作者段跃初黄湘红

当地时间5月27日，美国太空探索技术公司（SpaceX）的新一代重型运载火箭“星舰”在得克萨斯州发射升空，进行第九次试飞。然而，这次试飞却未能成功，火箭第一级助推器发生爆炸，第二级飞船也失控。这一事件引发了全球航天爱好者的关注，让我们深入了解一下星舰的相关情况。

一、星舰的作用

星舰的设计初衷是打造一个可重复使用的超级重型运载火箭系统，旨在实现多个具有重大意义的目标。

（一）降低太空探索成本

传统火箭大多是一次性使用的，每次发射都需要高昂的成本。而星舰通过采用可重复使用技术，大大降低了太空探索的成本。这使得更多的国家、科研机构和企业能够参与到太空探索中来，促进了航天事业的发展。比如，SpaceX公司期望通过星舰，让太空旅行变得更加经济实惠，未来普通人也有可能实现太空之旅。

（二）实现星际旅行与殖民

星舰被视为实现人类星际旅行和殖民其他星球的关键工具，特别是火星。它的超大运载能力，能将大量的人员、物资和设备运往火星等遥远星球。按照计划，星舰能够搭载100人前往火星，为建立火星殖民地奠定基础，助力人类成为跨星球的物种，解决地球上可能面临的环境、资源等问题。

（三）执行多种太空任务

星舰不仅可以用于载人航天，还能执行各种太空任务，如部署卫星、进行深空探测等。它可以为未来的太空基础设施建设提供支持，帮助人类更好地探索宇宙奥秘。例如，星舰有望部署SpaceX的第二代星链卫星星座，加强全球的互联网覆盖。

二、星舰的高科技技术

（一）不锈钢材质箭体

从最初计划使用碳纤维复合材料，到后来改用不锈钢材料，这一转变看似出人意料，实则是基于性能的考量。在太空超低温到重返大气层的高温状态下，全不锈钢箭体的可用强度与质量比，比碳纤维、钛合金等航天材料表现更好 ，只是在常温时不如后两者。超重 - 星舰采用轴压设计，贮箱在不加注时仍可以保持结构完整，同时还要反复加注泄放过冷甲烷和液氧，这些都是此前业内鲜有应用的设计。经过试验，SpaceX公司发现一种类似304L的不锈钢材料在低温下具有更强的延展性和韧性，最终采用了这种材料。

（二）猛禽液氧/甲烷发动机

星舰配备的猛禽发动机采用液氧/甲烷作为推进剂，是全流量补燃循环发动机。该发动机设计推力为1993千牛，约为法尔肯9火箭使用的猛禽1D发动机的2.5倍，发动机比冲330秒，主燃烧室压力超过25兆帕，具备高比冲、深度节流的特点。一旦投入使用，有望成为第一款投入实用化的液氧/甲烷发动机，也是第一款全流量补燃循环发动机。而且，单台猛禽发动机设计可执行1000次飞行，几乎无需维护。采用甲烷燃料具有清洁、价格便宜的优点，并且可以在火星上提取，满足未来探火的需求。

（三）独特的回收方式

星舰系统设计为完全可重复使用运载器，其火箭级与飞船级均可回收。星舰飞船级采用了与此前截然不同的回收方案。当从轨道返回时，星舰不以垂直姿态进入大气层，而是以60°倾斜的姿态及25倍音速的超高速度“躺着”进入大气层，由四个单独控制的襟翼精确引导下降，其中两个为鸭翼在鼻锥上，两个尾翼在船尾部分。在超音速状态下产生升力，这对限制峰值加热非常重要，星舰将尽可能最大限度地利用空气制动。最终在接近地面时还将进行一次大幅机动，点燃猛禽发动机进行翻转，最后垂直到达地面进行精确着陆 。此外，在第五次发射前测试中，SpaceX公司还尝试了高风险的塔架接力捕获回收方式，利用发射塔的两根捕获臂作为“筷子”，对超重型助推器用“筷子夹火箭”的方式进行回收，这将取消星舰超重型助推器的着陆腿设计，减少周转时间，但对航天器的控制精度、抓取机械臂的强度等提出了更高的要求。

