北京时间9月28日23时57分,星舰S41以尾部朝下的姿态冲进夏威夷以北的太平洋。入水前大约一分半,飞船还在9公里高空、时速549公里,随后减速、翻转、点火,最终以每小时几十公里的速度受控溅落。船体接着解体,海面只剩下一团火焰。这是星舰第一次完成「入轨—离轨—再入—溅落」的完整轨道往返。
原计划是飞近10小时、绕地球约6圈,再在智利以西太平洋溅落。实际飞行3小时8分,溅落时刻比原时序早了约6小时42分。原因不是入轨失败。S41已经把26颗星链V3送入轨道,并且全部取得联系。上升段一台真空猛禽提前关机之后,SpaceX不再继续长时间在轨,改用已经协调好的北太平洋落区提前回家。星舰这一次真正绕起来了,也自己回来了。回来的时间和圈数,都不是原剧本。
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●为什么提前关门:一台猛禽掉队,星舰没有继续赌
第14飞的入轨不是自动执行的。S41按设计先飞一条被动安全的亚轨道:后面即使不再点火,飞船仍会重新进入大气层。近地轨道速度大约每秒7.7公里。差最后这一点,飞船沿高弧线落回地球;补上这一点,轨迹才会闭合。补上之后,还必须有能力把这一点速度再减掉。
SpaceX直播解说丹·霍特(Dan Huot)把这个判断说得很明确:只有在非常有把握、确定负责把飞船送出轨道的系统仍然能工作时,才会真正入轨。上升段一台真空猛禽提前关机,另外5台烧得更久,S41仍然飞到了那条被动安全的亚轨道上。随后放行的不是这台已经失效的真空猛禽。离轨和着陆都用不上它。负责这两项的是底部中央3台可以摆动、也可以重新点火的海平面猛禽。这3台被确认状态良好,入轨补火才获批准。
补火发生在起飞后约25分半。一台海平面猛禽点燃,持续19秒。直播解释这次点火时说,推进剂来自鼻锥里的头部小储箱。大储箱进入失重后,推进剂会漂,出口不一定喝得到。头部小储箱供给的是这种短时间点火。
这19秒给飞船增加了约每小时204英里,也就是每秒91米,大约是轨道速度的1.2%。Ars Technica给出的轨道高度约为171英里,写作276公里。SpaceX账号写的是约275公里,是同一高度的不同取整。就是这一次短促点火,把原本会落回大气的亚轨道闭合成了轨道。
载荷释放在其后大约8分钟的滑行之后。官网时序写起飞后34分07秒开始、1小时04分39秒结束。英文维基晚大约10秒。无论哪一版,都是半小时出头,26颗星链被逐一推出货舱。
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SpaceX表示,随后通过星间激光、地面站和用户终端,每一颗都建立了联系。这些卫星接下来要自检,并用自身推进抬高轨道,然后才服务用户。马斯克确认26颗工作正常。上半场最重要的目标到这里已经落地:留下来的不是随飞船再入烧毁的配重,而是要进入星座、继续工作的卫星。
长航时没有继续。英文维基的时序表里有一行「在轨早期应急检查未通过,飞船提前离轨」。同一张表把着陆点火写在T+2小时50分,与直播遥测矛盾,这一行不能单独当作官方结论。SpaceX自己的表述是出于充分谨慎。
霍特在溅落后补了一层:滑行过程中队伍一直在看飞船状态,想要的数据拿得到,于是决定提前再入,改在夏威夷附近落水。提前回家砍掉的是多出来的那几圈滑行,不是再入数据一份都没有。
若按原计划飞近10小时,还会碰到另一笔账:液氧和液态甲烷在数小时失重里怎么吸热,储箱压力怎么走。这次没飞到那里。那是这份任务没有覆盖的试验,不是SpaceX宣布的返航理由。
●离轨大约在起飞后2小时12分,11秒仍只是计划
霍特把这次离轨放在起飞后大约2小时12分,也就是北京时间28日23时01分前后。直播口令是:发动机转到逆行方向,点燃一台海平面猛禽,燃烧大约8到10秒;随后称燃烧正常,下降滑行轨迹正常,并预计大约30分钟后开始看到再入发光。《科学美国人》写离轨约在美东时间上午11时,与T+2小时12分重合。
