SpaceX 以及其他任何登月公司都可以从 Starship 下一次发射的准备工作中学到什么

4 月 20 日，有史以来最强大的火箭停在德克萨斯州博卡奇卡的发射台上，不锈钢外壳在阳光下闪闪发光。片刻之后，火箭和发射台就变成了炽热的碎片。这是 SpaceX 星舰首次灾难性的轨道试射。

发射几秒钟后，火箭的猛烈推力就击碎了 SpaceX 位于德克萨斯州星际基地的混凝土基座，碎片飞到了六英里外的伊莎贝尔港。火箭起火。发射后不到四分钟，它开始在空中翻滚，然后爆炸。

美国联邦航空管理局已停飞星际飞船，等待对爆炸事件的调查，但火箭可能很快就会再次飞行。9 月 8 日，美国联邦航空管理局结束了调查，指出 SpaceX 在第二次尝试将星际飞船送入轨道之前需要采取 63 项纠正措施。

“联邦航空管理局对所有商业发射都有审批权，因此他们就是向公司颁发发射许可证的人，”美国空军高级航空航天研究学院太空政策专家兼讲师温迪·惠特曼·科布说。“任何时候有东西爆炸，他们都想知道原因。因为他们不仅想确保发射安全，而且想确保不会对地面上的任何人造成伤害。”

SpaceX 必须向 FAA 证明该公司已成功完成这 63 项纠正措施，然后申请修改后的发射许可证。惠特曼·科布说：“一旦获得批准，理论上他们就可以随时发射。”FAA 和 SpaceX 都没有公开说明这些修复措施是什么。但这些措施大概是为了解决 4 月发射失败的问题。

Starship 的成功意义重大。它是扩大 SpaceX 发射和 Starlink 卫星业务的关键。NASA 计划在 2025 年使用经过改装的 Starship 作为 Artemis III 任务的登月飞行器将人类送回月球。如果 SpaceX 能够解决这些问题（惠特曼·科布和其他专家认为这是有可能的），该公司可能会让其火箭计划和 NASA 的月球计划重回正轨。这项调查还可能为发射台建设提供见解，有朝一日可以帮助宇航员往返月球。

发射失败

尽管星际飞船尚未进入轨道，但它拥有有史以来最强大的火箭称号——这是苏联 N1 火箭的顶峰。N1 火箭旨在将苏联宇航员送上月球，其第一级产生了 1020 万磅的推力。星际飞船的“堆栈”中有两级；仅第一级，即超重型助推器，就产生了 1670 万磅的推力。

正是由于这种破纪录的功率，SpaceX 选择在没有火焰沟槽等设施的混凝土发射台上发射星际飞船显得有些奇怪。这些沟槽的设计目的是将火箭的羽流从发射台和火箭本身转移开。SpaceX 还可以使用喷水系统来淹没发射台，以帮助减轻火箭发动机的热量和声学冲击波。

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“如果没有在发射环境中设计更完善的主动缓解羽流措施，你通常不会发射推力如此大的火箭。因为你担心羽流的热量和动态力会破坏材料并产生喷出物，”中佛罗里达大学物理学家 Philip Metzger 说道。“如果喷出物击中运载火箭，导致火箭在靠近发射塔时爆炸，那么可能会摧毁许多需要很长时间才能重建的基础设施。”

事实上，四月份的发射炸毁了发射台，并挖出了一个“大约和房子一样深”的弹坑，他说。

月球的教训

梅茨格一直在研究星际飞船的发射，目前正在撰写一篇关于结果的论文。他想了解到底哪里出了问题——因为失败的方式对于未来火箭和月球或其他天体的着陆台的设计很重要。

大多数月球着陆垫的概念都只是使用平坦的混凝土。“没有火焰转向器，没有火焰沟，也没有水，”梅茨格说。“我决定认真对待这件事，仅仅是因为解决物理问题很有趣，也因为我们可以学到关于月球着陆垫的知识。”

他发现，博卡奇卡发射台上的大块混凝土以每小时 200 多英里的速度被抛出。星际飞船的猛禽发动机燃烧甲烷和液氧，产生一团热水蒸气和二氧化碳，将沙子抛向天空，并带到伊莎贝尔港。梅特格泽意识到，这一过程一定类似于火山爆发前压力的形成方式。

“我们能想到的唯一解释是着陆垫破裂，推力产生的高压将气体从裂缝中驱赶出来，”他说。这导致着陆垫下方的压力增加，直至喷发。他说，月球着陆垫必须设计成能够避免这个问题，方法是增加排气口以排出气体，或者建造更坚固的、能够抵抗破裂的着陆垫。

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这可能在月球上很难实现，因为缺乏资源、机械和大气层，重型建筑将受到阻碍。但在地球上，SpaceX 可能有一个解决方案——用水主动冷却钢板，以防止其在火箭发射过程中熔化。

“这真是个好主意，”梅茨格说。“如果他们的工程师做得正确，这应该可以彻底解决问题。”

至于如何防止下一艘星际飞船在空中爆炸，SpaceX 表示，它发现泄漏的燃料在超重型火箭助推器内部着火。据其网站上的最新消息，由此产生的火灾切断了助推器与控制其飞行的计算机之间的联系，导致火箭翻滚然后爆炸。该公司表示，该公司“大幅扩展了超重型火箭现有的灭火系统，以减轻未来发动机舱火灾的风险”。

下一步行动

尽管美国联邦航空管理局和 SpaceX 都没有透露两家公司目前处于哪个流程阶段，但 SpaceX 创始人埃隆马斯克表示，他的公司已经完成了纠正任务，并在美国联邦航空管理局宣布这一消息之前的 9 月 5 日发推文称，“星际飞船已准备好发射，正在等待美国联邦航空管理局的许可批准。”

如果球真的在 FAA 手中，而监管机构只是在审查 SpaceX 所做的工作，“我认为不会超过几周时间，”惠特曼·科布斯说。“这是我最好的猜测。”她指出，如果是这样的话，那么 SpaceX 和 FAA 已经以惊人的速度为 Starship 做好了再次发射的准备。惠特曼·科布将 SpaceX 与其竞争对手蓝色起源进行了对比，后者的 New Shepard 火箭在 2022 年 9 月 12 日发射失败后，至今已停飞一年多。她说，蓝色起源“仍处于 FAA 调查模式，尚未能够发射。他们尚未申请修改后的发射许可证。”

然而，快速改造星际飞船及其发射台并不能保证下一次发射尝试会完美无缺。但惠特曼·科布指出，SpaceX 比 NASA 或其他火箭制造商更愿意测试新航天器，观察它们的失败，并迅速做出改变。例如，第八艘星际飞船原型在 2020 年 12 月的高空测试中因着火坠毁而毁坏，但该公司仍坚持了下来。

她说：“考虑到 SpaceX 在过去几年中取得成功并证明批评者错误的能力，我没有证据相信他们无法实现这一目标。”

梅茨格还指出，负责让星际飞船再次升空的人是威廉·格斯滕迈尔，他在 2020 年加入 SpaceX 之前曾担任美国宇航局载人探索与行动副局长。“格斯滕迈尔是航天界的传奇人物，”梅茨格说。“它真的掌握在好人手中。我不知道世界上还有谁比比尔·格斯滕迈尔更适合管理这样的项目。”