台北時間9月28日,SpaceX成功執行星艦第十四次綜合飛行測試(以下簡稱“十四飛”)。
本次飛行由Ship 41飛船和超重型助推器組成,組合體總高約124米。升空約7分鐘後,超重型助推器完成任務,在墨西哥灣受控濺落。不過,沒有復現經典的“筷子夾火箭”畫面。
升空約8分鐘後,星艦完成首次發動機點火並進入滑行階段。按照SpaceX此前公佈的任務方案,此時飛船仍處於被動安全的亞軌道軌跡,團隊將利用這段時間檢查飛行器狀態,再決定是否執行入軌點火。
這次檢查過程中出現了一個意外:Ship 41的一台“猛禽3”發動機提前關機。SpaceX啟用了一套應急方案:挪用鼻錐內部原本為著陸階段預留的貯箱燃料,並將入軌點火任務交給單台發動機完成。
最終,飛船推入約275公里高度的近地軌道。這是星艦項目自2023年4月首飛以來,首次真正進入繞地球運行的軌道。
進入軌道約10分鐘後,飛船開始部署26顆星鏈V3衛星,整個部署過程持續約30分鐘。按原計畫,星艦繼續繞地球飛行6圈,整個任務持續近10小時。不過,SpaceX公司宣佈,星艦將在軌運行約3小時後受控離軌,並安全落入太平洋預先劃定海域。
此次飛行標誌著星艦從亞軌道試驗階段正式邁入軌道營運階段,也為後續的大規模星鏈部署、在軌加注和深空運輸任務鋪平了道路。
01 邁過亞軌道門檻
“十四飛”距離上一次星艦發射不到兩個月。相較此前“十一飛”與“十二飛”之間長達七個月的間隔,測試節奏明顯加快。
馬斯克此前預計,星艦將在一年左右達到每天至少一次的發射頻率。隨著V3設計成熟、熱防護等關鍵問題逐步解決,加上生產和測試流程可以平行推進,SpaceX正在加速向高頻復用過渡。
此前十三次飛行,星艦都刻意選擇“被動安全”的亞軌道,即使飛行器完全失控,也會自然再入大氣層並濺落在預定海域。這種策略得以讓公眾安全最大化,也讓SpaceX能夠在早期階段快速積累飛行資料。
但亞軌道飛行有一個根本限制:飛船無法獲得進入軌道所需的前向速度。
“十四飛”打破了這個限制。
飛船在升空後,首先沿亞軌道軌跡飛行。在確認所有關鍵硬體具備足夠冗餘度後,飛行控制團隊下達了入軌指令。飛船的一台猛禽發動機在太空中重新點火,將其推入約275公里高度的近地軌道。
這是星艦歷史上第一次真正“留在”太空。
入軌後,飛船會繞地球飛行六圈,全程近十小時。工程團隊則對飛船的各項系統進行全面測試,包括在軌道環境下的推進劑管理、航電系統性能和熱防護系統狀態。最終,飛船執行離軌點火,一台猛禽發動機在太空中再次啟動,將飛船推離軌道,開始再入程序。飛船在智利以西的太平洋海域完成受控濺落。
SpaceX在任務描述中強調:“通過進入軌道,星艦向完全且快速可重複使用的下一階段開發可以開始了。”
只有進入軌道,星艦才能真正開始驗證在軌加注、長期駐留和深空運輸等關鍵能力。亞軌道飛行可以測試再入,但無法測試軌道操作。“十四飛”的成功,意味著星艦終於跨過了這道門檻。
與此同時,超重型助推器也完成了它的任務。
在“十三飛”中,助推器在級間分離後首次成功使用了全部33台發動機進行回推點火。但在點火末期,3台中心發動機出現疑似“冰堵”的跡象,即低溫環境下推進劑管路或閥門中的水分結冰,可能影響液氧和液甲烷的正常供應。遙測資料顯示發動機隨後出現異常,助推器最終未能完成預定著陸,以“硬濺落”方式落入墨西哥灣。
SpaceX對“十四飛”的助推器進行了針對性改進。硬體方面,團隊提升了發動機的過濾系統,以防止冰堵問題再次發生。軟體方面,改進了發動機重啟的可靠性邏輯。從飛行結果看,這些改進取得了預期效果,助推器成功完成了回推點火和著陸點火全過程,最終在墨西哥灣預定海域實現受控軟濺落。
雖然這次助推器仍未嘗試返回星港由發射塔“筷子”捕獲,但受控濺落的成功,為後續飛行中實現助推器回收奠定了基礎。
02 星鏈V3上天服役
“十四飛”的另一項里程碑,是首次部署具備完整功能的星鏈V3衛星。
此前飛行中,星艦曾攜帶過星鏈V3衛星的模擬器或測試版本,但這些衛星最終都會再入銷毀,不會入網服役。
這次不同,26顆V3衛星在部署後將展開太陽能陣列和天線,通過射頻和雷射鏈路與地面站及其他星鏈衛星建立連接,並在完成在軌檢查後正式開始服務客戶。
星鏈V3衛星的能力遠超前代。每顆V3衛星可提供1Tbps的下行容量和160Gbps的上行容量,相比V2衛星分別提升約10倍和22倍。
V3衛星的相控陣天線支援2048個下行和上行波束,而V2僅支援192個下行和144個上行波束。 每顆V3衛星配備6個400吉位元的太空雷射星間鏈路,支援高頻寬流量在全球任何兩點之間不間斷傳輸,形成拍位元級雷射網狀網路。
