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​星舰“四飞”成功,马斯克的下一个目标更大胆

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摘要:星舰“四飞”成功,马斯克的下一个目标更大胆 人类有史以来最强大火箭 Starship,在经历了 SpaceX 的三次空中试飞爆炸之后,终于在美国时间 2024 年 6 月 6 日的第四次试飞中,实现了飞

星舰“四飞”成功,马斯克的下一个目标更大胆

人类有史以来最强大火箭 Starship,在经历了 SpaceX 的三次空中试飞爆炸之后,终于在美国时间 2024 年 6 月 6 日的第四次试飞中,实现了飞船和助推器的海面溅落。而这也是第一次,众多媒体用了 " 成功 " 这个形容词,来形容 Starship 的试飞。

然而,在前 SpaceX 高管的眼中,Starship 的进展仅仅完成了 70%,今年还有一系列艰巨的技术难点需要攻克。

Lewis Hong FP Solutions VC 联合创始人、SpaceX 前高管:

我认为今星舰今年可能还会(发射)五六次。

这期内容,我们来和曾经参与星舰建造的 SpaceX 前高管 Lewis Hong,一起聊聊星舰截至目前的四次试飞和之后的里程碑,如今的商业太空市场,以及 SpaceX 早期人才所形成的 "SpaceX 黑手党 " 对美国太空制造带来的影响。

第四次发射回顾

美国德州时间 6 月 6 日当地早上 7 点 50 分,Spaceship 的第四次试飞火箭从位于德克萨斯州博卡奇卡的研发、测试和发射基地升空。从画面中可以看出,尽管Starship 配置的 33 个 " 猛禽 " 发动机中的其中一个在途中没能正常工作,但火箭第一级名为 "Super Heavy" 的助推器仍将第二级飞船送至预定高度。

在 7 点 52 分,星舰飞船与 Super Heavy 火箭成功实施热分离,与此同时 Super Heavy 火箭实施翻转机动和回推点火。

随后,在 7 点 57 分,助推器在墨西哥湾溅落,SpaceX 的员工们大家欢呼庆祝。

之后,由 6 台 " 猛禽 " 发动机驱动的 " 星舰 " 飞船继续爬升至预定轨道,并在 7 点 58 分时星舰发动机成功熄火、开始绕地球飞行。

到 8 点 38 分,星舰飞船准备重返大气层。而整个舰体能否通过大气层的考验,将是本次试飞中非常重要的一关。

到 8 点 48 分时候,星舰飞船回到大气层后穿过大气层中最厚的位置,画面中显示一些部件,特别是飞船的襟翼着火受损,摄像机镜头也明显遭到破坏。

但最终,星舰还是拖着残躯坚持到了最后,德州时间 8 点 55 分,飞船成功实施着陆点火和翻转,成功在印度洋海面软着陆,也就是 " 溅落 "(Splashdown)。

虽然各大媒体用了 " 成功 " 这个词作为标题,但对于曾经参与星舰建造的 SpaceX 前高管 Lewis 来说,星舰项目还算不上成功。

星舰项目进度:完成 70%

这次试飞之后被马斯克在推特上称为 " 巨大的成就 ",而我们也能看到 SpaceX 的员工在经历了前三次的被迫引爆火箭之后,第一次成功实现了助推器和飞船的双重溅落,也代表着,本次试飞的重要目标都得以实现。

Lewis Hong:

还蛮准确的,这是大家最出乎意料的,离他的目标只差了 6 公里,6 公里听起来这么远,但是如果从一个东西从外太空掉回来,能够达到这个里面,我觉得已经算是不错了,以第一次来讲。

Lewis 认为,助推器和飞船的双双成功溅落意味着,星舰项目的试飞已经完成了 70%,而今年之后的几次测试可能会实现更多的里程碑。他认为,星舰接下来从 70% 到 90% 的进展目标,是让助推器和飞船降落回准确的地点,并且实现多次重复利用

Lewis Hong:

今年年底,我认为星舰是非常有望可以成功的,不管星舰还是 booster(助推器)成功降落在他们想要的地方,我觉得他不会像马斯克一开始设计的那样,一降落就可以实现这样的 fully reusability(完全可重复性),但透过 minor maintenance(轻度维护),或许能够达到重新发射的这个目标。如果今年能够达到的话,那 SpaceX 星舰这个项目就比 Falcon9(猎鹰 9 号)整整快了一倍。

而再接下来,从 90% 到 100% 项目完全成功,并且可以大规模开启发射,则需要星舰实现让助推器和飞船双双回到原始发射台上,实现重复利用,甚至自动加油。然而,技术的发展曲线是越到后来,剩下的 5% 或 10% 是最难解决的问题。

Lewis Hong:

这就是第一性原理,如果要省去所有不必要的步骤,是不是回到原点,然后只要关起来,再加油,立刻再开始。要能够做到这个地步,就是我说的后面 90 % 这个部分。

我觉得这东西一定是 autonomous (自主的)。这是马斯克的设计,他们叫做 chopstick maneuver(筷子动作),像筷子一样往里夹住。

能在发射台起飞,能在发射台回到地球,并且自动加油,需要很小的人工维护,又能重新发射上天。我们之前的星舰节目提过,星舰可以装下巴黎埃菲尔铁塔折叠起来那么大空间的物体,而在马斯克的设计下,人类需要大规模、频繁发射星舰这样的重型火箭,只有一个目的—— Makelife Multi planetary(成为多行星物种)。

Lewis Hong:

星舰的设计,不止去火星,它是让人能够做长远太空飞行的一个工具,就是不止步于现在的低轨。

而只有星舰的工程进展达到 100%,我们可以频繁发射星舰之后,才能进一步去解决在天上的、更难更远之后的问题,包括空中加油等等。也许在未来的几年,就能做到了。

接下来,我想带大家回顾一下星舰前三次的发射。因为从第一次发射我们硅谷 101 就开始关注了,就像 Lewis 说到的,猎鹰 9 号项目用了 10 年,而星舰到如今初步的试飞成功仅用了差不多 5 年的时间,整个工期缩短了一半,而且从前四次发射可以看出,每一次发射出现的问题,都会在下一次发射中得到解决,这说明整个 SpaceX 公司的解决问题能力以及团队效率非常之高。

前三次发射回顾:Break it and fix it

第一次发射:炸毁发射台

2023 年 4 月,星际飞船首次发射,因为缺乏经验,发射台的设计出现问题,使得星舰在一点火的瞬间发射台的地基架构就被破坏,飞沙走石在火箭升天之前破坏了数个 " 猛禽 " 发动机。

我们知道,星舰的助推器底部安装了 33 台 " 猛禽 " 发动机,每个发动机能输出 50.6 万磅推力,在一级点火的瞬间,33 台发动机瞬间推力超过 7500 吨,因此,每一个发动机都很重要。所以在第一次的发射中,由于多达六个发动机失效,无法拥有足够的动力将火箭推到预定的高度,让星舰在距离地面约 40 公里(25 英里)处,升空几分钟后因为舰体失去控制,让 SpaceX 不得不引爆星舰。

Lewis Hong:

那时候大家也看得很开嘛,离开发射台就是成功,那个时候大家的定义,只要不在发射台上引爆,就是成功,那星舰第一次发射也做到了这一点。

所以第一次,星舰的成功在于没有在发射台上爆炸,成功离开了发射台,虽然把发射台毁得不成样子。而第二次,星舰就飞得更远了。

第二次发射:燃料泄漏

星舰的第二次试飞在 2023 年 11 月 18 日。这一次,马斯克和 SpaceX 先用混凝土加固了发射台,并在发射台增加了 " 水冷钢板 ",它被马斯克形象地称为 " 巨大的倒置淋浴喷头 ",向上喷水以抵消助推器产生的大量热量。

当时业界对这个设计也有很大争议,很多人认为水冷钢板可能无法抵御星舰的热量,还是需要传统的导流槽。但事实证明,SpaceX 这一次用水冷钢板的技术成功解决了发射台的问题,33 个发动机全部点火成功,也没有对发射台造成破坏。这是完全解决了第一次发射的问题。

Lewis Hong:

第二次我就完完全全按照第一次这个经验,那把它完全彻底重新改掉了。六个月的时间内达到这个目标,在美国的工程里面也算是不可思议的一件事了。

但第二次发射也出现了新问题。在发射不久、星舰首次尝试 " 热分离 " 之后,星舰飞船和助推器都出现了问题而被引爆。

SpaceX 在调查后认为,热分离之后本来 Super heavy 火箭启动助推燃烧,向火箭的 33 台猛禽发动机中的 13 台发出指令,推动火箭飞向预定着陆位置。然而,在燃烧过程中,助推器中向发动机提供液氧的过滤器堵塞造成氧化剂入口压力减小,导致多具发动机发生故障,使得助推器在飞行三分半多钟后,在墨西哥湾上空约 90 公里的高度被执行 RUD(快速非计划拆卸)引爆。

而星舰飞船在热分离后,成功点燃了所有六台猛禽发动机,并正常上升,直到飞行约七分钟后,计划中的过量液氧推进剂排放开始。我们知道,在发射前,航天器上会装载额外的推进剂,以收集代表未来有效载荷部署任务的数据,而这些推进剂需要在重返大气层前处理掉,以满足溅落时所需的推进剂质量目标。

然而,当启动液氧排放时,航天器尾部发生泄漏,导致燃烧事件和随后的火灾,使得航天器的飞行计算机之间失去通信。

随后自动飞行安全系统检测到任务规则违规并启动飞行终止系统,使得星舰飞船被迫引爆。而飞行测试结束时,航天器的高度约为 150 公里,速度约为 24000 公里 / 小时,成为第一艘到达外太空的星际飞船。

在第二次试飞之后,SpaceX 验证了发射台设计的可行性,并对在未来的助推器氧化剂罐内实施硬件更改,来提高推进剂过滤能力,并改进操作以提高可靠性。同时,SpaceX 还对星舰飞船实施了硬件更改,以改善泄漏减少、防火和与推进剂排气口相关的精细操作,来提高可靠性。

