星舰第11飞，归零背后可怕的耐心和可敬的工匠精神 | 二湘空间

美国中部时间10月13日，星舰完成了第11次试飞，和上次一样，又是全面的成功。

我们之前写过文章介绍第10次试飞。这一次任务和之前大获成功的第10次飞行比起来很像，但实际上执行的程序并不太一样。上一次的目的是检验星舰能够成功，留下一个成功的记录。而这次的任务更像是去主动探索成功与失败的界限，并为接下来的第3代星舰留下实验记录（第11次试飞是最后一次第2代星舰飞行）。

图源网络

在超重助推器方面，这一次采用了新的程序。通常情况下会先点燃13台发动机完成减速，用三台发动机完成变轨，最终用三台发动机完成软着陆。这一次变轨用的发动机增加至5台，这是未来三代星舰要用的程序。相较于过去，这个程序冗余度更高，但需要做实验验证。

在星舰飞船方面，首先仍然是对星链卫星的部署测试，同时还要在真空状态下重启一台发动机，并在返回阶段模拟真实的返回路径。以便能够在未来实现垂直回收。最能体现spacex特点的就是，这次主动的移除了星舰飞船的一些隔热瓦，以便能尽可能地探索星舰的耐热极限。

所有的飞船在返回的时候都要经历与大气的剧烈摩擦，由此产生大量的热，所以肯定需要隔热的措施，而且如果飞船是要重复使用的，还要有重复使用或者快速修复的能力。所有搞载人航天的国家无一例外都在这个方面吃过亏，但最有代表性的还是美国的航天飞机。航天飞机原本预计是能够在几周之内进行下一次飞行，但人们很快发现隔热瓦检查维护的时间远远超过此。同时航天飞机的隔热瓦也并不多么的坚强，最终在2003年导致了哥伦比亚号的事故：起飞的时候，一块行李箱大小的隔热泡沫从贮藏箱上脱落，正好掉到飞机前缘上，将一块隔热瓦砸坏，结果返回的时候热空气从此长驱直入，航天飞机最终解体，7名宇航员全部死亡。

跟这样的事件对比起来就可以看出，星舰在耐热方面确实是有一套的。我们在上一篇文章中介绍过星舰使用不锈钢的故事，强调了这是考虑到耐热系统的重量和性能后，综合作出的决定：碳纤维之类的材料可能更轻，但也更不耐热，因此需要更重的防热系统，采用不锈钢，虽然结构上更重，但总体上可能更轻。

最能体现这一点的还是之前进行的第4次试飞（如下图）

在这次试飞的返回过程中，热空气开始侵蚀星舰一侧的副翼，并将之烧穿（如上图）。所有人，包括spacex任务控制中心的指挥员们，都认为他们的飞船即将失去，但是S29号星舰却一直坚持着，尽管蒙皮已经被烧化、桁架已经被侵蚀，这片副翼却始终连接在星舰上并发挥着作用，等到摄像机恢复的时候，尽管已经有一两平米的面积被彻底烧掉（见图中的红色区域），但星舰仍然在继续飞行，最终圆满完成任务。于是S29号星舰便得到一个美称“传奇耐烧王”，也证明了他们选择不锈钢的正确。

在上一次飞行中， spacex已经证明他们可以顺利地完成整个流程，于是这一次任务当中就包括挑战星舰飞船的极限。很多地方的隔热瓦被有意地去掉了，以便模拟。因为外部撞击等原因，这些隔热瓦在飞行中脱落时，星舰飞船飞行的安全性。同时也有很多隔热瓦采用了新的工艺，这些都在做着测试。能够执行这样的任务，显然spacex他们已经做好了最坏的打算，那就是即使飞船炸掉也不足惜。这也体现出了他们的一个大特点：逐步迭代、不断试错的设计逻辑。

航天界都有一个词叫做归零，指的就是把所有的问题一个一个找出来并解决掉，最终保证飞船发射的时候没有任何设计和质量问题，确保能够一次成功。其他人都是在这样做，但spacex有明显的不同：他们很多时候打上去的飞船都是半成品，只是为了验证特定某些部分的性能，同时有些时候即使飞船和火箭并没有实现0故障，也可以正常飞行。

