初代星艦最後一飛！直播間驚歎：二級沒炸太可惜了……
星艦第六次試飛，點火升空 | SpaceX
北京時間今晨6點整，美國太空探索技術公司（SpaceX）研發的、代號爲“星艦”的重型運載火箭，在得克薩斯的“星際基地”（StarBase）發射場進行了第6次試驗性發射。
星艦是SpaceX正在研製的一款可完全重複使用的重型火箭，起飛重量超越當年的阿波羅登月火箭——土星五號。
這是今年星艦的第4次試射，也是初代星艦的謝幕演出。距離上次成功進行“筷子夾火箭”的第5次星艦發射，時隔僅1個月。
即使放在人類航天最瘋狂的冷戰時期，如此重型的火箭一月一發，這樣的頻率都是難以想象的。
而SpaceX高管更是放出豪言——明年將發射數量提升至25發，即半個月一發。甚至，“未來4年內發射400發星艦也不足爲奇”。
星艦S31和超重B13在進行推進劑加註測試 | SpaceX
承上啓下，V1星艦謝幕發射
第6次發射的星艦組合體，作爲一級火箭的超重型助推器代號爲B13，作爲二級火箭的星艦飛船代號則爲S31。後者是SpaceX規劃中現役V1版星艦的最後一發，S32被取消，下一發S33將會迎來星艦的“V2大改款”。
星艦S31前翼面後方的香蕉塗裝 | SpaceX
因此，第6次發射的飛行流程整體繼承自第5次發射，仍然是一級發射臺筷子回收，二級爲跨大氣層亞軌道，在印度洋無人海域反推軟着陸於海面之上。
由於一級的發射和回收已相對成熟，爲攻克未來難度更高的二級回收，更好地收集二級再入大氣層和調姿、反推、着陸過程的數據，也使預先設置的浮標可以更好拍攝直播畫面，SpaceX特意調整了發射時間，從前幾次的日出時分調整到了日落之前，使二級再入的預定落區仍處於白天，有充足的光照。
星艦第5次和第6次發射時序對比 | 數據來源：SpaceX
在今天的發射中，一級火箭成功點火，33臺猛禽發動機全部點燃，正常工作，並完成了全部的升空燃燒過程。
隨後，在一級火箭關閉大部分發動機（留了3臺）後，星艦飛船成功點燃了6臺猛禽發動機，並完成了一二級的分離。
一二級熱分離 | SpaceX
分離後，一級火箭通過一系列操作，包括翻轉機動和返場推進，朝發射塔方向飛回。不久，順利拋掉熱分離環。
按照原計劃，一級火箭應該像上次發射一樣飛回發射塔，被“大筷子”當空架住回收。據馬斯克爆料，此次一級火箭回收速度更快，難度也更高。
上一次星艦試飛中，一級火箭返回發射塔回收 | Elon Musk
爲防止回收失敗+炸平發射臺這種“兩敗俱傷”的結局，SpaceX仍採用了跟上一次類似的流程：一級火箭在返回過程中，系統會不斷檢查發射臺和火箭狀態。只有當狀態良好，且發射人員手動下達回收指令時，一級火箭纔會飛回發射臺嘗試捕獲回收。一旦火箭異常，比如柵格舵卡澀，推進劑泄露，或者是着陸安全區闖入人員時，火箭將調整姿態，改在墨西哥灣的海面上軟着陸。
今天的發射大概就出現了這樣的意外。一二級分離後不久，飛控團隊發出指令取消一級回收。升空後約7分鐘，一級火箭飛回墨西哥灣上空，成功進行了着陸燃料減速之後，緩緩在墨西哥灣海上軟着陸成功。
星艦一級海上軟着陸 | NSF
一級火箭落海後爆炸騰起的巨大火球 | Gavin R.