第三次发射:防热板故障

而在 2024 年 3 月进行的第三次试飞中,前两次出现的问题,第三次试飞都全部解决了。而星舰的第三次发射的一个重要目标就是验证一个关键技术:舱内燃料传输。

Lewis Hong:

那这一次星舰成功分离以后,星舰也第一次成功可以进入到轨道。所以这是第一次如此庞大的物体,可以把东西射进轨道里面了。它在轨道里面的时候,星舰也验证了在这种 orbit(轨道运行状态)里面的燃料从一个桶运输到另外一个桶,这样子的必定的一个 demonstrations(展示)。

那这个东西是用来干嘛呢?因为星舰其实以后有一个很重要的功能,就是要有办法能够在太空里面加油,所以让星舰能够做一些不管是去月球还是更远地方的、长远的计划。那星舰必须有能在空中加油的能力。第三次发射的时候,星舰在太空这个真空环境里面,成功把 fuel(燃料)从一个桶运到另外一个桶,就是用来展现这个技术可行性,这是一个很重要的里程碑,也是很重要的一个 check off(确认技术),给 NASA 看星舰的这个 capability(能力)。

但遗憾的是,在星舰飞船回到大气层的时候,因为防热板出现故障,使得飞船无法顺利通过大气层的考验,最后出现失联、启动自爆程序。而推进器的回收测试也出现了一些新的问题,包括在成功点火减速之后,因不正常摆动导致发动机未能正常点火,而在高度约 462 米时解体。这个高度距离海面的软着陆溅落成功就差一点,但还是没有成功。

所以,在 SpaceX 官网发布的调查报告中,我们看到星舰团队对于这一次测试的各种问题又再次做出快速调整。而就在不到三个月之后的 6 月 6 日,也就是这次最新的第四次试飞中,上面说到的所有问题都得到解决,并且飞船和助推器都实现海面溅落的目标。

Lewis Hong:

每一次星舰除了解决上一次试飞的问题外,都朝着这个最终的目标,就是又在 check off(确认技术)一个里程碑。

我们开头说了,接下来星舰还有 30% 的里程碑要去完成,而越接近 100%,技术突破的难度也就越大。但对于 SpaceX 来说,如今已经不再是研发猎鹰 9 号回收时候,只有三次试飞机会否则就破产的危在旦夕的初创企业了。

马斯克对于 SpaceX 的文化定义是:break it and fix it,就是不要怕失败,我们摧毁它,从中学习到经验,再修复它,再尝试,直到成功。而对于如今的 SpaceX 来说,它更有底气来做这样的事情了。

如今,SpaceX 已经是全美最大独角兽,2023 年年初上一轮融资时估值达到 1370 亿美元,而最近有消息放出,说 SpaceX 在以 2000 亿美元估值出售现有股票。

并且,因为稳定的订单,SpaceX 从去年已经开始盈利。根据 TechCrunch 的信息,SpaceX 在 2023 年的全年收入已经达到 90 亿美元,营业利润达到 30 亿美元。这说明,SpaceX 的商业太空模型已经走通。

Lewis 预计每制造一颗星舰要耗资 1 亿美元,那么就算星舰今年再炸 30 次,对于如今 SpaceX 的实力来说,可能也不是问题。这让整个 SpaceX 的团队以更高效的方式进军商业太空,而这样的效率是美国其它商业太空公司望尘莫及的,无论是不久之前刚完成载人任务的波音,还是贝索斯旗下的 Blue Origin,还是维珍银河,都已经不再是 SpaceX 的对手。

正在崛起的新一代硬件生态和人才

而很有意思的是,在 SpaceX 内部也已经形成了一个 SpaceX 帮派,被称为 SpaceX Mafia,SpaceX 黑手党,他们代表着美国最优秀的新一代硬件人才,有一些人已经出来自己创业,看到了 Space tech 的一些上下游创业的机会。

Lewis Hong:

SpaceX、Tesla 这两家公司,在他们各自的科技领域里面,都把科技往前推动了,我觉得除此以外,这两家公司还有一个很重要的点,就是在美国培养了一批新一代的硬件创业者。因为美国已经有好一代的人,不知道硬件、工厂是什么东西,大部分的人喜欢买亚洲的电子消费品,知道那些都从哪来,但不知道是怎么做的,也跟自己没关系。只知道 focus(聚焦)在 software(软件),focus(聚焦)在 consulting(顾问), focus(聚焦)在 service(服务)上。

这是一直以来,一代人美国主力的思维,可是美国在之前曾经也是一个生产 hardware(硬件)的大国,那我觉得透过 SpaceX 和 Tesla,让一代人看到了如何在美国从 0 到 100,做一个庞大的硬件的 thesis(主题)。我觉得这是 SpaceX Mafia(黑手党)最大的一个特点,就是他们经历的都是一个不可能的 journey(旅程)。

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