发布日期 2024-11-21 | B站
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2024年11月21日星期四，欢迎收看第32期高见，本期我们来聊一聊星舰六飞。北京时间11月20日早晨6点，SpaceX开展了星舰第六次试飞任务。与星舰五飞相似，这次试飞在技术上的改动也非常有限。上个月的星舰五飞已经基本完成了第一代星舰的测试任务，在星舰版本大更之前，值得开展的测试项目已经不多了。但星舰五飞时，FAA颁发的许可证已经包含了六飞任务，B13与S31也完成了多轮测试，不发射就浪费了。于是SpaceX对执行六飞任务的星舰做了少量改动，从而进一步贴合下一代星舰的技术特征，为明年的试飞铺路。
13号助推器的改进
上个月的五飞首次实现了助推器塔接回收，但在回收前，助推器出现了几个问题。比较明显的问题是返回阶段有一处边条翼蒙皮撕脱，边条翼内部包裹的是一对单点失效阀门。航天器在条件允许的情况下，通常会采用一用一备的布置，从而保证故障冗余。但并不是所有分系统和部组件，都具备一用一备的条件，没有备份冗余的就叫单点失效。换句话说，在五飞的返回阶段，如果边条翼内部阀门因为蒙皮脱落而导致破损，就必然会造成无法挽回的故障。这次试飞的13号助推器吸取了五飞经验，在边条翼上加装了更多的铆钉，从而提高结构强度。星舰五飞时，12号助推器在执行塔接前，脐带接口附近出现了脱落物，后续的持续火灾可能与此有关。这次试飞由于没有执行塔接回收，缺乏近景画面作为对照。但从远景画面来看，火灾情况似乎有所改善，合理推测，相关故障点也进行了类似边条翼的加强措施。助推器最关键的一处改进是在看不见的软件上。
在五飞任务结束后，隔了十几天，马斯克上传了一个三分钟的游戏视频，马斯克在打游戏时，正在听五飞的总结汇报。SpaceX工程师说，12号助推器回收点火时，发动机涡轮泵起旋压力出现配置错误，没有按预期加压。这不算什么严重问题，但由于回收判定程序包含了对这项数据的严格校验，差点就导致系统触发回收中止判断。而当时如果中止回收，助推器将砸到发射场附近的地面上，引发一次大爆炸。五飞助推器回收距离失误只有一秒钟。SpaceX的工程师重新编制了回收中止判定，变更了数据报错的提交标准，所以这次B13最大的升级不在硬件，而是在软件上。除此之外，这次13号助推器还有几处不太重要的改动，比如调整了飞行中止系统（FTS）的安装位置，改用了更小的通风口。
31号飞船的热防护改造
五飞时，30号飞船采用了全新的热防护系统。这次六飞的31号飞船，重点改造的还是热防护，在两侧大面积删减了隔热瓦，每侧拿掉了七八列，总计删减了1300多块。隔热瓦很轻，拿掉1300多块隔热瓦，总共减重也不到半吨。删减隔热瓦的目的不是为了减重，而是要给下一代星舰飞船的回收测试铺路。之前星舰飞船的挂载点都是前襟翼的翼根，但前襟翼铰链在几次试飞中都在载入阶段出现了严重烧穿问题，几次技术改善都没有办法完美解决，这次试飞还是有烧穿的现象。下一代星舰会将前襟翼向背风面移动，并且缩小尺寸，计划在明年执行第七飞任务的33号飞船已经完成了相应的改造。这就导致原有挂载点不可用，飞船需要加装类似助推器的回收支腿。回收支腿要对位安装在飞船的两侧，这就与原有的隔热瓦覆盖区域冲突，所以必须要移除部分隔热瓦。
此外，31号飞船还在鼻锥区域拿掉了四块隔热瓦，只保留了钢丝网和底层隔热毛毡，要做一次隔热极限测试。这次飞船的载入过程比以往的表现都要好，下一代飞船已经不用太考虑热防护的问题了。六飞的技术改动少，任务与五飞高度相似，所以航天爱好者普遍觉得缺乏看点。事先能想到的问题，集中在删减隔热瓦之后的飞船能不能扛入再入过程。
特朗普现场观礼