星艦入軌的必修課——在軌點火
在一級火箭海上軟着陸的同時，本次發射的二級火箭，也就是星艦S31，在6臺猛禽發動機的推進下也順利進入太空，繼續執行預定測試任務。
有趣的是，此次星艦的載荷艙內攜帶了一位特殊的“乘客”——一根香蕉，用作所謂的“零重力指示器”。
星艦二級滑行過程中，香蕉在艙內飄浮 | SpaceX
本次發射不僅“承上”，爲了更好地“啓下”，還重新恢復了第3次試飛中未能成功實施的重要試驗——發動機在軌點火試驗，從而爲後續V2星艦的真正入軌發射打下基礎。
在2024年3月的星艦第3次發射中，星艦二級進行完推進劑轉移試驗後，姿態失穩開始旋轉，SpaceX研發團隊保險起見，被迫取消了在軌點火試驗。在此後的第4和第5次試飛中，該試飛項目也並未進行。換句話說，在今天的試飛之前，SpaceX並未向美國聯邦航空局證明，星艦具備入軌後可靠離軌的能力。
假設在未證明有能力可靠離軌的前提下，監管機構就允許星艦進行軌道發射，一旦入軌後準備返回地球時離軌點火失敗，又或者像第3次試飛那樣姿態失控開始翻滾，那星艦就有可能滯留太空，變成人類航天史上最大的單體太空垃圾。如此，後果將不堪設想。
等自然軌道衰減，那是萬萬不能的，因爲如此一來，落點完全不可控，存在砸到有人區的極端風險。畢竟這是一個50米高、直徑9米、重100多噸、半身鋪滿隔熱瓦、且主體採用熔點高達1400度不鏽鋼製成的龐然大物。
那在軌道上引爆自毀呢？也不可行。目前這種跨大氣層亞軌道試飛，可以隨時引爆自毀，因爲碎片馬上就會再入大氣層燒燬，哪怕有燒不完的殘骸，也會落入無人海域。但入軌的星艦就完全不同了，引爆後會產生在軌碎片雲，繼續在軌道上運行並擴散開來，嚴重威脅近地軌道安全。
正因爲如此，星艦必須先完成在軌點火試驗，然後纔有可能獲得許可，真正嘗試入軌發射。
運載火箭末級或上面級的在軌點火和滑行段推進劑管理，一直是火箭研發的難點之一。回顧歷史，即使是進入成熟期的火箭，在軌點火失敗導致發射功敗垂成的例子也比比皆是。這是因爲發動機一次關機後，滑行期間推進劑處於失重漂浮狀態，殘餘推進劑隨機分佈在貯箱中。在軌時如何抑制低溫推進劑沸騰和蒸發損耗，點火前如何使推進劑可靠沉底以防止發動機吸入氣體，如何進行管路吹除和預冷，都是關鍵的挑戰。
獵鷹9火箭二級在軌滑行時貯箱內推進劑漂浮的情況 | SpaceX
在今天的試飛中，升空後大約38分鐘，在太空滑行的星艦S31成功實施了首次在軌點火，證明星艦不僅“入得了軌”，也能“離得了軌”。這一看似不起眼的試驗，給未來星艦入軌發射打下了基礎。
星艦S31完成首次在軌點火 | SpaceX
考慮到後續星艦還要在軌加註，要載人登月，要在月面動力着陸和起飛，這些任務都需要猛禽發動機能夠可靠地在軌點火。今天首次在軌點火成功，算是給星艦的未來開了個好頭。
拆掉隔熱瓦，挑戰極限再入
發射後大約47分鐘，星艦S31在印度洋上空再入大氣層。而此次的再入過程，相比前幾次試飛，可以說是更爲“兇險”。
再入大氣層的星艦S31，被漂亮的等離子體包裹 | SpaceX
目前的星艦仍在迭代完善，因此多見的是針對弱點的“補強”和“加法”，然而本次發射中，基於此前星艦飛船3次再入的經驗數據，SpaceX已經開始做減法了。
經過評估，星艦迎風面邊緣的熱流密度並無此前估計或仿真模擬的那麼高，因此SpaceX選擇拆除了星艦S31兩側的部分隔熱瓦，只用不鏽鋼貯箱壁硬扛。這些位置未來也可能用於設置二級的返回捕獲點。
加之S31本身就是初代星艦的尾貨，沒有載荷，打完拉倒，所以團隊決定“浪一把”——如果成功，就能有效減重；即使翻車，倒也並無損失。
S31隔熱瓦拆除前後對比