官网飞前时序把离轨写在T+8小时52分37秒至48秒,共11秒。那是智利以西、近10小时任务的计划,页面在飞行后没有改成实测。飞行后说明只写「重新点燃一台海平面猛禽,完成首次离轨点火」,没有精确到秒的时长。11秒是计划值。8到10秒是当次口令,不是事后标定。
维基写成T+2小时12分00秒至11秒。时刻和霍特的约数重合,但同一张表的着陆点火在T+2小时50分,与直播不符,那个整秒时长也不采。
也不能把入轨时的每秒91米按11比19,或按10比19,换算成离轨速度增量。入轨时船上还有26颗卫星,每颗约2吨,合计约52吨。离轨时这些质量已经不在。同一台发动机,船的质量和油门不同,每秒增加的速度就不同。没有公开的推力、船重和精确秒数,就不该写一个看似精确的离轨速度增量。
量级可以单独算,不必靠那几秒。从Ars所写的约276公里圆轨道出发,把近地点压到约100公里,也就是再入界面附近,大约需要每秒50米出头。压到70多公里,大约每秒60米。再往下,每秒80米上下,椭圆就已经接近与地面相交。这些是轨道几何,不是这次飞行的测量。它说明的是:离开这样一条低轨道,要的是轻轻一推,不是一次漫长的刹车。计划里的11秒、口令里的8到10秒,都落在这个量级里。实际推了多狠,要等精确遥测。
飞前计划里,从离轨关机到再入界面相隔36分钟,从再入界面到溅落还要约21分半。那是智利以西那条弹道。改去夏威夷以北之后,点火点在轨道上的位置变了,这段滑行是不是仍是36分钟,不能用「全程早了6小时42分」倒推。霍特说的「大约30分钟后开始看到发光」,是预报,不是再入界面的实测时刻。
6小时42分只是两份溅落时刻的差:计划T+9小时50分30秒,对上直播里大约T+3小时08分30秒。能被直播钉死的,是最后这几分钟。
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●再入:S41扛过等离子体,防热瓦暂时没有答案
S41以肚皮朝下进入大气层。直播里叫belly flop:不让船头或船尾正对气流,而是把面积最大的一面横过来,用阻力消耗轨道速度。姿态主要不靠发动机。船头一对、船尾一对襟翼插进气流,改攻角、改滚转,让升力往落点偏。Spaceflight Now的记载是,飞船在带电等离子体里快速减速,再用襟翼稳住航向。
Ars Technica写这次再入波澜不惊,防热瓦看起来承受了高达2600华氏度,约1430摄氏度。这是报道里的温度上限,不是一份带着传感器编号的官方峰值。
NASASpaceflight论坛上有人回放时说,等离子体里的火花基本上只有大约两秒,随后转入相对平静的再入。等离子刚褪时,瓦上有一片粉色辉光。投稿者自己怀疑,那是无滤镜相机吃进了近红外,不能直接当成瓦的颜色。也有人注意到着陆销上方的热变色。这些是观众判断。能够确认的只有一件事:S41没有在这一段解体,后面仍能滚转、对准、点火。
飞前就有跟踪者指出,S41身上装着两块从S40拆下来、再次飞行的防热瓦。第13飞的S40贵重,是因为它完整回到了人手里,瓦可以拆下来看。S41没有留下这个机会。
有两个影像常被放在一起,它们都不是再入之后拍的。
▲星链官方账号29日发布的影像,是载荷分配过程中的广角:舱里还堆着没推出的卫星,金属壁、线束和成卷的结构占满画幅。镜头离舱口很近,要看的是货舱里还剩多少。
第三代星链的容量,SpaceX给出的数字是下行1 Tbps、上行160 Gbps。Tbps是太比特每秒,不是太字节。Space.com把单位写成terabytes,是笔误。相对上一代,下行大约10倍,上行大约22倍。波束的原文是「支持2048个下行和上行波束」,没有拆成两个方向各2048,这里也不拆。
SpaceX另有一个对照:一发星舰送进星座的容量,大约相当于一发猎鹰9号发射V2的20倍。星舰这一档的设计装载大约是60颗。第14飞实际部署26颗,20倍不能套到这一头上。
