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SpaceX“筷子夾火箭”成功了！
當(dāng)?shù)貢r(shí)間10月13日，埃隆·馬斯克（Elon Musk）旗下太空公司SpaceX進(jìn)行“星艦”第五次試飛。此前，美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）已正式批準(zhǔn)了該公司的此次發(fā)射申請(qǐng)。
本次星艦第五次試飛，最大的看點(diǎn)會(huì)是 SpaceX 助推器將在發(fā)射塔Mechazilla嘗試著陸，俗稱用“筷子夾火箭”。SpaceX 將使用巨大發(fā)射架上被稱為“筷子”的結(jié)構(gòu)，在半空中夾住返回地球的超大型火箭。
升空約7分鐘后，SpaceX按預(yù)定計(jì)劃用發(fā)射臺(tái)捕回返回地球的“超級(jí)重型”助推器。接下來(lái)，星艦第二級(jí)繼續(xù)飛行，在印度洋受控濺落，第二個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。
任務(wù)成功標(biāo)志著在火箭可重復(fù)使用技術(shù)方面，SpaceX再次取得重大突破，為未來(lái)的載人火星任務(wù)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。對(duì)此，SpaceX CEO埃隆·馬斯克(Elon Musk)連發(fā)了多條推文慶祝，馬斯克表示：“沒(méi)有虛構(gòu)成分的科幻小說(shuō)”。
星艦第五次發(fā)射有哪些看點(diǎn)？層層延遲之下，SpaceX到底哪里被「詬病」？發(fā)展至今天，SpaceX達(dá)成了哪些合作？以下，Enjoy：
01SpaceX五飛：首次嘗試“筷子夾火箭”
回顧第四次星艦發(fā)射成果，SpaceX幾乎完成了計(jì)劃當(dāng)中的所有目標(biāo)：達(dá)成超重型火箭軟著陸，星艦飛船再入、著陸點(diǎn)火、海上濺落。????????
這次，星艦試飛的主要目標(biāo)是：嘗試首次原位返回發(fā)射場(chǎng)并捕捉超重型火箭，以及再一次星艦飛船的再入和著陸點(diǎn)火，實(shí)現(xiàn)星艦準(zhǔn)確濺落在印度洋。
此次發(fā)射的最大看點(diǎn)莫過(guò)于原位返回發(fā)射場(chǎng)和捕捉超重型火箭。SpaceX希望使用發(fā)射塔的兩個(gè)巨大的機(jī)械臂，在半空中接住超重型火箭的助推器。隨后，將其送回位于德克薩斯州的發(fā)射基地。??????????
被網(wǎng)友調(diào)侃為「筷子夾火箭」的嘗試，卻是SpaceX助力回收的新思路嘗試。
想法來(lái)源于獵鷹9火箭的著陸，SpaceX發(fā)現(xiàn)后續(xù)需要將火箭整體運(yùn)回整修廠，并且翻新、更換、檢測(cè)大部分零部件。關(guān)鍵環(huán)節(jié)是整修著陸腿，會(huì)消耗大量時(shí)間精力。從提升發(fā)射周期與效率角度考慮，“星艦”回收進(jìn)行嘗試——剔除著陸腿，以此減輕質(zhì)量，并且縮短周轉(zhuǎn)時(shí)間。
基于此舉，“抓取火箭”成為了進(jìn)行回收的更優(yōu)選項(xiàng)。
這對(duì)「筷子」捕獲臂由兩個(gè)機(jī)械臂構(gòu)成，單個(gè)長(zhǎng)36米、高18米。通過(guò)塔底的超大型絞車(chē)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，可以在塔架的軌道上下移動(dòng)，通過(guò)液壓油缸的伸縮帶動(dòng)機(jī)械臂的打開(kāi)與合攏。
圖源：SpaceX
此外，機(jī)械臂還搭載了液壓緩沖機(jī)構(gòu)以保持穩(wěn)定，用以承擔(dān)并分散回收飛船時(shí)的沖擊力。前端距勤務(wù)塔固定處約34.8米，接駁臺(tái)面長(zhǎng)約20米，以適應(yīng)降落位置的偏差。??
為規(guī)避抓取失誤而導(dǎo)致的發(fā)射架損壞，助推器的降落位置將在發(fā)射器的側(cè)面而非正面。捕獲臂在回收時(shí)，先旋轉(zhuǎn)到發(fā)射架另一側(cè)，在進(jìn)行工作。?????????????????
助推器也進(jìn)行了配合工作。距離地面大概800米時(shí)，將關(guān)閉6臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，憑借剩余3臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)使其保持垂直狀態(tài)。距離地面65米時(shí)，會(huì)只保留1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)。當(dāng)助推器的三分之二部分落到機(jī)械臂之下時(shí)，會(huì)保持懸停狀態(tài)，機(jī)械臂靠攏，通過(guò)助推器格翼下的托握點(diǎn)和兩側(cè)的輔助穩(wěn)定插口“接住”并固定助推器。最后，將助推器放置到發(fā)射架上。??????