但对于SpaceX与马斯克来说，这次试飞的最大变量不是技术，而是人。过去两个月马斯克成功押注特朗普，完成了一次政治梭哈。最近马斯克频繁与特朗普同行，据说连续好几天就睡在特朗普的隔壁。特朗普在上一个任期就将航天作为“MAGA”的重要组成部分，原计划在连任后搞登月，刷个“科技胜利”的成就。但当时美国航天青黄不接，以波音为代表的老航天企业，更是吃惯了成本加成合同，习惯了拖拖拉拉的干活，副总统彭斯几次到NASA“督战”都催不动进度。登月计划在拜登任期反复延期，但星舰项目也取得了长足进步，现在特朗普时隔四年再次当选总统，风水轮流转，居然还是有希望在第二任期刷个“科技胜利”，成功概率反而还提高了。而且不止是登月，几款鸽了又鸽的航天器都有望在特朗普第二任期投入使用。星舰作为登月计划的重要组成部分，必然被特朗普重点关注。
此外，再叠加马斯克政治加盟因素，这次特朗普选择到发射场现场观礼。美国总统到火箭发射现场观礼的次数不多，上一次也是特朗普。2020年5月30日，特朗普与彭斯夫妇在佛罗里达肯尼迪航天中心现场观看了SpaceX龙飞船首次载人发射。这是自2011年航天飞机退役之后，美国宇航员首次搭乘美国火箭升入太空，寓意非常的“MAGA”。再上一次，是1998年克林顿现场观礼航天飞机发射，再往前追溯就要到阿波罗计划了。为了迎接特朗普，SpaceX提前几天就清扫了星舰基地与周围道路。星舰六飞当天，马斯克更是全程陪同特朗普参观，在旁边做讲解。
取消塔接与助推器溅落
六飞任务的飞行剖面原计划与五飞一致，但飞船实际飞行的远地点高度190公里，低于五飞。此外，遥测数据显示，助推器点火时间也比五飞缩短了约6秒，这让助推器返回航程缩短了约30公里，这些改动很可能就是在给任务提供安全冗余，确保观礼的万无一失。但结果是这次试飞还是出现了意外。由于助推器返回路径更近，留给回收判定的时间窗口也更短，SpaceX必须要在助推器进入滑行状态之前就判断是否要回收。助推器进入滑行返回阶段，现场解说人员收到了工作人员的通知，说不会进行塔接，最终13号助推器在近海溅落。SpaceX事后在官网发布简报，说不回收的原因是发射塔硬件自检触发了回收中止，这对应了现场拍到的发射塔顶部信号天线歪倒。天线歪倒的原因大概率是在星舰起飞时被尾流吹倒了，天线上可能装有类似RTK的高精度定位装置，歪倒后会导致定位无法校准，造成火箭与“筷子”之间的定位解算误差。
甚至更严重一点，天线歪倒时可能直接扯断线缆，造成通信中断，所以系统自检判定放弃回收。助推器溅落之前还是与发射塔同步完成了模拟塔接的回收动作，看上去天线歪倒还在故障冗余范围内。地面布置设施时没有航天器那么苛刻，可以多重备份。发射场不可能只有一个RTK装置，不可能只有一个通信天线，而且地面与火箭上也都安装有测距雷达，因此天线问题并不致命，毕竟四飞时助推器靠海上浮标定位也能实现厘米级精度。更何况星舰五飞的时候，信号塔也被吹歪了，只是没有这次这么严重。可以推测，即便13号助推器执行塔接回收问题也不大。星舰回收受系统判定与工作人员双重决定，助推器选择近海溅落，这里面固然有判定窗口太短的因素，但恐怕更关键的还是SpaceX工作人员求稳，毕竟特朗普就在现场观礼。海上溅落本来就是备用方案，执行起来不算难看，真要冒险开展塔接，万一失败，那舆论上的后果谁都无法承担。
预计明年的星舰七飞也不会进行塔接，要等到8飞才能再次看到助推器回收。助推器溅落后发生爆炸，和上次一样，还是有很多网友觉得这代表了失败。但这是规范要求的爆炸，不炸才是有问题。对，我说的就是这次的31号飞船。S31在海上溅落后只是发生了部分破裂燃烧，并没有爆炸解体。按照FAA文件要求，这属于不达标，残留燃料可能会造成海洋环境污染。明年SpaceX拿到新发射许可之前，FAA有可能会对这一问题再次展开技术审查，并要求整改。