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▲另一张被广泛转发的竖幅画面(已修正广角镜头的光学畸变),是刚分离的卫星回望整艘船。前景的接插件和白色软绳被放得很大,是因为广角镜头贴着卫星自己的结构。中景才是S41的鼻锥、前后襟翼、侧壁上的X和发动机裙部,嵌在地球弧线里。公开任务资料写,31-1组(Starlink Group 31-1)里有3颗带了给船体拍照的相机。Space.com也确认,卫星上的相机回望了星舰。
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▲广角画面不是为了好看。刚分离时距离还近,长焦只能框住一块蒙皮。广角才能在一幅画面里装下整艘船,用来看上升段有没有大片掉瓦。
这张在轨照片能看见的是:襟翼上的网格还在,受光一侧没有大面积裸露,局部有浅色斑块。静帧不能把斑块诊断成损伤。更要紧的是时间:相机拍到的是再入之前的S41。再入之后还剩多少瓦,这张照片回答不了。
●最后90秒:9公里高空翻身,三台猛禽把飞船送进海里
等离子体散尽之后,轨道速度已经磨掉,飞船进入亚声速下落。直播从T+3小时07分04秒切入时,高度9.0公里,时速549公里,约每秒153米。9公里高空的声速仍在每秒300米上下,这已经是亚声速。侧壁和襟翼根部带着再入留下的虹彩热痕,S41的字样还能看见。霍特说大约还有一分钟到着陆点火。这个判断基本准确。
从T+3小时07分04秒到T+3小时08分14秒,高度从9.0公里降到0.9公里,时速从549公里降到361公里,用了70秒。靠近海面之后,大气不足以再把速度降到能够入水的水平。星舰没有降落伞。最后一段减速全部交给发动机。
直播画面上的读数如下。高度为公里,速度为公里/小时。
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4公里附近那一次横滚,是在修正落点。襟翼让船绕纵轴产生坡度,升力方向改变,航迹会向侧面挪一点,和飞机压坡度转弯是同一类动作。解说在这之前已经说过,飞船正朝着落区去。这里更像细调,不是抢救。
大约1公里、时速360公里时,3台海平面猛禽点火。船这时大体还是横的。推力把船尾压下去,几秒内从横飞翻成尾部朝下。翻转不是先摆正再点火,点火本身就在拧姿态,所以尾焰、紫红色火焰和旋转的船体叠在同一段画面里。
时速178公里、高度0.3公里的那一帧,船已经在翻。口令「三台都点着,收到两台」出现在片子大约1分21秒,对应T+3小时08分25秒左右,几乎贴着入水。解说相对发动机事件通常有一两秒延迟。官网原计划里,「两台收到一台」写在溅落前两秒。维基把收到一台标在T+3小时08分26秒。画面能确认的是:S41以垂直姿态、发动机仍在工作的状态接触海面。最后那一台有没有单独稳住,和入水缠在同一两秒里,口令没有再报一次。
逐级把工作的发动机从三台收到更少,是为了避免船越来越轻时被剩余推力重新顶上去。这是设计,不是事故。
T+3小时08分26秒,高度显示0.1公里,时速44公里,约每秒12米。两秒后时速29公里,约每秒8米。0.1公里这个读数可能只精确到百米一级。若发动机不点,船会带着点火开始时的空速拍向海面,大约每小时360公里、每秒100米,而且大部分是水平速度,不是从1公里高度竖直自由落体。每秒8米到12米、尾部朝下、发动机仍在喷,是受控溅落的速度。它也不是能让船体当船漂着的速度。
T+3小时08分31秒,高度读数消失,时速停在11公里,画面是空海。这个11不宜当成船的余速,更像遥测中断后留下的数字。Ars Technica和Spaceflight Now的记载一致:尾部朝下入水之后,船体倾倒、侧躺,残余推进剂点燃,炸开。S41按以往多数星舰的方式结束,没有重复S40那种落完还在。
所以软着陆要拆开看。制导和着陆点火对得上SpaceX那句「在预定点溅落」:三台中心发动机在入轨、离轨之外再次点着,船在最后1公里里从横飞变成垂直,入水速度落到受控范围。没有做到的是S40那种落完还在。防热系统这次靠遥测和再入录像。入轨时的卫星广角只能说明再入开始前外壳大体完整,不能代替打捞。
