马斯克的这场“太空烟花秀”，值得一次掌声
撰文 | 雁 秋
编辑 | 李信马
题图 | “星舰”直播
不论你是不是航天爱好者，相信都被前几天一场公开直播的“太空烟花秀”刷屏了。
马斯克的“星舰”，又炸了。
“星舰”主要由两部分组成：底部为火箭系统的第一级，装有33台猛禽发动机的「超重型助推器」；顶部是火箭系统的第二级，配备6台猛禽发动机的「星舰航天器」。
按照第二飞的原定计划，升空后2分41秒左右，一二级热分离；升空后7分钟左右，助推器落入墨西哥湾。航天器则继续向上和向东飞行，达到接近轨道速度的最高速度，几乎绕地球一圈，然后溅落在夏威夷附近的太平洋，全程持续约90分钟。
遗憾的是，这次试飞没能完成所有预定计划，现实情况是：
一开始，助推器被点燃，带着航天器升空。
2分52秒左右时，火箭一级和二级开始“热分离”。
图源：直播截图
3分20秒左右，一级发动机在分离后发生爆炸，而飞船仍在正常升空。
没过多久，飞船信号丢失。美国太空探索技术公司证实，任务控制中心与“星舰”失去联系，被迫启动自毁系统。
根据SpaceX公司发布的数据，“超级重型助推器”在起飞过程中，33台发动机全部正常工作直至一二级分离，但在下降模拟回收过程中突然发生爆炸。
“星舰”飞船虽然不受影响继续升空，却在约148公里的高度因与地面指挥中心“失联”而触发“自动飞行终止系统”，后者用于在火箭出现问题或偏离航线时，自动摧毁飞行器避免造成附带伤害。
很多人将其以「失败」定论，不过从直播视频看，SpaceX的工作人员全部都在欢呼声中庆祝，马斯克也在 X上表示：“祝贺 SpaceX 公司的团队！”
马斯克在社交软件上祝贺SpaceX团队
图源：X截图
用传统研发火箭的思维去看这件事，“星舰”二次发射任务就是失败的。然而，如果从马斯克的角度去看，这次任务算是成果颇丰。毕竟，在此之前，SpaceX已经饱尝过失败的苦涩，又正是在一次次失败后的经验总结和改进中，才成为了今天最出色的商业航天公司。
01. “另类”的商用火箭
对于普通人来说，“星舰”或许还有点陌生。
简单理解，“星舰”是一艘拥有巨大承载能力的太空飞船，由第一级助推器“超级重型”（高约70米）和第二级飞船“星舰”（高约50米）组成。
它可以实现地球和外太空之间的快速运输，比如一次性将100多人送至地球轨道、月球和火星等，并在太空中执行各种任务，包括建设空间站、开采资源，甚至实现星际旅行。
除了容量大，它也是可以反复发射的。一旦成功，将会进一步推动航天飞行的商业化。自SpaceX于2010年首次发射可重复使用的“猎鹰9号”以来，航天发射成本已经从每千克10000美元降至约1520美元。可重复使用的火箭飞行频繁越高，容量也大，成本会逐步降低。
但要让如此一个庞然大物顺利升空，过程并不顺利。从2019年开始，SpaceX前后制造过至少15个“星舰”原型机，用于进行短距离的高空试飞，目的是测试星舰的发射、飞行、操控和着陆能力，以及验证其设计和工艺。不过，大部分都在测试中爆炸或损坏。
每一次发射失败等待下一次发射的过程，都充分地诠释了马斯克“成功的失败”（successful failure）的逻辑。SpaceX坚持认为，事故是收集数据最快、最有效的方式。
这和马斯克的个人风格极为相似——不断挑战现状，甚至是挑战看似不可能跨越的壁垒。传统的航天公司循规蹈矩，不愿意做出创新，让航天的成本居高不下，这给了商业航天公司机会。不过，对于商业航天公司来说，每次发射都是对资金流和投资回报率的考验，试错机会有限。即使是当下如日中天的SpaceX，早期也面临资金断绝的局面，在第三次发射失败后，险些就无以为继。
今年4月20日，“星舰”进行首次试验性发射时，马斯克对身边的火箭工程师马克·容科萨说：“我的胃都搅成一团了，重大发射之前我总是这样，在夸贾林岛发射失败的经历，让我患上了创伤后应激障碍。”
而首次发射失败的原因，最后查明，是猛禽发动机的爆炸震碎了发射台的基座，纷飞的混凝土碎块击中了一些发动机。起因则是，2020年建设发射台时，马斯克决定不在发射架下方挖可以容纳爆炸冲击波的导焰槽，他计算后认为高密度混凝土就足以承受了——事实证明，这是个错误的决定。
如果是NASA或者波音公司，就不会做这样的事情，但马斯克就会做。他甘愿冒险，也甘愿失败后反思、学习、修正，再重复冒险。
02. 二次试飞，走得更远
本次“星舰”的试飞爆炸，为什么值得祝贺？因为本次试飞，完成了多个关键动作。
首先，成功点燃了33个猛禽发动机。
首发时，助推器的3台发动机没能点火，2台发动机在途中故障，还有1台时好时坏。另外，在飞行轨迹偏航后激活的自毁系统并没有立即解体，而是在40秒之后才最终炸毁解体。
SpaceX后来解释，在上升过程中，助推器的燃料泄漏导致起火，也因此切断了与主飞行计算机的连接，造成了设备的失控。所以二飞之前，SpaceX给助推器的组件增加了更多防护，包括扩展灭火系统。
