星艦首飛：炸了卻引發(fā)全場歡呼，還刷新了紀(jì)錄

星艦采用了箭船一體化設(shè)計，所以星艦飛船的直徑與超重型火箭的一樣大，星艦飛船堆疊在超重型火箭上方，形成完整的星艦系統(tǒng)。2023年4月20日，仿佛一只剛剛展開翅膀的新生大鵬鳥，首枚完全集成的超重型火箭與星艦飛船迎來了它們的處女秀——星艦首次全面綜合飛行測試。

星艦成功從軌道發(fā)射臺升空，飛到了39千米的高空，但由于先后有6臺發(fā)動機出現(xiàn)故障，星艦在空中僅僅飛行了大約4分鐘就翻滾爆炸，萬眾矚目的首秀以一場壯觀的“煙花表演”戛然而止，與原計劃的90分鐘飛行時間相距甚遠。盡管如此，現(xiàn)場卻爆發(fā)出了熱烈的歡呼聲。SpaceX網(wǎng)絡(luò)直播的主持人表示：“這里的每個人都非常興奮?！盨paceX首席執(zhí)行官兼創(chuàng)始人埃隆·馬斯克也在第一時間發(fā)文，祝賀SpaceX團隊成功進行了一次激動人心的星艦試飛。

“只要不在發(fā)射臺上爆炸，就算成功”

為什么星艦首飛僅僅4分鐘就炸成了煙花，現(xiàn)場觀眾卻歡呼雀躍，還稱其為“成功”的試飛呢？這是因為星艦的開發(fā)理念與傳統(tǒng)火箭的不同，它采用了“以飛代試”的模式。簡單來說，就是用一系列原型機進行反復(fù)測試，邊飛邊炸，邊炸邊改進，一路試錯，一路更新，不斷提升星艦的性能。星艦的全面綜合飛行測試，并不是以是否爆炸來衡量成敗，而是看是否達成了測試目標(biāo)，以及能學(xué)到多少經(jīng)驗。

這次試飛的主要目的是驗證星艦?zāi)芊耥樌l(fā)射，進入預(yù)定軌道，以及再入大氣層的能力。SpaceX表示“只要不在發(fā)射臺上爆炸，就算成功”。盡管超重型火箭尾部的推進劑泄漏，引發(fā)了火災(zāi)，導(dǎo)致星艦失控，未能實現(xiàn)超重型火箭與星艦飛船的分離，但星艦成功升空，未炸掉發(fā)射塔，并順利飛到了39千米的高空，超重型火箭與星艦飛船的完全集成體經(jīng)受住了嚴苛考驗。對于這樣一枚實驗性的火箭來說，這已經(jīng)是一個了不起的重大突破，被科學(xué)家稱為“一座重要的里程碑”。

打破舊魔咒，創(chuàng)造新紀(jì)錄

星艦首次飛行備受矚目，其中一個關(guān)鍵原因是它刷新了人類最強運載火箭的紀(jì)錄。超重型火箭如巨龍般騰空而起，產(chǎn)生的巨大推力一舉超越了航天史上所有火箭，打破了蘇聯(lián)N1火箭保持了半個世紀(jì)的紀(jì)錄，贏得了“最強火箭”的桂冠。超重型火箭強勁的動力，來自它底部密密麻麻排列的33臺猛禽發(fā)動機。它們并列排布，就像一個巨大的蜂巢，使得超重型火箭成為目前并聯(lián)發(fā)動機數(shù)量最多的火箭。

要想讓火箭擁有強大的推力，有兩種途徑：一種是使用幾個非常強大的發(fā)動機，另一種是使用大量相對較小的發(fā)動機。超重型火箭選擇了后者。這種設(shè)計與蘇聯(lián)N1火箭一級并聯(lián)30臺發(fā)動機的構(gòu)型有驚人的相似之處。