衛星還攜帶4個四頻段射頻回傳天線(Ka、E、V、W頻段),回傳容量達1.2Tbps,是V2的8倍以上。 為支援更強的容量和能力,V3衛星的太陽能陣列發電量約為V2的兩倍。新的製造技術可以連續生產太陽能毯,切成19米長的片段後縫合為完整陣列。
按照SpaceX預計,一次滿載的星艦發射可攜帶60顆V3衛星,每次發射可為星座部署約20倍於獵鷹9號發射V2衛星的容量。這次“十四飛”攜帶26顆,是因為飛船在軌道任務中需要預留推進劑用於離軌操作,同時也因為這是V3衛星的首次實戰部署。
目前星鏈星座由超過11000顆活躍衛星組成,但沒有一顆是V3版本。馬斯克曾表示,公司希望最終將星鏈擴展到10萬顆V3衛星。要實現這個目標,必須依賴星艦的大規模部署能力。
值得注意的是,26顆衛星中有3顆經過特殊改裝,搭載攝影機系統。它們從星艦部署後,轉身對飛船的熱防護系統進行全景掃描,並將圖像即時回傳給地面操作員。
這項技術的目的是驗證未來任務中評估熱防護系統完好性的方法。馬斯克曾公開表示,星艦當前“最大的剩餘問題”就是讓熱防護系統可重複使用。 通過衛星對熱防護系統進行遠距離快速掃描,SpaceX希望跳出“對4萬塊瓦片逐一進行繁瑣檢查”的困境。
03 熱防護開始復用
“十四飛”的星艦飛船在熱防護系統上進行了多項升級。
這些改進部分直接來源於“十三飛”的資料。在那次任務中,Ship 40飛船在印度洋濺落後,意外地緩慢傾覆並漂浮在海面上,沒有爆炸或沉沒。
這給了SpaceX一個難得的機會,工程團隊將飛船拖回岸邊,運回星港進行分析。
具體升級包括:在上升段被認為脫落風險最高的區域,增加了額外的隔熱瓦固定機制;針對最近發現的電漿體可能從隔熱瓦後方流過的區域,進行了密封改進;在多個區域採用了曲面隔熱瓦設計,這種設計已被證明能夠減少瓦片間隙處的熱負荷。
最引人注目的是,兩枚從Ship 40上回收的隔熱瓦被重新安裝在Ship 41上飛行。這是星艦項目首次實現隔熱瓦的重複使用。雖然只是兩枚瓦片,但熱防護系統的可重複使用性,是星艦實現“像飛機一樣快速重複起降”願景的關鍵。
近十小時的軌道飛行,將為SpaceX提供大量資料。在軌道環境中,飛船會經歷微重力、極端溫度循環、原子氧侵蝕等多種空間環境因素。飛船的推進劑管理系統也將在微重力環境下接受考驗。星艦配備了高功率電驅動低溫再循環系統,專門用於管理長時間滑行時低溫推進劑與發動機的相互作用。
航電系統在軌道環境下持續運行近十小時。飛船上的約60個定製航電單元,將電池、逆變器和高壓配電整合進單個元件,整個飛行器能提供約9兆瓦的峰值功率。
多感測器導航系統在軌道階段持續工作。一種新型精密射頻感測器被用來測量微重力環境下的推進劑液位,這是未來太空推進劑轉移的關鍵技術。50個視角的攝影機覆蓋全船,由480兆位元每秒的星鏈連接提供即時傳圖。
04 星艦的下一關
“十四飛”的成功,對已上市的SpaceX而言,是一次關鍵的市場驗證。
就在四個月前的“十二飛”發射前兩天,SpaceX向美國證券交易委員會提交了招股說明書,首次向外界披露了星艦項目的投入規模:該公司已在星艦上花費超過150億美元,其中2025年投入30億美元,2026年第一季度又投入近9億美元。
招股說明書中曾明確承諾:“我們預計星艦將在2026年下半年開始向軌道運送有效載載荷。”“十四飛”的成功,正是對這一承諾的兌現。
SpaceX透露,星艦V3可將多達100噸有效載荷送入軌道,未來版本將增加到200噸。一旦星艦實現穩定可靠運行,每公斤載荷送入軌道的成本,將降到過去航天發射平均成本的1%,甚至更低。
除了商業壓力,NASA的登月時間表對星艦形成了另一重硬約束。根據阿爾忒彌斯重返月球計畫,NASA已選定星艦作為載人著陸系統,並計畫在2028年讓宇航員登陸月球。這意味著SpaceX不僅要完成星艦的技術驗證,還要確保其具備載人飛行的安全性和可靠性。
SpaceX持有NASA約40億美元的合同,用於最早在2028年將宇航員送上月球。為此,SpaceX將不得不在太空中為飛行器加油,連續發射十幾次,並確保其能安全載人。“十四飛”的軌道成功,是通向這些目標的關鍵一步。
但挑戰依然嚴峻。在軌加注、載人飛行、月球著陸,每一項都是前所未有的工程挑戰。星艦需要在未來不到兩年的時間裡,完成從無人測試到載人登月的跨越。
在“十四飛”之後的任務中,星艦將嘗試用發射塔捕獲回收飛船上級,實現真正的“筷子夾火箭”全流程。隨後,在軌加注測試將提上日程。最終,星艦需要證明它能夠像飛機一樣,在短短幾小時內完成檢查、重新加注和再次飛行。
從2023年首飛至今,星艦用十四次起落走到了今天。NASA的登月合同在計時,資本市場的期待在等驗證,移民火星的念想也需要一架真正能像飛機一樣重複起降的航天器。
“十四飛”的成功,讓這一切看起來不再那麼遙遠。 (騰訊科技)
