌道上,照舊落回印度洋。
起飛後25分17秒,飛船點燃1台猛禽發動機,把近地點從稠密的大氣層裡抬到了大氣層之外。發動機關機後,星艦進入了約275千米高的近地軌道。
起飛後約34分鐘,飛船側面的一道長條艙門打開,26顆扁平的V3星鏈衛星一顆接一顆滑了出去。這套釋放裝置被暱稱為“發牌器”,把衛星像撲克牌一樣一張張推出去。
這一次,衛星真的留在了軌道上。它們會展開太陽能電池板和天線,和地面站建立聯絡,完成各項測試,再用自帶的電推進發動機把軌道一步步抬到300多千米的工作高度。電推進發動機用電把氣體加速噴出,推力很小,但特別省燃料。
其中3顆衛星經過改裝,離開時回頭給S41拍照,檢查它身上的隔熱瓦。第十三飛已經驗證過衛星能給飛船拍照,這一次換到了真正的軌道上,衛星要經受更長的飛行時間、更多次晝夜交替和更複雜的溫度變化。
釋放的星鏈衛星拍到了星艦S41在軌飛行及釋放衛星的畫面丨Starlink
原定飛6圈,兩圈就回家
放完衛星,星艦飛船開始在軌道上滑行。按原計畫,它要繞地球6圈,再滑行7個半小時。
飛船上升途中那台發動機熄火後,SpaceX就表示要評估這個問題,看任務還能不能繼續。到了台北時間22點29分,SpaceX在評估飛船狀態後,決定讓它提前回來。
馬斯克說:“我們這次格外謹慎。”他解釋道,飛船要是在陸地上空解體、殘骸砸到人,SpaceX的口碑會一落千丈。
即便如此,這次飛行從起飛到落水也用了約3個小時,上一次試飛只用了1小時05分21秒。
原計畫多飛的這幾個小時,要考的是前13次都沒機會考的東西。
溫度先來折騰。繞地球一圈約1個半小時,飛船每一圈都要經歷一次日曬和一次背陰,艙壁和裝置跟著一冷一熱地來回折騰。
推進劑也在悄悄流失。液氧要冷到零下183攝氏度,液態甲烷要冷到零下162攝氏度,飛船在太空裡多待一分鐘,貯箱裡的推進劑就多蒸發一點。飛船得管好這些推進劑,留足離軌點火要用的那一份。
還有飛船的姿態控制和供電,都要連續可靠地工作好幾個小時。
將來星艦飛往月球和火星,要在太空裡待上幾天甚至幾個月。這次提前返回,這些考題只答了一小部分。
台北時間23點左右,也就是起飛後2小時12分,飛船點燃1台猛禽發動機,開始離軌。
兩塊二手隔熱瓦
離軌點火後,飛船還飛了約20分鐘,才開始進入大氣層。接下來要過關的,是它身上的隔熱瓦。
星艦飛船全身貼著約兩萬塊黑色的六邊形隔熱瓦。再入大氣層時,飛船的速度高達25倍音速,前方的空氣被猛烈壓縮,溫度升到上千攝氏度。飛船的溫度主要來自對空氣的壓縮,而不是摩擦。
星艦的設計目標是像民航客機一樣頻繁飛行。隔熱瓦能不能做到短期免維護,長期可拆、可換、可復用,直接決定飛船多久能再飛一次。
S41的隔熱瓦,改進的依據來自上一艘飛船S40。以往的星艦飛船落水後翻倒,往往隨即爆炸。第十三飛的S40落水後卻沒有爆炸,SpaceX臨時決定把它撈回來,前後花了24天。
這是星艦第一次回收一艘完整的飛船,工程師也第一次拿到了真正經歷過再入的隔熱瓦。
根據S40的情況,S41在4個地方做了改動。
上升階段的氣流衝擊和振動,最容易把瓦震掉。上升時掉了瓦,再入時就沒瓦可用。S41在最容易脫落的區域加裝了額外的固定裝置。
工程師還在S40身上找到了一些縫隙。再入時,飛船前方的空氣被加熱到發光,變成電漿體,這些縫隙能讓高溫電漿體鑽到瓦片背面。這類問題肉眼看不見,只有拿到實物才能定位。S41把這些縫隙堵上了。
在一些區域,S41改用了弧形瓦。測試資料顯示,弧形設計能降低瓦縫處的溫度。代價是多了一些形狀特殊的瓦片,不同位置的瓦就沒那麼容易互換了。
S41身上還有兩塊特別的瓦,是從S40身上拆下來、翻新後重新貼上去的。這是星艦第一次把一艘飛船的隔熱瓦用到另一艘飛船上。
兩塊瓦不多,卻是星艦通往快速復用的路上,一塊很小的磚。
起飛後約2個半小時,S41再入大氣層。它腹部朝前,身上裹著一層發光的電漿體,從太平洋上空一路減速。臨近海面時,飛船從橫躺翻成豎直,點燃發動機減速,然後穩穩落在了夏威夷以北的太平洋上。
為了這次飛行,SpaceX向美國聯邦航空管理局(FAA)提交了全新的落區評估。此前的星艦飛船都落在印度洋,這一次改到了太平洋。
這是星艦第一次入軌,第一次把載荷留在軌道上,第一次從軌道上離軌返回,第一次用上翻新的舊隔熱瓦,也是第一次落進太平洋。
一次試飛,頂獵鷹9號10發
星鏈、載人登月、星盾、星智,還有火星探測,SpaceX的這一串計畫都押在星艦身上。星盾是SpaceX面向美國政府和軍方的衛星業務,星智是把算力中心搬上太空的衛星項目。其中最急著用星艦的,是星鏈。
星鏈是SpaceX的衛星網際網路。截至2026年9月,星鏈累計發射了約1.3萬顆衛星,在軌約1.1萬顆,為160多個國家和地區的上千萬使用者提供服務。這些衛星在這次之前,全靠獵鷹9號發射。
