北京时间 3 月 4 日凌晨 ， 马斯克的 SpaceX 又完成了一次星舰 Starship 原型机试飞 。
这次代号为 SN10 的原型机终于不负众望 ， 圆满完成了起飞、空中转体、空中引擎熄火并重新点火以及最困难的降落回收 。 胖胖的飞船稳稳地落到了指定地点 。
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图 | SN10 成功着陆瞬间（来源：SpaceX 官网）
可就当人们认为任务圆满成功 ， SN10 创造历史、功成身退之际 ， 原本安安静静矗立在降落点的飞船突然爆炸 ， 巨大的推力将其炸飞到半空中 。
最后 ， 在耀眼火光和直播观众的惊呼声中 ， 飞船摔得粉身碎骨 。
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图 | SN10 爆炸瞬间（来源：SpaceX 官网）
飞船的爆炸是所有人都没预料的意外状况 。 当时是飞船落地后的 8 分钟左右 ， SpaceX 官方直播已经停止 ， 是一些航空航天爱好者的直播频道捕捉到了这一瞬间 。
飞船爆炸后 ， SpaceX 和马斯克并未在第一时间给出回应或具体原因 。 许多人猜测 ， 爆炸或许是甲烷泄露所致 。
此前 ， SN8 和 SN9 两次试飞均留下小遗憾 ， 一次是降落速度太快 ， 另一次是飞船船身倾斜角度过大 ， 最终结局都是被炸得粉身碎骨 。
SN10 似曾相似的谢幕方式 ， 彷佛是 SN 系列飞船的命运在冥冥之中早已注定 。
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图 | SN8 和 SN9 都未能成功着陆（来源：SpaceX 官网）
无论怎样 ， 这次 SN10 的成功着陆依旧值得庆祝 。 这标志着 SpaceX 又完成了一项具有里程碑意义的飞行测试 ， Starship 原型机的操控技术得到了系统性验证 。 作为肩负 SpaceX 载人登陆月球和火星梦想的原型机 ， SN10 的成功降落无疑给了 SpaceX 莫大的鼓舞 。
“一次漂亮的着陆 ， 我们实现了此次试飞想要实现的全部既定目标 ， ”SpaceX 在直播中表示 ， “祝贺我们的 Starship 团队！SN11 测试也将在不久之后展开 。 ”
除了如此戏剧性的结局 ， 此次发射还有一个小插曲 。 发射日当地下午 2 点左右 ， SN10 第一次试飞努力在倒计时最后 0.1 秒突然中止 ， 当时引擎已经点火 ， 但电脑控制系统发出了中止指令 。
SpaceX 对此进行了紧急调查 ， 马斯克随后发推表示 ， 问题出在火箭推力标准设定上 ， 数值设置的有些 “保守” ， 因此需要提高火箭的推力限制 。 好在试飞窗口还有不少时间 ， 最终完成了第二次测试 。
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图 | SN10 首次试飞在最后 0.1 秒中止（来源：SpaceX 官网）
从 SN1 到 SN10
从 2020 年开始 ， SpaceX 的星际飞船原型 SN 系列便开始了试飞之旅 ， 从 SN1 到如今的 SN10 经历了种种测试 ， 也屡遭失败 。 即便如此 ， SpaceX 也没打算停止对星舰 Starship 的探索 。
去年 2 月到 4 月 ， 未装载前锥和引擎的 SN1、SN2、SN3 相继进行了液氮推进剂装载和低温压力测试 ， 但出现了爆炸、泄露和机身扭曲变形等问题 ， 测试以失败告终 ， 原型飞船无法重复使用 。
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（来源：SpaceX 官网）
SN4 是首个通过低温载荷测试的原型机 ， SpaceX 当时表示要用它进行飞行测试 ， 但遗憾的是 ， SN4 未能完成后续的静态点火测试 ， 出师未捷身先死 ， 一片火光将飞船撕成了满地碎片 。
时间来到 8 月份 ， 继承 SN4 衣钵的 SN5 和 SN6 进行了改良和升级 ， 两台原型机均成功升空 150 米 ， 试飞时间持续约 1 分钟并成功落地 。 功成身退的两台原型机在 2021 年初被拆解 。
