全國空間探測技術首席科學傳播專家、衛星應用產業協會首席專家龐之浩
(資料圖)
出品｜搜狐科技
作者｜鄭松毅
4月20日，美國中部時間4月20日8:33左右，馬斯克旗下的SpaceX星艦系統滿載超4500公噸推進劑從得克薩斯州的SpaceX火箭發射基地點火發射，執行首次軌道級測試飛行任務，但升空3分50秒后爆炸。此前，美國時間4月17日，星艦起飛前不到10分鐘，因增壓閥似乎被凍住了，無奈暫停位于美國得克薩斯州南部發射的計劃。
“本次星艦發射失敗的主要原因是它同時并聯了33臺新型第二代“猛禽”發動機，剛開始是有3臺沒有成功點火，升空一段時間后又有2到3臺發動機熄火了，最終導致星艦在升空接近3分鐘時呈失控狀態。并聯使用這么多臺發動機同時點火工作，是一項十分復雜的技術，會產生巨大高頻震動和高溫，容易影響火箭的推力、速度和姿態控制等。”——全國空間探測技術首席科學傳播專家、衛星應用產業協會首席專家龐之浩在與搜狐科技對話中解釋了星艦發射失敗的原因。
龐之浩表示，箭體上密集部署了33臺發動機，其中外圈20臺是固定設計，中間的10臺和最內圈的3臺為了實現變軌是可以擺動的，這么多發動機同時點火會產生高頻震動，影響箭體本身的穩定性，也就是大家看到星艦發射時顫動的原因。
龐之浩介紹，SpaceX星艦較之前NASA（美國國家航空航天局）發射的“人類史上使用過的自重最大的運載火箭“土星5號”還是有較大的差異性。從材料和技術角度來看，SpaceX星艦主要具備以下亮點：
1.燃料：SpaceX星艦采用了常規火箭都不采用的液氧甲烷燃料，液氧甲烷燃料具備無毒環保、高比沖、低成本、易于重復使用的特點；
2.材料：與其他登月火箭相比，星艦的箭體是由不銹鋼制成的，并配備了耐高溫的燒蝕防護層，可以承受高溫和高速下的壓力，且材料成本低，如果用傳統碳纖維材料建造火箭殼體需花費千萬美元，而使用不銹鋼薄板建造殼體僅需幾十萬美元；
3.發動機：在超級重型推進器（第一級）上并聯了33臺新型第二代“猛禽”發動機，是史無前例的，此前只有蘇聯N1火箭的第一級裝了30臺發動機，但4次發射均失敗；
4.世界首個船艦一體的創新設計：星艦不僅在第一級箭體搭載了33臺發動機，在星艦飛船（第二級）上也裝了6臺第二代“猛禽”發動機，因此第二級（箭體）既是飛船又是火箭，既有變軌能力，又有載人的能力；
5.可重復使用性：星艦是一種可重復使用的火箭，它可以多次發射和著陸。這種技術使得每次發射的成本大大降低，因為不需要每次都重新制造新的火箭；一旦星艦成功返回地球，只需簡單的檢查和維護即可重新使用；此外，超級重型推力器的回收方式也很新穎，之前火箭如獵鷹九號要么是落在海平臺上要么落在某一陸地區域，但星艦可以“大筷子”的方式實現垂直回落在發射臺，這樣可以節省（了）降落支腿的成本，也避免降落支腿無法可靠的展開。
龐之浩認為，SpaceX星艦如能成功發射產生的作用和影響將是重大的，其不僅有助于實現“火星遠征”計劃，將人員和設備運載至太空，憑借其強大的運載能力和多用化設計，還可以運載更重、更多的第二代星鏈衛星到太空，甚至一次可以部署一個小的星座，進一步推進了馬斯克的星鏈計劃。龐之浩介紹，星鏈計劃將有廣闊的應用空間，可無縫隙覆蓋全球，為人類提供信號、語音通信等服務，在軍事領域也具備極高的應用價值。根據馬斯克此前透露，預計到2040年，星鏈衛星用戶數量有望升至3.64億，屆時每年星鏈衛星將帶來約800億美元的收入。此外，SpaceX星艦還可以用于地球與太空之間點對點的運輸和建造，包括建設巨型太空站、太空旅館等。它也能在軌回收、修理、升級航天器，比航天飛機還方便。
馬斯克曾表示，他的規劃是當星艦研制成功時將進行規模化生產，每年建造100艘，共打造1000艘，預計每艘成本將低至1000萬美元。龐之浩表示，據業內人士統計，如以上馬斯克規劃能成功實現，地球與太空之間每公斤運載成本將低至100美元，這是一個令人咂舌的數字，要知道常規火箭最低每公斤運輸成本約2到3萬美元。
以下為對話實錄（經整理編輯）
搜狐科技：星艦與之前發射的重型運載火箭“土星5號”有什么區別？星艦在技術上有什么亮點？
龐之浩：星艦與土星5號有很大的差別，其中亮點技術包括：
1. 星艦采用液氧甲烷燃料，無毒環保、高比沖、低成本、易重復使用，且可以在火星原位生產；
