“星舰”第三次发射验证多项关键技术

塔架上的“星舰”

飞船再入大气层的画面。

本报记者 樊 巍
北京时间3月14日晚，美国太空探索技术公司（SpaceX）的新一代重型运载火箭“星舰”以及飞船集成系统在美国得州博卡奇卡的基地开启了第三次试射。SpaceX随后发布的消息称，此次试射任务中，“星舰”的第二级飞船在再入大气层阶段失去联系，但此次任务实现了多项重大突破，完成了多个“首次”，这将为SpaceX公司开发星际飞船的远大目标提供宝贵数据。
“这次发射任务是成功的”
根据SpaceX公司此前发布的计划，在“星舰”的第三次试射任务中，将实现一系列预定目标。其中就包括打开和关闭“星舰”第二级S28飞船上的有效载荷舱门，这也被认为是为了实现未来“星链”卫星发射任务所开展的技术验证；在太空中执行“猛禽”发动机在真空下的再点火。此外，此次任务中，“星舰”还会尝试新的飞行轨迹，最终选择在印度洋进行海上溅落。值得注意的是，严格意义上此次发射任务仍为亚轨道发射，预定轨道的近地点离地面50公里，远地点距离地面235公里。
SpaceX的直播画面显示，“星舰”在发射升空约两分多钟后，火箭第一级“超级重型助推器”B10和第二级S28飞船成功实现“热分离”。随后，“星舰”进入太空滑行阶段，完成了打开和关闭有效载荷舱门、推进剂转移等技术演示。飞行一段时间后，“星舰”尝试在太空中重新点燃“猛禽”发动机、受控再入大气层，但在穿越大气层阶段失去联系。
根据SpaceX后续发布的任务通报，“星舰”的第三次试射任务中，B10助推器多台发动机未能按计划启动着陆点火程序，这也导致B10无法在受控状态下实现垂直海降，而第二级S28的“猛禽”真空发动机也未能执行太空再点火，这也使得S28提前进入再入大气层阶段，最终失联。
“虽然这次任务没有实现所有预定测试目标，但SpaceX认为这次发射任务是成功的。”美国太空新闻网站3月14日援引该公司的官方声明称，在这次试射中，所取得的成果将为SpaceX公司继续快速开发星际飞船提供宝贵的数据。
在这份官方声明中，SpaceX公司表示，此次试射任务中，完成了几个重要的“首次”，其中包括：“超级重型助推器”B10上的33台“猛禽”发动机在点火时全部成功启动，并在上升过程中完成了全程燃烧；“星舰”再次成功实现了级间热分离，分离时B10助推器保留了3台发动机，关闭了30台发动机，并在一二级分离前成功点燃第二级S28飞船上的6台“猛禽”真空发动机；在分离后，B10助推器成功完成了翻转机动，点火进行了全程回推，将其引导至预定的墨西哥湾着陆点；6台“猛禽”真空发动机全部启动后，将S28飞船送入预定轨道，成为首个完成全程升空点燃的“星舰”。
未来将实现“在轨加油”
对于“星舰”的第三次试射，美国国家航空航天局（NASA）局长尼尔森在社交媒体X发文祝贺SpaceX公司试飞成功。而在国内外的互联网上，关于此次发射任务的相关画面也是网友讨论的焦点。特别是在第二级S28飞船重返大气层过程中，安装在“星舰”襟翼上的摄像机拍摄到S28穿越等离子场的罕见画面更是引发热议。美国太空新闻网站用“戏剧性”来形容这一画面，并介绍称，SpaceX公司的“星链”卫星以及NASA的TDRSS 数据中继卫星提供了数据传输的技术支撑。太空探索技术公司则在其社交媒体账号上为自家“星链”打起了广告，称即便“星舰”是以 2.7万公里的时速穿过等离子场，“星链”也能在全球范围内提供可靠的高速、低延迟互联网服务。而这也是此次任务中，“星舰”验证的一项技术，即“星舰”首次在再入大气层过程中，提供关于高超音速再入过程中的高温和飞行器控制的宝贵数据。通过“星舰”上的“星链”终端，实现对再入过程的实时观测。