事實上，在第5次發射中，星艦S30曾用局部的鋁製瓦片（或許不能稱之爲隔熱瓦）代替邊緣附近的標準隔熱瓦。而鋁的熔點（660℃）正好接近不鏽鋼強度大幅降低的溫度。以304不鏽鋼爲例，超過700℃後，其抗拉強度和屈服強度會迅速下降40%左右，該溫度下若無隔熱瓦保護，貯箱將存在結構解體風險。這些替代性的鋁製“犧牲”測試瓦片，可能給了SpaceX拆除隔熱瓦的勇氣和信心。
目前，星艦二級採用約18000塊六角形隔熱瓦，二級箭體表面溫度最高約爲1400攝氏度，再入時的高溫分佈並不均勻，這與航天飛機時代近似。相對航天飛機採用的多種異形隔熱瓦，星艦除翼面轉角和頭錐等部分外，採用了尺寸統一的六角形隔熱瓦，每片隔熱瓦下有三個固定點，中間夾膠，底層掛網。統一尺寸的隔熱瓦減少了生產和維護壓力。
星艦S31局部佈置了一些特殊隔熱瓦進行測試 | StarshipGazer
此前發射中，隔熱瓦雖然整體耐受住了大氣層的考驗，但脫落、破碎仍難以避免，尤其是翼面轉軸處的設計明顯需要改進。因此第6次發射前，SpaceX再次對S31的熱防護系統進行了全面返工，用新一代隔熱瓦、備用燒蝕層替換了整個二級的熱防護系統，並對翼面轉軸處的防熱和密封進行了額外補強。
星艦首次在白天再入地球大氣層 | SpaceX
與拆除隔熱瓦類似，本次星艦二級還在再入的最後階段刻意以更高迎角飛行，嘗試4個翼面對星艦姿態控制的極限能力，以獲得未來再入和着陸的飛行包線。
所謂飛行包線，簡單來說就是安全飛行的界限——只要在這個區域內，飛行就是安全的，而超出範圍則可能會有危險。
這一過程與戰鬥機爲繪製飛行包線而進行的極限試飛類似，但好在星艦是無人試飛，無需考慮試飛員的安全性，甚至連星艦本身也不用考慮，畢竟這是初代星艦“清庫存”的最後一飛。
從實際發射情況來看，這些改進措施是基本有效的。星艦S31又一次槓過了再入大氣層，但是否能實現免維護再次發射，還要等V2版的新翼面投用並實現二級回收才能全面評估。
星艦S31落海前的翻轉機動和着陸燃燒 | SpaceX
飛行約1小時05分鐘後，星艦S31成功完成了落水前翻轉機動和着陸燃燒，首次在光天化日之下，通過直播畫面清晰展示了星艦在印度洋上精準而又優雅海上軟着陸的全過程。
星艦S31完成海上軟着陸 | SpaceX
就連SpaceX直播間裡的主播都連聲驚歎，星艦S31的這一飛超出了預期——“我們移除了超過2100片隔熱瓦，用的是較早一代的熱防護層，前翼面鼻錐側有缺失，還飛了一次非常陡峭的飛行剖面來測試尾部襟翼，沒人預料到星艦飛船能撐下來”。
看起來，今天的極限測試還是不夠極限，保守了。
星艦S31前翼面的前端，再入時還是被燒紅了——這個問題要留給二代星艦來解決了。| SpaceX
2025：V2首飛、帶載入軌、在軌加註
本次之後，星艦發射可能要陷入一段沉寂，因爲下一次發射，即第7次發射，將是新版V2星艦S33的首飛，擁有多處設計改進，需要更長的時間進行測試和準備：
從實物來看，星艦S33前翼面進行了明顯調整，更小、更靠前，且位置明顯向背風面移動，在再入大氣層過程中可以更好地躲在箭體的背風面，降低熱流峰值，防止出現第4次發射中熱量匯聚並燒穿翼面的情況。
星艦V1版和V2版的對比，前翼面變小、前移且向背風面移動 | StarshipGazer
S33二級整體稍有拉長，隨之帶來更大的推進劑貯箱，載荷空間反有所縮水。考慮到星艦短期內並無真正的大體積載荷需要發射，合理分配級間比，有效提升運力水平更加緊迫。
換用更新一代的隔熱瓦和熱防護系統，隔熱瓦的分佈根據實際再入經驗反饋進行了優化，部分媒體更是拍到SpaceX在隔熱瓦的機械性貼敷工作中已經引入機械臂。
有媒體拍到廠房內機械臂已經開始用於隔熱瓦的敷貼 | NasaSpaceFlight