更有娱乐心态的六飞
总体来说，星舰六飞在技术上没有多少新东西，SpaceX自己对六飞的态度也是更有娱乐心态。比如SpaceX在31号飞船两侧前襟翼附近都画上了“香蕉人”，迎合美国香蕉比例的网梗；SpaceX工程师穿香蕉服摆拍；官网上还挂上了周边商品；载荷舱内部也放了个香蕉。六飞任务为第一代星舰画上了一个不太圆满的句号，这个不太圆满，是因为五飞相比起来太成功了。星舰还在快速迭代，备战明年的版本大更。目前星舰工厂已经被拍摄到有一批第二代飞船正在建造。
备战2025：目标发射25次
根据星舰基地总经理凯西·卢德斯的介绍，SpaceX计划在2025年发射25次星舰。此前SpaceX已经向美国政府提交了未来的发射计划，目标是让德州星舰基地每年能发射25次星舰。当然SpaceX的计划往往是超前的，今年原本计划发射6到9次星舰，实际只完成了4次，计划总是赶不上变化。
FAA审核机制的不适配
SpaceX明年想要发射25次星舰，要经过FAA许可，而目前FAA的审核机制针对的还是每年最多发射10次火箭的传统航天企业。之前FAA能够给猎鹰9一次性发放长期许可，是因为猎鹰9很快就完成了技术冻结。但到了星舰这种超大型复杂项目，技术收敛周期要接近10年，传统审核机制已经不适配了。此外FAA面对越来越复杂的市场，人事结构也不断膨胀，官僚主义不断加剧。即便如此，FAA也早就无法解决繁杂的技术审核工作，很多审核都是以半外包的方式让企业自查自纠。比如波音飞机的技术审核，就是波音派驻一部分工程师到FAA挂职，专门来审波音自己的项目，因此不难理解FAA在航天项目上对波音和SpaceX双标。现在FAA对SpaceX的审核有相当一部分内容也是SpaceX自己来完成的。但凡事只要开始走流程，就是个各部门读条的过程，所以马斯克经常吐槽FAA。
如果未来航天产业能发展成普通的规模工业，那自然不需要保留这么臃肿的审核机制。可眼下SpaceX才是航天产业中的特例，马斯克骂归骂，体制改革不可能围绕一家公司来量身定制，SpaceX最多是争取让FAA给个特殊对待。
快周转的潜在堵点
SpaceX明年想要发射25次星舰，除了审核要读条，星舰基地还要进一步提高周转效率。从星舰首飞到星舰六飞，发射间隔从212天缩短到了37天，明年进一步缩短到一个月以内的问题不大。但想要实现25次发射，需要把周转时间进一步压缩到2周以内。更何况，明年七飞任务很可能要安排到2月份以后，排期会更加紧张。因此，明年大概率没有办法实现25次发射，能在今年的基础上翻倍，发射8次星舰，就是个不错的成绩了。星舰想要快周转，意味着全流程节拍必须一致，但凡有一处堵点就会影响全局效率。现在星舰工厂生产不锈钢舰体的效率已经很高了，已经开始用机械臂来辅助装配，但猛禽3发动机还在跑验证测试。星舰五飞之后，10月23日，猛禽3在麦格雷戈测试场进行了39次快速启停测试，之后在11月5日开展极限工况测试时出现了炸机。从目前进度来看，猛禽3距离进入稳定的批生产状态还有相当长一段时间。
而且就算进入了批生产阶段，前几批次还可能存在质量不稳定的问题。星舰前四飞都出现了发动机故障，到五飞之后才实现完美点火。这里面一个很重要的原因，就是前几批猛禽2发动机的技术状态存在变化，导致并联工作时不稳定，尤其是去年的首飞任务。这次试飞的星舰，安装的猛禽2发动机编号已经快排到400了，合理推测就是跳号的靠后的稳定批次，这才保障了火箭的良好点火。现在S33安装的还是猛禽2，明年的发射任务也还要靠存量的猛禽2来完成。存量猛禽2还有300多台，就算全部检修利用起来，也不够支撑明年10次发射。SpaceX如果想在明年实现10次以上的星舰发射，在猛禽3正式投入使用之前，要么继续选择生产一批猛禽2，要么选择助推器与发动机回收再利用。前者不是马斯克的作风，后者风险太大，都不是太好的选择，最好还是尽早换装猛禽3。