此外，此次任务中“星舰”还首次开展了在轨推进剂转移技术的演示。对于该项技术，航天科普专家钱航3月15日在接受《环球时报》记者采访时介绍称，在“星舰”第二级的头锥内装有两个小型推进剂舱，一个是10吨储量的液氧舱，另一个是4吨储量的甲烷舱。按照SpaceX公司的任务方案，计划在飞行任务中，将头锥内10吨液氧舱中的液氧转移加注到“星舰”的主液氧舱中，由此实现作为推进剂之一的液氧进行少量在轨转移。这项技术的成功演示，将为未来进行两艘“星舰”在轨演示推进剂转移提供第一手实测数据和经验，而即使演示失败，也能为“星舰”测试团队提供宝贵的正反馈信息和试验教训。
“如果顺利的话，SpaceX公司计划将在未来进行双‘星舰’在轨演示推进剂转移能力，届时一艘‘星舰’与另一艘‘星舰’在轨对接后，两艘‘星舰’将进行液氧和液态甲烷两种推进剂的转移，即实现‘星舰’的在轨‘加油’。再下一步，就是演示加油版‘星舰’为载人版‘星舰’进行在轨加注测试。”钱航表示，这项技术可以视为未来“星舰”实现载人登火星乃至星际移民的一项关键技术储备。
将给航天发射市场带来巨大冲击
即使“星舰”第三次试射任务称不上圆满，但美国太空探索技术公司创始人马斯克在其个人社交媒体平台上兴奋地表示，“星舰”将让人类成为多行星物种，并把人类带往火星。然而比起马斯克所畅想的应用“星舰”实现载人登火星、星际移民这样的远大目标，有业内人士认为，“星舰”一旦实现成熟应用，它给航天发射市场带来的改变会是“近在眼前”的，甚至会给传统的航天发射市场带来巨大“冲击”。
中国商业化SAR遥感卫星及科研卫星公司天仪研究院CEO杨峰3月15日在接受《环球时报》记者采访时表示，“星舰”未来一旦用于卫星发射任务，其最大的意义就是能给商业卫星公司提供更大的运力和更低的发射成本，这也意味着在未来大批量发射卫星将是一件更加简单的事。
杨峰以“手机直连卫星”技术举例称，在SpaceX运用“猎鹰9号”火箭发射可直连手机的“星链”二代卫星后，明显感觉到天上卫星的数量不够用，未来“星舰”用于发射“星链”卫星、可直连手机的卫星星座的发展速度会更快，这在未来必然将构建一种全新的互联网形态。
他进一步介绍称，曾经美国的卫星发射成本高达几万美元一公斤，后来随着航天技术发展，卫星发射成本维持在1.5万至2万美元每公斤左右。而在SpaceX公司研发出“猎鹰9号”火箭之后，商业卫星发射成本大概降到3000至4000美元一公斤。而现如今“星舰”能将每公斤载荷的发射成本降到900美元左右，未来随着该型火箭的不断成熟，运力进一步提升，它的发射成本还会下降。
面对“星舰”带来的“冲击”，杨峰认为应该从更积极的角度来看，“如果‘星舰’确实能够带来航天发射市场的改变，想必中国的商业航天公司也能从中找到努力和投入的方向，最终必然能促进中国航天的发展。”
《航空知识》主编王亚男15日对《环球时报》记者表示，“星舰”未来完全投入成熟应用会带来两方面影响：首先是意味着在世界范围内，重型火箭的发射成本会被极大地压缩，发射效益会急剧提升，某种程度上改变或是重塑全球重型火箭商用化的格局。其次，“星舰”如果成功投入市场应用，则意味着一个“标签”的树立，就是私营的高技术创新型企业能够在短期内通过技术创新的方式改变全球某一个行业的市场格局，比如波音的喷气式飞机被认为改变了全球商业航空的格局，但波音却耗时几十年时间才达到这一成就，但SpaceX公司才诞生22年，其研发超重型火箭最多才十几年时间，如此快速的进步说明技术创新型企业只要在合适的环境和正确的策略下，可能爆发出极大的产业价值。▲