V2版本星艦最重要的核心任務是，進行首次實際帶載荷的軌道級發射。星艦二級將真正進入繞地球的近地軌道，隨後釋放SpaceX積壓已久的新版星鏈衛星，之後星艦再調頭進行離軌點火，降低近地點，再入大氣層並返回發射場。
V2星艦一級最主要變化是級間段，熱分離結構徹底集成化設計，而非V1的可拆式結構，但V2版一級的生產編號尚未最終確認。後續，星艦一級將在目前33臺發動機基礎上繼續增設發動機到35臺。由於星艦一級外圈發動機已無間隙，增設發動機只能在內圈“想辦法”。
B13推出時，廠房內清晰可見B14和B15兩枚一級 | SpaceX
按照NASA的載人登月艙計劃，2025年中還要進行兩艘星艦的在軌無人對接，並進行噸級的推進劑在軌轉移測試。
因此，對於V2版星艦來說，雖有V1版6次試飛打底，看似成竹在胸，但測試壓力絲毫不減。
第6次發射剛剛結束，後續第7次星艦發射所使用的S33早已製造完畢，正在測試場開展一系列測試，近期已經安裝了相對成熟的二代猛禽發動機。
SpaceX宣稱V2版星艦運載能力爲複用狀態不低於100噸，也坐實了目前V1版星艦結構超重導致運力水平低下的傳聞。有媒體稱，V1版星艦實際運力可能僅有50噸左右。
網友製作的星艦在軌加註對接圖，用了湯姆和傑瑞的梗 | X.com
星艦各版本數據對比 | 數據來源：SpaceX
明年25發星艦，後年自費探火星
SpaceX不僅放話，明年要進行高達25次星艦發射，更規劃在2026年執行基於星艦的無人火星探測任務。
這次任務是相對務實的。按照目前進度，在兩年時間準備一次無人火星任務是可行的。此外，由於大概率是近乎空船着陸火星，所需在軌加註次數也不是很多，可能僅需5次左右，甚至更少。
但也要看到，此次任務的技術挑戰非常艱鉅，需要突破或驗證在軌加註、深空長期在軌、火星大氣EDL等技術。
SpaceX在模擬的火星大氣環境中測試星艦隔熱瓦 | SpaceX
這次火星任務其實並非臨時起意，而是SpaceX“蓄謀已久”。
早在星艦官宣之前，重型獵鷹剛完成首飛的時代，SpaceX就曾規劃過一個“紅龍”任務——自費將改造的龍飛船發射至火星表面，然後利用龍飛船的反推着陸功能降落火星表面。
當時SpaceX曾將該方案提交給噴氣推進實驗室，擬作爲“火星採樣返回任務”方案一部分。最後因爲星艦迅速上馬，加上龍飛船反推着陸取消，該項目只得作罷。
現如今隨着星艦的成熟，這一計劃重裝上陣。
雙塔齊備 | RGV航拍
爲實現這次任務，星艦必須突破大規模推進劑在軌轉移技術，勢必需要第二座軌道發射臺進行週轉和交替發射。
SpaceX第二座發射塔已基本竣工，配套的發射臺又做出了新的改進。第二座發射臺上，“水冷鋼板”可能會用“水冷導流槽”替代，發射臺上的固定點火機構可能又將重新集成進火箭當中。
用於第二座星艦發射臺的主要承力構件正在組裝，考慮到未來V3版星艦將在這座發射臺起飛，起飛推力將高達萬噸。
組裝中的第二座發射臺部件 | NasaSpaceFlight
2025年，星艦將正式成爲一款實用化的火箭，承擔起單星超過1噸重的二代星鏈部署任務，從一個吞金巨獸項目逐步成爲SpaceX的又一款中流砥柱。
未來的星艦登月艙和星艦加油機在太空對接的效果圖 | SpaceX
同時，星艦還需要挑戰難度更高的二級回收，並在此基礎上挑戰大規模低溫推進劑在軌加註這一高難項目。這不僅是NASA設定的重要里程碑節點，更是星艦登月和登火的“必修課”。
SpaceX宣稱，2025年計劃進行高達25次星艦發射，作爲一款起飛推力超過7000噸，運力超過100噸的重型火箭，這樣的發射數量將超過人類此前發射過的所有重型火箭之總和。
或許重型火箭的新時代，就將從下一次星艦發射開始。
讓我們拭目以待。
作者：跆拳道大灰狼
編輯：Steed
封面圖來源：SpaceX
一個AI
懂王特朗普也去現場看了今天的發射，莫非一級不回收是怕炸到他？