北京时间 11 月 14 日 6 时 47 分许,SpaceX 的星舰从得克萨斯州星港基地二号发射台升空,开始第 15 次综合飞行试验。这次任务的安排是用发射塔上的一对"筷子"机械臂先后接住两级火箭:起飞约 6 分半钟后接住返回的超级重型助推器,约 22 个半小时后再接住从轨道返回的星舰上面级。换句话说,助推器和飞船两级都返回发射场、被同一个塔架分别接住,也就是俗称的"一塔双捕"。知乎微博
但计划的前一半在几分钟内就落空了:助推器在返航点火后临时改道,最后在墨西哥湾海上溅落,直播画面显示溅落时起火燃烧,超重型 V3 助推器的首次捕获尝试就此取消。 据 SpaceX 直播解说,助推器是在飞回发射塔途中因一台发动机未能重燃而触发自动中止、转向得州近海的备用海域溅落,直播主持人丹·休特表示团队会深入调查中止的原因。第一财经知乎
飞船这一半则是本次任务仅剩的悬念:S42 已进入地球轨道并完成部署搭载的 26 颗星链 V3 卫星,目前处于环绕地球的长时间滑行阶段,团队正监测各系统。 按实际起飞时间推算,飞船的最后一个在轨检查点在北京时间 11 月 15 日凌晨 3 时 30 分前后,捕获尝试约在 5 时 20 分;无论飞船最后落进机械臂还是落进太平洋,B22 的改道已经决定这次飞行至多完成一半的"完整回收"。微博知乎
一级没能回来:旧经验并没有随手带到新一代上
SpaceX 此前已在塔架上成功捕获三枚超重型助推器,都是第一代产品,其中两枚还完成过复飞。 但今年 5 月第三代构型首飞以来,飞船表现总体稳定,助推器却接连出状况:第 12 次飞行的 B19 返航点火出现问题、在着陆点火阶段损失;第 13 次飞行的 B20 着陆点火时没有点燃全部发动机,撞上墨西哥湾海面后爆炸;第 14 次飞行的 B21 在上升和返航途中各损失一台发动机,只完成了海上软着陆。 换句话说,"筷子夹"并没有随箭体升级自动保留,这项能力还要在第三代上重新证明一次。微博知乎
接飞船,才是真正史无前例的部分
SpaceX 从未尝试过接住飞船:此前所有上面级飞行都以海上溅落结束,在轨时间最长的一次也只有约 3 小时;这一次,S42 要在轨飞行超过 22 小时、绕地球约 14 圈。知乎
两级回收的关卡并不相同。助推器在起飞两分多钟后就分离,返回时高度和速度都有限;飞船则不同——按箭元科技副总裁严佳的介绍,它要在部署完卫星后从超过 200 公里的高度再入返回,再入速度超过 20 马赫,力热环境复杂,对箭体结构和耐高温要求极高。 而且海上溅落允许一定落点偏差,塔架捕获几乎没有余量。第一财经知乎
S42 为此沿用了第 14 次飞行后的隔热盾改进:在受热最严重的区域加装隔热瓦固定结构,大面积区域改用曲面隔热瓦,减少瓦片缝隙处受热。知乎
长时间在轨是另一道坎:第 14 次飞行中,一台真空猛禽发动机提前关机、还出现氦气泄漏,原定近 10 小时的任务被迫缩短到 3 小时左右。知乎
飞船回不回家,由一串检查点决定
飞船入轨后设有 3 个返回检查点,分别在起飞后约 1 小时 28 分、7 小时 16 分和 20 小时 42 分。 前两个检查点如发现异常,飞船会提前离轨,落入夏威夷附近或智利外海的预定海域;最后一个检查点才决定它是飞越陆地回家,还是多绕一圈后在北太平洋溅落。知乎
放行前,飞控团队要逐项核查发动机、供电与通信、飞行计算机与导航传感器、贮箱完整性与压力、姿态控制,3 颗刚部署的星链卫星在轨回拍的隔热盾影像也是放行依据之一。知乎
如果一路放行,S42 将在起飞后约 21 小时 36 分进行约 10 秒的离轨点火,半小时后再入大气层,以机腹朝下的姿态减速,飞到得州里奥格兰德河谷上空时降到亚音速,随后翻转竖直、点火减速落入机械臂;途中若飞船或发射塔出问题,还可调整姿态让它在大气中解体或坠入墨西哥湾。知乎
这条路线还是星舰首次在陆地上空再入,途经墨西哥北部和得州南部的居民区,美国联邦航空管理局为此专门单独修改发射许可、要求公众伤亡风险低于百万分之一,而这份许可直到起飞前几个小时才正式签发。知乎
费劲接飞船,是为了把复用这笔账算平
此前 14 次飞行里,没有一艘上面级再次起飞过——它们要么在飞行中损失,要么溅落海上后就此退役。有分析机构估算,一次性使用的星舰每次发射约需 1 亿美元,而马斯克给完全复用版本定下的目标是 1000 万美元以内,只有飞船也能回收复用,这笔账才算得过来;这也正是星舰和其他可复用火箭的分野:目前蓝色起源的新格伦、蓝箭航天的朱雀三号都只实现了第一级回收。知乎
被接住也不等于马上复飞:此前 S41 溅落后在海上漂了 75 天才被运回星港基地检查,S40 也在海上停留了一个多月。 直接接回发射塔的价值恰恰在这里:飞船能保留完整的再入后状态,部分发动机还可以送上地面试车台复测,工程师据此判断隔热盾和发动机能否再飞。真正决定完全复用能否成立的,不是"接住"那一刻,而是接住之后多久、花多少钱再次起飞。知乎
B22 的改道,已经把第三代助推器的首次塔架捕获留给了下一次飞行。接下来值得盯住的节点很清楚:北京时间 11 月 15 日凌晨 3 时 30 分前后的最后一个检查点,决定 S42 是回家还是溅落;约 5 时 20 分,两根机械臂要么接住人类第一枚轨道级上面级,要么再看一次海上烟花。无论结果如何,这次飞行已经说明,星舰的完全复用只能押在飞船这一半上。