星舰“三战”太空,带来哪些机遇和挑战

□ 汪 诘

  • 来源:科普时报
  • 作者:
  • 2024-03-22 08:08

近日,在全球瞩目之下,美国太空探索技术公司(SpaceX)星舰宇宙飞船(Starship)完成了第三次发射活动。作为迄今为止体积最大、运力最强的太空运输系统,星舰对于人类太空探索和开发活动具有相当重要的意义。深入剖析此次发射过程,以及星舰项目的技术进展,对于我们了解未来太空建设所面临的挑战与潜在机遇大有裨益。

星舰凭借庞大的体积、前所未有的有效载荷能力和超低的单位货运成本,自研发之初便成为国际航天界关注的焦点。作为一项试验性的太空发射任务,星舰发射必须完成“一级火箭垂直回收”“飞船精准入轨”“顺利完成轨道任务” “飞船安全重返地球”四大核心指标,才能定义为项目成功。回顾星舰的前两次发射试验,尽管每次发射都有显著的技术突破,然而均未实现这些指标,以爆炸告终。美国太空探索技术公司秉持了一贯的勇于试错的精神,在此次发射中展现出诸多值得关注的亮点。

北京时间3月14日21点25分,星舰准时点火发射升空。发射后约2分40秒,一级火箭与飞船成功分离。发射后8分35秒,飞船搭载的6台猛禽发动机在海拔150公里高度成功停机,飞船准确步入预定轨道的惯性滑行阶段。这意味着星舰已具备将飞船送达预定空间轨道的能力,飞船精准入轨的核心目标得以完成。

在发射后的第24分钟,即21点49分,飞船成功完成了太空燃料转移技术的试验。燃料转移技术可以理解为太空版的空中加油。在执行月球载人飞行等长距离航天任务时,星舰自身剩余的燃料不足以支撑其飞行需要,就需要在低轨道进行燃料补给。对于需要多次变轨的太空任务,也有燃料补给的需求。未来,太空燃料补给很可能成为太空建设的必备技术。

在燃料转移技术结束后,星舰飞船还进行了在轨舱门开启与关闭试验,这是为了验证星舰飞船的卫星部署能力。不过,舱门在开闭过程中出现了微小故障,最终未完全关闭。

经过以上两项关键测试,此次星舰发射在技术验证层面取得了实质性成果。值得注意的是,在一级火箭与飞船分离后的回收尝试并未取得成功,原因是火箭引擎在二次点火反推阶段未能全数点燃,导致推力不足进而坠入大海。飞船完成轨道任务后,在重返大气层阶段与地面控制中心失去通信联络,表明在火箭及飞船回收这两个关键任务上,仍未达成预期目标。

尽管如此,相较于前两次发射任务,此次星舰在多项技术层面取得了显著提升:一是无论火箭还是飞船,在回收阶段均未发生爆炸,显示了星舰结构的稳定性和耐受性明显增强;二是飞船在高速穿越大气层期间,成功传输了稳定清晰的实时视频画面,首次直观展示了飞船再入大气层时的壮丽景观。

飞船以超过20马赫的高超音速再入大气层时,会遭遇严重的气动加热效应,形成阻碍无线电波传输的电离层黑障。然而,星舰利用了自身结构特点,通过飞船尾部的低温区域保持与星链卫星的有效通信,使得高清直播得以实现。

尽管飞船最终未能成功完成整个回收流程,但从低轨道运载能力的角度衡量,此次发射已使星舰一举超越了历史上的土星五号,成为世界上已试飞的运载能力最强的火箭。另外,它还是单位运输成本最低的火箭,目标是把每公斤载荷的运费降低3个数量级,低至百元左右。假如这个目标真的被星舰实现了,那么普通人用一张国际航班机票的价格就可以去太空兜一圈,商业潜力是巨大的。

未来,太空物流和太空旅游是两个巨大的市场,将催发更多的商业利益。

(作者系科普作家、科普影视导演)

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