20世紀(jì)60年代，蘇聯(lián)還沒有能力造出特別強大的發(fā)動機，他們急于與美國進行登月競賽，于是在研發(fā)N1火箭的過程中，采取了“推力不夠，數(shù)量來湊”的無奈之舉，在火箭一級并聯(lián)了30臺NK-15發(fā)動機。雖然N1火箭創(chuàng)造了起飛推力的世界紀(jì)錄，并保持了半個世紀(jì)之久，但其實這30臺發(fā)動機很難同時點火，也不能在飛行中精準(zhǔn)調(diào)整方向。結(jié)果，N1火箭從1969年到1972年間總共發(fā)射了四次，四射四炸，黯然退場，最終蘇聯(lián)在登月競賽中落敗。

N1火箭的失敗給航天界留下了“多發(fā)動機魔咒”，意思是發(fā)動機越多，可靠性越差。多發(fā)動機的設(shè)計是大忌，它會帶來振動、結(jié)構(gòu)、散熱、可靠性等一系列問題，控制的難度急劇上升，意味著有更多的潛在故障點和更復(fù)雜的系統(tǒng)。

那么，為什么星艦要迎難而上，挑戰(zhàn)“多發(fā)動機魔咒”呢？

我們可以把火箭發(fā)動機的設(shè)計比作計算機的集群。如今，大型計算機公司如字節(jié)跳動的數(shù)據(jù)中心采用數(shù)以萬計的小型計算機進行集群計算，替代了曾經(jīng)的超級計算機。如果其中一臺或幾臺計算機出現(xiàn)故障，不會影響今日頭條或抖音軟件的整體運行。但如果采用一臺或幾臺大型計算機，但凡一臺計算機發(fā)生故障，整個系統(tǒng)就會停擺?；鸺l(fā)動機也是如此，如果采用幾臺大型發(fā)動機，只要有一臺發(fā)生故障，火箭就會損失大部分的推力，無法進入預(yù)定軌道。用大量成熟的小型發(fā)動機組成集群，即使一臺或多臺小型發(fā)動機發(fā)生故障，推力損失也較小，剩余的推力足以讓火箭繼續(xù)飛行。

N1火箭雖然并聯(lián)了30臺發(fā)動機，但設(shè)計上的局限使它僅允許兩個對稱布局的發(fā)動機出現(xiàn)故障。而星艦允許的故障發(fā)動機數(shù)量大大提升，在星艦首飛中，先后有6臺發(fā)動機出現(xiàn)故障，火箭仍能繼續(xù)飛行。N1火箭的發(fā)動機爆炸無法隔離，單臺發(fā)動機爆炸會嚴重影響整個箭體。而超重型火箭的每個發(fā)動機都封閉在自己的防爆保護罩中，單臺發(fā)動機爆炸后不會影響相鄰的發(fā)動機。此外，N1火箭沒有處理復(fù)雜任務(wù)的計算機，而星艦有——SpaceX的工程師可以利用軟件模擬發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀況，找出潛在問題并加以解決。在飛行時，計算機能夠檢測到異常，并在發(fā)生災(zāi)難性故障前關(guān)閉發(fā)動機，保障火箭的安全性。事實上，N1火箭的失敗不能完全由發(fā)動機數(shù)量多來“背鍋”，主要原因是NK-15發(fā)動機相對較新，未經(jīng)測試，非常容易發(fā)生故障。

除了安全性，采用大量小型發(fā)動機并聯(lián)還可以“省錢”。制造超大型發(fā)動機的成本很高，而小型發(fā)動機可以大規(guī)模流水線式生產(chǎn)，生產(chǎn)成本大幅降低。發(fā)動機尺寸越小，處理、測試、安裝和運輸越容易，進一步降低了成本。

星艦不僅成功打破了“多發(fā)動機魔咒”，帶來了前所未有的火箭推力，創(chuàng)造了最強火箭的新紀(jì)錄，為未來的火箭設(shè)計提供了新思路，還通過創(chuàng)新的設(shè)計和技術(shù)，實現(xiàn)了可靠性和經(jīng)濟性的平衡。