因此猛禽3的生产进度会成为明年制约星舰项目进度的一个潜在因素。星舰快周转的另一个潜在堵点是飞船隔热瓦。目前星舰飞船一万多块隔热瓦都还要靠手工安装，每次发射都会有脱落、烧蚀，都需要手动维护。当然这方面只要肯堆人力，还是可以应付半个月的周转周期。随着星舰发射频次上升，周转压力也会传递到第0级，尤其是未来换装更大推力的猛禽3，扩大发动机并联规模，起飞推力直奔万吨级，发射台的负荷更大，而现在的发射台已经很难再压缩维护周期了。所以今年SpaceX花大力气在星舰基地建设了发射塔B，采用更可靠更容易维护的导流槽与发射台方案，计划在明年上半年投入使用。在星舰五飞之前，SpaceX用六个星期就快速完成了发射塔架的模块化拼装，这些地上部分还只是看得见的效率。
由于博卡奇卡星舰基地是在沿海滩涂，地下水位高，地面设施必须靠密集的深桩才能维持结构稳定，光是发射塔地下就打了133个深桩。SpaceX为导流槽设计了全新的方形发射台，采用预制钢结构拼装，相关分段在星舰五飞之前就陆续进场了。有了模块化预置发射台，未来星舰高频次发射，哪怕造成的结构损坏也能迅速更换。
佛州基地与远期规划
现在博卡奇卡在建的新发射塔虽然叫B塔，但这是SpaceX第三座星舰发射塔，第二座在佛罗里达州卡纳维拉尔角。现在博卡奇卡星舰基地的这些升级改造，未来都会服务于佛州星舰基地。目前佛州星舰基地已经开始动工，卡纳维拉尔角39A号发射台正在按照星舰第0级标准建设。在今年第31届巴伦投资大会上，SpaceX首席运营官格温·肖特维尔说，未来四年星舰有可能发射400次，除去2025年的25次，2026到2028年平均每年要发射125次。前面提到SpaceX已经提交了德州星舰基地每年发射25次的计划。此外SpaceX还计划在卡纳维拉尔角实现每年120次星舰发射，其中39A发射台每年44次，37B发射台每年76次。如果这些计划都能实现，两个星舰基地每年合计能发射145次星舰，按照每发150吨入轨能力计算，每年能投送2万多吨载荷入轨，哪怕打个对折，也是万吨级的投送能力了。
结语
现在星舰项目已经度过了最艰难的爬坡阶段，一旦进入技术稳定状态，就会迅速展现出指数增长的威力。到那时，连猎鹰9这种上一代“版本之王”，也会被SpaceX淘汰，留给世界其他航天公司的时间不多了。好，本期节目到此结束，感谢各位收看，我们下期再见。
附录
信息来源
事实订正
已核对
- 核实成立：S31（六飞）箭体的涂装正是「Banana for Scale」（香蕉比例尺）梗的香蕉贴纸，六飞载荷舱内置玩具香蕉作零重力指示物，任务徽章戏仿Chiquita香蕉标签；「香蕉比例尺」为该梗通行中文译名。文稿「香蕉人」「香蕉比例」疑为转写讹误（官方站ASR同），建议订正，见corrections（需音频酌定）。（来源 space.com）
待核对
- 「助推器点火时间也比五飞缩短了约6秒，这让助推器返回航程缩短了约30公里」：按维基时间轴五飞助推返回点火 56 秒、六飞 54 秒，约缩短 2 秒；节目数据或来自自身遥测分析
- 「飞船能不能扛入再入过程」：「扛入」疑为「扛过/扛住」，音频语气未确认
- 猛禽3「11月5日开展极限工况测试时出现了炸机」：10月23日 39 次快速启停测试已获证实（NSF/Reddit 2024-10-23）；11月5日炸机未直接检索到原始报道，与当时 McGregor 试车传闻相符
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