獵鷹9號一次能送20多顆2代星鏈衛星。3代星鏈衛星(V3)更大、更重、能力更強,只有星艦送得上去。一顆V3的通訊容量約1Tbps,也就是每秒傳輸10¹²位元資料,夠1萬戶人家同時跑滿100兆寬頻。
這次星艦發射升空的26顆V3星鏈,合計約26Tbps,按SpaceX的說法,相當於獵鷹9號發射10次的通訊能力。
按公開資料估算,這26顆衛星總重約46噸,第十三飛的20顆約34.1噸。SpaceX表示,這批衛星最快幾周後就能開始為使用者服務。
馬斯克在財報會上說,V2星鏈已經滿足不了後續的需求。V3要讓星鏈的整體服務明顯變好,在軌數量得達到約1000顆。
按SpaceX招股書的說法,星艦滿載一次能送約60顆V3,這次只裝了26顆。要湊齊1000顆,星艦至少還得再成功發射17次滿載任務。
SpaceX已經向美國聯邦通訊委員會(FCC)申請,最多營運10萬顆V3星鏈衛星。
中期目標:每天一發星艦
星艦的中期目標,是至少每天發射一次。2025年,獵鷹9發射了160多次,平均兩天多一次,這已經是它首飛15年後的成績。
要達到每天一次,火箭和發射台都得跟上。
火箭這邊,S41剛剛飛完,S42和S43已經造好,S44正在廠房裡排隊等待堆疊。按此前的計畫,第十五飛可能嘗試第一次用“筷子”夾住返回的飛船。這次發動機接連出問題,計畫會不會推遲,要看SpaceX的調查結果。
發射台這邊,德克薩斯州星艦基地目前只有一個能用的發射台,另一個正在改建。
佛羅里達州甘迺迪航天中心39A發射台(LC-39A)上的星艦設施已經基本就緒,這座發射台當年送走過土星五號和航天飛機。SpaceX在東海岸的星鏈發射將移交給星艦,獵鷹9號已經在那裡執行了最後一次星鏈發射。附近的37號發射台(SLC-37)也會逐步改成星艦發射台。
如果一切順利,星艦的第十六飛將改到39A發射台發射。
SpaceX還要在路易斯安那州新建一座發射基地,名為“路易斯安那星艦基地”(Starbase Louisiana),投資規模高達1000億美元。基地計畫2027年底動工,最早2029年執行首次發射,專門負責星艦正式營運後的商業發射。馬斯克在社交平台上說,這座基地最終會有12座以上發射塔。
SpaceX高管還說,這將是一座“自給自足的發射基地”,有自己的推進劑工廠、發電設施、航運碼頭和火箭翻修廠房,“可能還會有一座機場”。這麼大的基地,也少不了嚴格的監管審查。
美國重返月球路上的第一個卡扣
2026年一季度,NASA的阿爾忒彌斯登月計畫(Artemis)做了一次大調整。原本要執行首次載人登月的阿爾忒彌斯3號,改為在近地軌道上做對接驗證,時間約在2027年年中。首次載人登月推遲到2028年初的阿爾忒彌斯4號。
星艦是這項計畫的主力登月艙。按NASA監察長辦公室的報告,NASA已經為星艦版登月艙投入了40多億美元,同時保留藍色起源公司(Blue Origin)的“藍月亮”(Blue Moon)登月艙作為備選。而在這次試飛之前,星艦連一次入軌都沒做到過。
更難的一關是在軌加注。星艦飛船進入近地軌道時,推進劑已經基本用光。要飛去月球,它得先在軌道上加滿推進劑,這需要多艘星艦當“油罐車”,一趟趟飛上來給它加注。這項技術,星艦還一次都沒在太空演示過。
要加注,先得能入軌;要在軌道上等“油罐車”,先得證明能在軌道上長時間待住。這次試飛完成了入軌和再入返回,但提前結束了在軌,長時間飛行這一項還沒驗證。這一飛只鬆開了登月路上的第一個卡扣。
發動機的可靠性,在登月時更要緊。登月艙要在月面降落,再從月面起飛,發動機都得一次點著,出了問題沒有人能去救。
回望過去三年,星艦走的路並不好看。2023年4月首飛時,火箭在空中自毀。2025年,全面升級的V2版星艦遭遇三連敗,全年5次發射只有兩次成功,一克載荷也沒有送進軌道。2026年V3版登場後,第十三飛終於把20顆真衛星放了出去。
第十四次,星艦磕磕絆絆地入軌了。說這個項目已經成功了一半,並不為過。
但要因此說星艦成功了,還太早。第3代猛禽發動機還沒做到次次靠得住;登月艙需要的在軌加注,一次都沒做過;V3星鏈要湊滿1000顆的臨界數量,至少還得再成功發射17次;路易斯安那那座規劃中的巨型基地,眼下還是一片空地。
26顆衛星入軌,星鏈衛星發射的這一棒,總算接住了。星艦自己要先過的,是發動機這一關,然後才輪到不知道那一飛迎接它的那對“筷子”機械臂。
10年前被當成天方夜譚的火箭,如今真的飛進了軌道。星艦的第十四飛就是一個新的起點,從這次入軌開始,38萬千米外的月球、最近時5500萬千米外的火星,似乎變得沒有那麼遙遠了。(果殼)