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●落点:夏威夷以北,现场一艘船
飞行跟踪者TheSpaceEngineer(@mcrs987)给出的S41坐标是北纬25°29′57.46″、西经155°25′39.13″。他写的距离是距夏威夷群岛大约500公里。按这组经纬度、用地球平均半径核算,到火奴鲁鲁大约528公里,到夏威夷大岛北端大约583公里,位置在主岛群以北。精确的是角秒上的两位小数,更像船只或跟踪数据的读数,不是有人把坑测到了厘米。它和SpaceX所说的预定溅落点相符,但不是官方公报坐标。
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这个点是两个预先协调的落区里实际启用的那个。发射前对外说的主落区在智利以西,对应没飞成的长航时。夏威夷以北接得住从得州向东发射、倾角大约30度的轨道:星下点最北到北纬30度附近,北纬25.5度还在这条带子里。落点经度取决于提前离轨时飞船正好飞到哪一段,不是任意一条30度轨道都能落在这里。跟踪者附图里有两条红色折线,包住落点北侧海域。公开材料没有给红线命名。更合理的读法是预先划出的走廊或已经清空的海空域,不是船的尾迹。
现场力量不多。他写道,回收作业船只有一艘,船名MELISSA C。S41入水后解体,这艘船面对的不是第13飞那种拖回一艘完整星舰,而是一片残骸区。
●B21落在40公里外,离筷子夹住还远
超重型助推器B21比S41早大约3小时结束。官网时序和维基都把着陆点火结束写在T+7分01秒,对应世界时12时56分、北京时间20时56分,溅落在墨西哥湾。SpaceX文案里的名称是美国湾,这里仍用地名墨西哥湾。
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TheSpaceEngineer给出的坐标是北纬25°52′47″、西经96°46′36″。以星基地附近(约北纬26.00度、西经97.16度)为参考,大圆距离约40.0公里,方位约109度,也就是东偏南,和他所说的下靶距离正好40公里一致。换一个发射台坐标,这个数会挪一两公里。所以「正好40公里」是相对星基地这一带,不是独立测到米。
他还说,发射前没有在海上资产里看到可以辨认的靶标,因此仅凭船只活动判不出更细的误差,上限大约200米。飞机在约2海里(3.7公里)外盘旋,直升机随后进入,清理漂浮碎片。200米是他自己的上限,不是测量报告。
40公里比前两次的目标区远。那两次分别计划在离岸6公里和10公里。据TheSpaceEngineer,第13飞的B20没有进入自己的目标区,实际位置反而更靠近陆地。B21是把目标放到大约40公里外,然后落在这个距离上。Spaceflight Now所写的「离岸几英里」和这组坐标不符,距离以坐标为准。
发动机台数以SpaceX飞行后说明为准,不以维基为准。维基写成28台里点着26台,和官网、也和直播口令冲突。SpaceX的说法是:33台第三代猛禽全部点燃,上升段有一台提前关机;返回点火计划33台,实际点着31台。这次返回还有一层试验,有意把主储箱里剩余的液氧烧干净,用来摸将来返回发射场时推进剂所剩无几的边界。
▲着陆高压段计划13台,实际点着11台,再收到5台做轨迹细修,最后收到3台入水。直播里事先说过,13台里前面已经有两台不参加,只要还能点着11台,就够一次正常的着陆点火。他们要到的就是这个下限。
▲点火结束,飞行终止系统被触发。SpaceX称之为安全硬件演示。直升机清理碎片,时间上和「溅落之后不把助推器留在海面上」对得上。这是两份公开信息的衔接,不是SpaceX把炸碎片写成了演示项目。星舰追踪者把B21称作第一枚在墨西哥湾完成受控溅落的第三批次超重型助推器。第13飞的B20着陆点火没有点齐,落得偏硬,这个对比成立。它离回到塔上、被机械臂夹住,仍差一次真正的返回发射场。