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（来源：SpaceX 官网）
到了 SN7 这一代 ， SpaceX 采用了与前几代不同的材质用料 ， 把此前原型飞船所使用的 301 不锈钢 ， 替换成了 304L 不锈钢 ， 也就是我们日常生活中常见的不锈钢锅的材质 。 测试成功后 ， 将来的新星舰都将改用 304L 不锈钢 。 马斯克曾发文表示 ， “虽然它不是最轻的材料 ， 但更便宜 。 ”
按照马斯克的说法 ， 这与其他由碳纤维材料制成的火箭相比 ， 让星舰的生产更具成本效益 ， 也更快 。 碳纤维的价格是每公斤 135 美元 ， 在制造过程中 35% 的碳纤维都会变成废料 ， 综合成本达到每公斤 200 美元以上；而不锈钢每公斤才 3 美元 ， 合理使用也能提供高强度和隔热性能 ， 每艘星舰的制造成本可降低至 500 万美元 ， 而且制造效率很高 ， 堪称是一次大胆的尝试 。
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（来源：SpaceX 官网）
为了测试性价比最高的材质 ， 找到星舰原型的性能极限数据 ， SpaceX 成功进行了数次 “故意爆炸试验” ， 由代号为 SN7.1 和 SN7.2 两台罐状测试机执行 ， 钢材厚度分别是 4 毫米和 3 毫米 。
最终 ， 经过长达 7 小时左右的低温加压测试 ， SN7.1 在巨大压力测试下崩溃 ， 而 SN7.2 通过了一次低温加压测试 ， 但在第二次测试中出现泄漏问题 ， 目前在等待下次测试 ， 也可能是直接拆解 。
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（来源：SpaceX 官网）
SpaceX 星舰在经历超过七次（SN 原型机之前还有更早的 Mk 系列原型机）的迭代升级后 ， 于去年 12 月挑战了 12.5 千米高空试飞 ， 飞船代号 SN8 。
试飞过程令人印象深刻 ， 它的起飞、上升、空中转体都十分顺利 ， 在达到既定高度后开始以 95% 的自由落体返回地面 ， 正如体操运动员那样 ， 回落的过程中还在空中进行了一个优雅的翻转 。
然而在落地过程中 ， SN8 虽然调整为垂直姿态 ， 但未能顺利减速 ， 导致落地速度过快 ， 飞船径直撞向地面并炸毁 ， 功亏一篑 。
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（来源：SpaceX 官网）
SpaceX 事后表示 ， 事故原因是装有着陆推进剂（甲烷）的燃料箱出现失压问题 ， 因此用于着陆的引擎没有获得足够燃料 ， 未能产生有意义的推力 。 此外 ， 一些人观察到引擎产生了绿色火焰 ， SpaceX 解释称 ， 这也是由于甲烷供给不足 ， 导致一台引擎内部的铜开始燃烧 。
尽管 SN8 最终坠毁 ， 可马斯克和 SpaceX 一致认为试飞算得上成功 ， 毕竟是试飞项目 ， 除了着陆 ， 其他部分都圆满完成 ， 成功展示了大多数主要的测试目标 ， 拿到了许多宝贵的测试数据 。
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（来源：SpaceX 官网）
等到今年 2 月的 SN9 ， 它和前辈 SN8 执行的任务几乎一致 ， 包括依次关闭发动机 ， 将推进剂从主油箱转移到降落用副油箱 ， 通过 “Belly Flop” 腹部朝下的翻转动作以实现空中转身 ， 以及通过火箭上的四个襟翼实现空中控制降落 。 唯一的不同点是 SN9 的飞行高度只有 10 千米 。
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（来源：SpaceX 官网）
人们期待 SpaceX 能从 SN8 的爆炸中吸取经验 ， 但并未得偿所愿 。 在最后着陆阶段 ， SN9 本应启动两个引擎控制姿态并减速 ， 但其中一个未能正常启动 ， 导致飞船姿态出现了大角度倾斜 ， 随后在尚未垂直的状态下高速撞击地面 ， 引发爆炸 。