归零背后当然意味着可怕的耐心和可敬的工匠精神，但是在信息化的时代来看，这已经是落后的研发程序。正如我们在上一篇文章中提到的，Spacex的研发程序很大程度上受了这些人软件工程师背景的影响，而软件开发中最重要的特点就是模块化的研究和不断试错的发展步骤，这在很大程度上提升了整体的研发效率。一下子写出来几万行几十万行代码再一起去debug，恐怕谁都解决不了，所以软件工程师都是先以实现特定的某个小功能为目标，把这个先完成，然后把一个一个完成的小功能串接起来，形成一个大的软件。

Spacex也是这样研究他们的火箭和飞船的，但也正如之前的文章所说到的，这有一个前提：他们的火箭足够便宜，可以让他们不断地试错。这也是采用不锈钢的一个重大好处，当然，因为广泛使用各种各样特种加工技术，他们的火箭发动机也很便宜，只有20万美元就可以买一台。虽然到目前为止他们一刻不停地在制造各种各样新的星舰飞船和超重助推器，还在做着各种各样的实验，但整个新建项目每年只花费20亿美元的现金流。

除了这个前提之外，就是他们的设计特点：他们的设计高度模块化，一个模块需要改变乃至一个模块瘫痪，都往往不至于牵一发而动全身，引发整体的设计改变或者导致整个飞船整体的失败；即使需要改变，他们也充分借助数值计算和仿真，可以在很短的周期和资金下完成设计改变，同时也提供充分的冗余度，保证个别系统的失灵，不会导致整个飞船的失灵，比如主计算机单元，同时使用三台一样的芯片，再比如说超重助推器返回的时候启动中央三台发动机，但实际上任意两台能够启动就可以正常返回。

当然他们还有很夸张的脑洞和敢为天下先不怕失败的精神。这一点最好的例子是之前的一次猎鹰火箭的发射。在那一次发射中，人们发现二级火箭的尾喷管上有一个裂缝。尾喷管的作用在于使气体膨胀、加速、降压，尽可能贴近外界的气压以保证气体尽可能笔直向后喷出，因此尾喷管如果失效或者不够长，将意味着火箭发动机无法达到规定的效率。

图源网络

通常情况下，喷管出现裂缝意味着需要更换整个尾喷管或者更换整台发动机，但spacex开了一把脑洞：他们发现尾喷管裂缝的位置在喷管很靠后的一段，于是就计算了把这一节喷管截掉的影响：这会意味着火箭发动机效率变低，但重量也会变低。无论如何，他们计算出来的结果是即使截掉这一段也足够完成任务，于是他们就真的把这一节喷管截掉了，最终也如愿达成任务。这种事之前从来没有人做过，显然也没有实验数据支撑他们，只有一些计算和模拟的结果，但他们就敢这样做，而且我也确实想象不到其他人敢这样做。

这样的特点就带来了一个好处：他们迭代更新的速度非常快。迄今为止，星舰总共飞了十一次，但已经有了整整三代甚至4代的计划。马斯克的野心显然随着星舰的成功水涨船高，现在的星舰120多米高，已经是世界上最大的火箭，但接下来要推出的第3代星舰整整142米高，飞船部分被很大的延长了。同时还有第4代的计划，预计还会继续延长。通常情况下，在这个阶段正常的团队会要求尽可能的冻结掉设计，而他们不但没有动结，反而越改越多，但是他们一直如此，也没有搞出什么乱子，这也是他们的最大的优势。

凡此种种，星舰的第十一飞或许从表面上看起来和之前的飞行差不多，但实际上更深刻的体现了星舰的特点和能力。更进一步的还是建议大家看一看我在第10飞时写的那篇文章，那篇文章更多地介绍了这家公司的历史和其他的特点。我们会持续关注星舰，解读他们的各种各样的技术更新，希望大家持续关注。

作者：海北尬生，因其尝求学于北海之北，每不顾环境而放尬言，故起此名也。喜航天，爱读书，本学理工，爱好文学。

~the end~