●总账:进得去,也出得来,但只飞了一两圈
下半场不必写成凯旋,更不必写成半途而废。
离轨做成了。一台反复检查过的海平面猛禽,把S41从轨道上拉下来,送进预先清空的海域。最后九十秒是实的:9公里、时速549公里;70秒后0.9公里、时速361公里;然后翻转、减速,到海面时只剩每小时几十公里,船仍是垂直的,发动机还在喷。SpaceX可以说「在目标点上」。跟踪者的坐标也和「夏威夷以北」相符。
离轨的精确秒数、再入界面的准确时刻,飞行后说明里仍然没有。能采用的是直播口径:大约T+2小时12分,单台,口令8到10秒;飞前那11秒只作计划对照。
载荷单独记账。26颗星链V3留在轨道上,并且全部取得联系,每颗下行按SpaceX的指标为1 Tbps。行业分析师凯莱布·亨利(Caleb Henry)在Spaceflight Now的直播里说,这批卫星早就造好,在得州仓库里等火箭。天上有了这点容量是好事,但在V3的数量变得可观之前,用户体验不会由它们定义。20倍容量是满载星舰相对一发猎鹰9号V2的说法,不是这26颗已经做到的倍数。
边界同样清楚。上升段,S41少了一台真空猛禽。助推器返回点火,计划33台,点着31台。助推器着陆高压段,计划13台,点着11台。飞船溅落用的是另外三台海平面猛禽。冗余把入轨和溅落都救了回来,也让队伍没有把这艘船继续留在天上。官方原因是上升段那台发动机之后的谨慎。霍特补充的是:提前落到夏威夷附近,想要的数据仍然拿得到。没有拿到的是长时间滑行本身。S41不会像S40那样被完整拖回来拆瓦。轨道再入之后的防热结论,因此少了实物。B21落在大约40公里外,随后飞行终止系统响了,塔臂没有机会去夹它。
NASA局长贾里德·艾萨克曼(Jared Isaacman)祝贺时说,船进了轨道,过程走得安全、负责任。进得去、也出得来,是这次飞行的结果,不是他把提前返航说成了原话。出得来的方式,不是飞完大约六圈,而是入轨之后只飞了一两圈,然后在夏威夷以北的海里结束。
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主要信源:SpaceX账号(世界时12:58上升段结束、被动安全亚轨道;约13:11单台猛禽、约275公里;13:15首次入轨;13:25至13:54部署26颗;13:57全部建联;14:17称入轨约三小时后离轨至太平洋清场海域;14:47正在准备离轨;其后宣布离轨完成,约一小时后溅落)。马斯克(14:01首次入轨成功;14:02确认26颗工作正常)。SpaceX官网(起飞7:48:59 CT;返回31/33,着陆11/13后收到5台、3台,关机后演示飞行终止系统;真空猛禽一台提前关机;三台海平面猛禽放行后入轨;因发动机问题缩短在轨,溅落预定的北太平洋)。飞前时序(入轨约19秒,离轨11秒、T+8:52,溅落T+9:50,六圈、近10小时、智利以西;飞行后未改成实测)。霍特(离轨约T+2:12,单台、约8至10秒;溅落三小时出头)。溅落钟点用美东11:57(世界时15:57,飞行约3小时8分),见Spaceflight Now、Ars;NASASpaceflight于15:58发飞行结束,并称爆炸在预料之中。助推器12:57前后着陆。起飞另有7:49 CDT的说法,差一分钟,正文用7:48:59。CNN杰基·沃茨(返回31/33)。路透社9月28日(任务收到约3小时;部署高度约269公里;落点写成受控且带火。早间软硬未判,正文用更新稿)。Morningstar引伯恩斯坦(每颗V3约为V2 Mini的十倍)。落点坐标用TheSpaceEngineer,不是官方公报。维基的7:46、返回26/28、着陆T+2:50不采。北京时间29日0:15离轨、约1:13溅落是把14:17那句「三小时后」当成时刻表的估算,不采。截至28日22:51点火尚未开始;实际离轨约在23:01。
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