承载火星殖民梦想的星舰
尽管 SN10 最终以爆炸收尾 ， 但它的成功着陆至少说明 SpaceX 解决了前两次着陆失败的问题 ， 也标志着它离登陆月球和殖民火星的梦想更近了一步 。
与 SpaceX 旗下的常规火箭垂直回收相比 ， SN 系列星舰的体型偏胖 ， 因此需要一种特殊的空气动力学来帮助其平稳降落 。 这就是安插四个 “小翅膀” 的作用所在 ， 它们能够在空中辅助滑翔 ， 快速调整飞行器的姿势和方向 。
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（来源：SpaceX 官网）
在人类航天史上 ， 真正投入实用且带着 “翅膀” 具备滑翔能力的太空飞船并不多 ， 让人印象最深刻的就是航天飞机 ， 不过 ， 航天飞机彼时还是参照了飞机的外形设计 ， 而 SpaceX 星舰的设计就另辟蹊径 ， 它打破了固有的太空飞船样式 ， 然后与自家比较成熟的火箭回收技术相结合 ， 形成了一套独具特色的返航方案 ， 且成本大大降低 。
星舰作为 SpaceX 面向未来的下一代发射载具 ， 在 2017 年 9 月由马斯克正式公布了比较确切的计划 ， 它未来可代替猎鹰 9 号、猎鹰重型运载火箭以及载人龙飞船等 ， 不仅可执行地球轨道任务 ， 也可完成登陆月球以及火星的任务 ， 该火箭系统曾被命名为 “BFR” ， 即 “Big Falcon Rocket” 的缩写 ， 到目前 ， SpaceX 官网已将这套发射系统统称为星舰 。
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（来源：SpaceX 官网）
整个火箭的高度约为 120 米 ， 该发射系统的第一级助推器称为超级重型（Super Heavy） ， 长 70 米 ， 或将搭载 28 个猛禽火箭发动机 ， 总共提供约 72 MN 起飞推力；第二级飞船则称为星舰（Starship） ， 长 50 米 ， 能够将装有 100 吨的有效载荷送上地球轨道 ， 不仅能够往返地球大气层重复使用 ， 而且还能在轨加注燃料 ， 该飞船将最终装有 6 台猛禽发动机 ， 其中包括 3 台针对海平面推力进行优化的发动机 ， 以及另外 3 台针对太空真空环境进行优化的发动机 。
如果说登陆火星的目标仍然比较远 ， 那么重返月球可能是即将到来的壮举 ， 按照美国国家航空航天局（NASA）制定的阿尔特弥斯 (Artemis) 登月计划 ， 人类将有望在 2024 年再次登月 。
2020 年 5 月 ， NASA 已将三份合同交给商业供应商 ， 进行开发月球着陆系统 。 该系统将在五年内将宇航员带到月球表面 ， SpaceX 的星舰飞船便是其中之一 ， 在总额近 10 亿美元资助中 ， 蓝色起源获得 5.79 亿美元 ， Dynetics 团队获得 2.53 亿美元；而对 SpaceX 的资助最少， 仅有 1.35 亿美元 。
NASA 授予 SpaceX 合同曾让不少人感到惊讶 ， 他们对 SpaceX 雄心勃勃的项目一直持怀疑态度 ， 因为马斯克曾表示要建造数百艘星舰来定居火星 ， 这听起来像是痴人说梦 。 不过 NASA 局长吉姆?布里登斯坦（Jim Bridenstine）对此曾回应称 ， 美国宇航局不能忽视这一系统的潜力 。 “为什么要给他们签合同？答案是因为 SpaceX 确实擅长迭代测试和改进 ， 他们的设计方案具有变革性 ， 有望极大降低登月成本 ， 增加开发月球的机会” 。
星舰一体成型的设计集成了充沛的动力系统 ， 较大空间的载人舱和货仓 ， 还能通过在太空中进行燃料补给往返月球 ， 如果成功无疑是一种理想的星际旅行选择 。
SN10 的成功着陆 ， 也正式揭开了星舰的新篇章 ， 马斯克距离实现自己的星际移民梦更近了一步 。
【spacex|功败垂成！SpaceX星舰SN10成功着陆，却意外爆炸】-End-
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