2. 星艦的超級重型推進器首次并聯了多達33臺新型第二代“猛禽”發動機，推力達230噸，如33臺同時點火，總推力可達7500噸，是史無前例的；
3. 星艦采用世界上首個船箭一體的創新設計，其第二級星艦飛船也裝有6臺第二代猛禽發動機，使其同時具備變軌和載人、載物的能力；
4. 星艦首次采用不銹鋼材料建造箭體，目的是節約成本，如果用傳統碳纖維材料建造火箭殼體需花費千萬美元，而使用不銹鋼薄板建造殼體僅需幾十萬美元；
5. 星艦第一級、第二級箭體都可回收后重復使用，且可精準垂直回落至發射臺，不用額外建造降落支腿，進一步節約了火箭發射成本；
6. 星艦憑借強大的運載能力和多用化設計，可以運載更多、更重的第二代衛星、人員到太空；
搜狐科技：SpaceX在星艦發射失敗后表示，失敗原因是由于星艦和推進器未能分離，從您專業的角度來看，這是主要失敗因素嗎？未成功分離的原因是什么？
龐之浩：是的，主要是由于發射的時候并聯了多達33臺新型發動機，剛開始有3臺沒成功點火，升空一段時間后又有兩三臺熄火了，最后導致星艦失控，在空中打轉，為了避免墜落地面造成重大損失，無奈只能啟動自毀裝置。這么多發動機同時點火是一個非常復雜的技術，會產生巨大高頻震動和高溫等，影響火箭本身。下一階段需進一步攻克發動機布置、結構、熱防護和可靠性等一系列難關。
搜狐科技：有業內人士表示，“箭體用不銹鋼本身是不可取的行為，火箭升空后的高溫這個東西扛不住”，那么星艦主打的“航天材料可重復利用，減少航天制造成本”的技術亮點究竟能實現嗎？如果能實現將能節約多少制造成本？
龐之浩：我認為使用不銹鋼材料是沒問題的，本次星艦發射失敗也沒有歸因到箭體不銹鋼材料。星艦發射前馬斯克已通過多次原型仿真實驗證明了不銹鋼材料的可用性，如果用傳統碳纖維材料建造火箭殼體需花費千萬美元，而使用不銹鋼薄板建造殼體僅需幾十萬美元；可重復利用性主要還是指的箭體，最值錢的還是發動機。
搜狐科技：SpaceX星艦另一技術突破亮點號稱是環保設計，燃料采用甲烷和氧氣，較傳統火箭燃料燃燒產生的二氧化碳少得多，但其實我們知道甲烷和氧氣作為燃料已經是很久之前就應用的技術，這還算是突破性創新嗎？
龐之浩：液氧甲烷燃料，無毒環保、高比沖、低成本、易重復使用，且可以在火星原位生產；但是，歷史上使用這種燃料發射的火箭都未成功，燃料可用性還值得探究。
搜狐科技：星艦的單次發射成本大約是多少？馬斯克在星艦發射后表示，將根據失敗數據及時優化技術，且SpaceX將很快再次嘗試，稱正在德克薩斯南部建造一系列星艦，今年有80%的機會進入軌道，您認為馬斯克的SpaceX確實具備及時調整并在今年大概率再次試飛的實力嗎？還是只是馬斯克為了穩住股價的說辭？
龐之浩：火箭發射成本主要就是火箭建造成本，傳統火箭如土星5號建造成本約40億美元，此次星艦因首次為試驗制造，制造成本約30億美元，馬斯克表示未來規模化建造后成本將低至1000萬美元。
值得一提的是，如果上述規劃能實現，地球到太空的運輸成本將低至每公斤100美元，常規火箭需約2到3萬美元每公斤。
SpaceX是具備短期內再次嘗試發射的實力的，此次星艦同批建造并獲得NASA發射許可共5艘，還剩4艘可以用于試射。
搜狐科技：星艦如能發射成功，將會產生什么作用和影響？“火星遠征”計劃真的可以實現嗎？
龐之浩：不僅有助于實現“火星遠征”計劃，將人員和設備運載至太空，憑借其強大的運載能力和多用化設計，還可以運載更重、更多的第二代星鏈衛星到太空，甚至一次可以部署一個小的星座，進一步推進馬斯克的星鏈計劃。此外，星艦還可以用于地球與太空之間點對點的運輸和建造，包括建設巨型太空站、太空旅館等。
搜狐科技：星艦發射雖然表面上是“失敗”，但很多人認為走出這一步，能發射就是成功了，您是怎么看待這個問題？對于火箭發射，一般要嘗試多少次失敗才能走向真正的成功？
龐之浩：本次試射有兩方面的成功：一方面是如馬斯克所講，星艦沒在發射臺爆炸；另一方面是星艦突破了MAX-Q（火箭穿越大氣層時遭遇最大氣動壓力的階段），證明星艦結構和強度是沒問題的。
馬斯克造火箭實際上是“互聯網式”思維，不斷通過發射試驗發現問題，并且不斷改進優化，似乎對于真正的成功沒有一個可量化的定義。
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