图源：SpaceX
其次，火箭一级和二级实现“热分离”。
首发时，“星舰”已经出现过级分离故障。按照当时的计划，2分30秒左右助推器关机，然后一二级进行分离，但火箭不断翻滚，到第3分钟时也未能分离。
传统模式上，助推器分离后才进行第二级点火，这次SpaceX重新设计了一二级分离系统，首次尝试“热分离”（Hot Staging），即在“星舰”第一级发动机大部分关机，而两级尚未分离的状态下，直接点燃第二级发动机，利用后者的喷流，直接将火箭两级喷开，从而达到一二级分离的效果。
这就意味着在航天器要在高速和高温环境时进行分离，这对材料的精确度和耐热性有极高的要求。SpaceX的解决方案是通过增加通风口和重型隔热罩，使底部引擎喷出来避免爆炸，并为第二级提供微小、但十分关键的推力。
“热分离”的提出复杂且大胆，它不仅仅是技术上的进步，还将推动航天器设计的新思路和新理念。SpaceX曾表示，如果成功实现了这次壮丽并危险绝伦技术尝试，任务方可被视作成功。
第三，没有损毁发射台。
首发时，“星舰”没有对发射台进行任何的防护措施，不仅在发射过程中乱石横飞，还炸出了巨大的弹坑。问题出在没有安装导焰槽，它通常建在发射台下方，将火焰引导到数百米外。
所以二飞之前，SpaceX加固了发射台，配置了两块厚钢板和一个喷水系统，通过向上喷水散发热量解决问题。
图源：直播截图
据马斯克所言，与首飞相比，SpaceX对“星舰”实施了超1000项升级和改进，并进行了63次FAA规定的修正，以提高飞行安全和性能。二次试飞的“星舰”重型火箭，是人类有史以来最大的火箭——高120米，直径9米，起飞质量近5000吨，完全重复使用时近地轨道运载力是150吨。
这次“星舰”飞行高度超过100公里，标志着它已正式进入太空。美国有线电视新闻网形容说，“星舰”第二次试飞比今年4月尝试时走得更远。
03. 仰望星空，也要脚踏实地
“星舰”超重型火箭第二次发射失败，给中国商业航天公司提供了更多的思考。
自2015年开放了商业航天准入以来，国内诞生了一大批商业航天公司，并取得了长足的进步。
2023年，中国迎来“商业航空大年”：4月，天兵科技“天龙二号”成功入轨，打破全球首次液体火箭发射失败的魔咒； 7月，我国液氧甲烷火箭“朱雀二号遥二号”成功首飞全球；近日，星际荣耀验证火箭垂直回收任务取得成功……
但也要看到，国内商业航天与美国还是存在一定的差距。较于已经成立了20多年的SpaceX，我国商业航天的星星之火在2014年才被点燃，无论是快速迭代能力、研制执行力还是工业化生产能力等，要补齐的东西还有很多。
如今，不少国内商用航天企业正在给自己“加压”。蓝箭航天董事长张昌武曾公开表示，民营火箭公司要选择差异化的技术路线，立足于技术创新、模式创新、核心技术自主可控，取得突破，而不是复制国家队已经取得的成果。他觉得，创新不是简单的复制。
这几年，蓝箭通过坚持自主研发，加大资源投入自研发动机系统、自建核心设施等方式，构建以中大型液氧甲烷运载火箭为中心的全产业链条。目前，蓝箭航天已同时掌握百吨级液体火箭发动机和中大型液氧甲烷火箭关键技术及研制保障能力。
另外，由星际荣耀空间科技自主研发的双曲线二号火箭在最近成功完成发射，这是中国首次开展液体火箭全尺寸一子级的垂直起降与重复使用飞行试验。这次任务的成功也验证了全尺寸火箭复用关键技术，同时也标志着中国商业航天在可重复使用运载火箭技术上取得重大突破。
图源：星际荣耀空间科技官微
要补齐技术实力、工业化规模的同时，SpaceX“星舰”带给我们的启示，还有允许不断试错的机会和成本。科学研发是一项长期工程，外界环境也要有一定的包容度。
火箭，是用最极致的方式阐释如何通过速度、质量和能量之间的平衡来实现入轨。这不是简单靠蛮力就能实现，而是需要点滴的绣花针似的功夫。这功夫要往哪儿下，怎么下？
在航天领域有一条著名的方程式——齐奥尔科夫斯基的火箭方程，它告诉我们火箭发射需要分阶段发展，不可能一蹴而就。升空过程中，必须要不断抛弃一级、二级、甚至是三级才能实现入轨。
研发过程也是一样，要抛弃旧的东西、旧的想法。在整个过程中要燃烧，有充沛的动力，不仅要找准方向，设计好弹道，还要注意好平衡。这就意味着需要不断的测试和验证。
SpaceX是目前最成功的商业火箭公司，同时也是火箭发射失败次数最多的公司，他们相信“失败得快，但学得更快（Fail fast , but learn faster）”。近期SpaceX已经实现了盈利，数据显示，2023年第一季度公司实现收入15亿美元，利润为5500万美元。这是SpaceX首次实现盈利，可见这条路已经被验证是走的通的。
测试中的“星舰” 图源：NASA
最后，借用刘慈欣的一句话，“不管地球达到了怎样的繁荣，那些没有太空航行的未来都是暗淡的。”