（四）先进的防热瓦设计

由于不锈钢的熔点较高，新的不锈钢超重 - 星舰设计与碳复合材料相比，需要的热防护措施较少，从而弥补了钢具有更高质量的这一缺点。飞船从低轨道返回时，表面约20%的部分将暴露在最高温度约1476℃的环境中，另外20%最高温度至1326℃，其余表面最高温度将低于1176℃，这是不锈钢无需任何额外冷却即可承受的温度。再入时箭体所承受的温度最高不超过330℃，发动机部分周围的温度不超过925℃，可采用被动辐射冷却来应对，这意味着星舰的背风侧不需要任何隔热层。而在迎风面，最初马斯克曾设想使用双层不锈钢外壳 液膜冷却来实现防热，但最终SpaceX研发团队还是决定采用坚固的并可重复使用的防热瓦，使系统整体更轻。迎风面防热结构大部分由六边形防热瓦组成，这种形状没有能够让热流加速通过的直线路径间隙，有效保障了飞船再入大气层时的安全。

三、第九次试飞失败的原因

根据相关分析和报道，第九次试飞失败的原因可能有以下几点：

（一）燃料舱系统泄漏

有消息指出，此次试飞中燃料舱系统发生泄漏，导致主贮箱失压。这可能是由于燃料管道、阀门等部件出现故障，或者在火箭发射和飞行过程中受到了过大的应力、振动等影响，破坏了燃料系统的密封性。燃料舱系统泄漏不仅影响了火箭的动力供应，还可能导致一系列连锁反应，使得火箭的飞行姿态和稳定性受到严重威胁。

（二）飞行控制系统故障

火箭和飞船的飞行离不开精确的飞行控制系统。如果飞行控制系统出现故障，比如传感器失效、控制算法错误、通信中断等，就无法准确控制火箭和飞船的飞行方向、速度和姿态。在第九次试飞中，第二级飞船失控，很有可能是飞行控制系统出现了问题，导致无法按照预定的程序进行飞行和操作。

（三）硬件可靠性问题

尽管星舰采用了许多先进技术，但在实际飞行中，硬件的可靠性仍然是一个关键因素。多次试飞中暴露出的各种问题，如发动机故障、隔热材料损坏等，都反映出硬件在设计、制造、装配等环节可能存在不足。例如，之前试飞中出现过液氧管道堵塞、发动机点火器低压故障等问题，这些硬件问题可能在第九次试飞中依然存在，或者引发了新的故障。

四、专家怎么说

面对星舰第九次试飞失败，专家们也发表了各自的看法。有专家认为，对于这种处于研发阶段的新型火箭，出现失败是正常的。太空探索本身就是充满挑战和风险的事业，每一次失败都是一次宝贵的经验积累。通过对失败原因的深入分析和总结，SpaceX公司可以针对性地改进技术和设计，从而提高星舰的可靠性和成功率。

也有专家指出，星舰的技术难度非常高，其设计目标和应用前景虽然令人期待，但要实现这些目标还面临诸多困难。例如，可重复使用技术、星际旅行所需的生命保障系统、长时间太空飞行对宇航员身体和心理的影响等问题，都需要进一步研究和解决。此外，频繁的试飞失败也可能影响投资者和合作伙伴的信心，对SpaceX公司的发展带来一定的压力 。

不过，大多数专家对星舰的未来还是持乐观态度。他们相信，凭借SpaceX公司的技术实力和创新精神，以及不断积累的经验，星舰最终有可能实现其设计目标，为人类的太空探索事业做出巨大贡献。同时，星舰的研发和试飞过程也为全球航天技术的发展提供了借鉴和启示，促进了整个航天领域的进步。

总之，虽然星舰第九次试飞失败，但这只是其漫长研发道路上的一次挫折。我们期待SpaceX公司能够从这次失败中吸取教训，不断改进技术，让星舰早日实现其宏伟的目标，开启人类太空探索的新篇章。

来源: 科普文讯