除了捕捉臂的看點(diǎn)，星艦還全面升級(jí)了隔熱罩，以方便軟著陸工作。
據(jù)悉：技術(shù)人員花了12000多個(gè)小時(shí)，以更新整個(gè)熱防護(hù)系統(tǒng)，包括采用新一代隔熱片、備用燒蝕層等。
同樣，本次發(fā)射使用的超重助推器B12和星艦S30都進(jìn)行了升級(jí)改造：
B12:
- 增設(shè)靠近船舷上部位置的 FTS。
- 增設(shè)額外的推進(jìn)劑箱9個(gè)，分為3組，以將額外的氧氣添加到助推器集管箱，幫助著陸順利進(jìn)行。
- 增強(qiáng)助推器兩側(cè)縱梁，提高穩(wěn)定性。
S30
- 升級(jí) TPS 隔熱罩，大部分瓷磚下增設(shè)一層燒蝕層。
- 優(yōu)化鼻錐上的六角形天線，調(diào)整為惡有效載荷門(mén)下方的單個(gè)大六角形天線。
-優(yōu)化六角形 TPS 下方的天線與超重型助推器上的天線保持一致。
- 拆除右襟翼攝像頭，同時(shí)，在每個(gè)襟翼旁增設(shè) 4 個(gè)攝像頭盒。
- 增設(shè)兩個(gè)新通風(fēng)口，分別用于氧氣和甲烷。
本次發(fā)射計(jì)劃的完整時(shí)序表：
時(shí)/分/秒 事件
01:15:00 SpaceX飛行主管做出發(fā)射決策，同意推進(jìn)劑開(kāi)始加注
00:49:50 星艦燃料（液態(tài)甲烷）進(jìn)行加注
00:48:40 星艦LOX（液氧）進(jìn)行加注
00:40:40 助推器燃料進(jìn)行加注
00:34:03 助推器液氧進(jìn)行加注
00:19:40 助推器和星艦的猛禽引擎開(kāi)始冷卻
00:03:20 星艦推進(jìn)劑加注完成
00:02:50 助推器推進(jìn)劑加注完成
00:00:30 SpaceX飛行主管給出發(fā)射指令
00:00:10 水冷鋼板啟動(dòng)
00:00:03 猛禽點(diǎn)火程序開(kāi)始
00:00:00 絕對(duì)夠刺激
00:00:02 升空
00:01:02 MAX-Q（火箭機(jī)械應(yīng)力峰值）
00:02:33 超重助推器MECO（大多數(shù)引擎關(guān)閉）
00:02:41 熱分離（星艦點(diǎn)火，兩級(jí)分離）
00:02:48 超重助推器返回點(diǎn)火開(kāi)始
00:03:41 超重型助推返回點(diǎn)火關(guān)閉
00:03:43 拋熱分離環(huán)
00:06:08 超重助推器跨音速
00:06:33 超重型著陸點(diǎn)火開(kāi)始
00:06:50 如果不進(jìn)行回收嘗試，則超重助推器濺落
00:06:56 超重助推器著陸點(diǎn)火關(guān)閉，嘗試回收
00:08:27 星艦引擎關(guān)閉
00:48:03 星艦再入
01:02:34 星艦跨音速
01:03:43 星艦亞音速
01:05:15 著陸翻轉(zhuǎn)
01:05:20 著陸點(diǎn)火
01:05:34 令人興奮的著陸！
02層層阻撓SpaceX的發(fā)射，「環(huán)境分析」都包括了什么？
星艦第五次試飛之前，一拖再拖的發(fā)射時(shí)間，等待的是美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）的批文。
10月12日，SpaceX在X上更新了發(fā)射計(jì)劃，預(yù)計(jì)監(jiān)管部門(mén)將批準(zhǔn)星艦在10月13日試飛。?????
值得注意的是，這次，監(jiān)管機(jī)構(gòu)「痛快」給了兩次發(fā)射的批文，意味著星艦第 6 次飛行極有可能在第 5 次飛行之后很快進(jìn)行。
“鴿”到憤怒的SpaceX，究竟被攔在聯(lián)邦航空管理局（FAA）的哪一關(guān)？
此次發(fā)射的多番延遲，并非基于安全問(wèn)題或手續(xù)證明，而是針對(duì)環(huán)境分析的角度遲遲未能獲批。因此，SpaceX也同F(xiàn)AA產(chǎn)生了激烈的矛盾，馬斯克甚至曾在X上公開(kāi)叫囂FAA局長(zhǎng)邁克·惠特克“應(yīng)該辭職”。
原計(jì)劃9月中旬進(jìn)行的第五次試飛，被FAA告知11月下旬以前不會(huì)批準(zhǔn)。SpaceX更在官網(wǎng)發(fā)布了《STARSHIPS ARE MEANT TO FLY（星艦本該飛翔）》，用一篇長(zhǎng)文進(jìn)行申訴。??????
其中內(nèi)容寫(xiě)道：「很不幸，我們面臨的現(xiàn)實(shí)是：有關(guān)批準(zhǔn)火箭發(fā)射的政府文件的辦理，耗時(shí)比設(shè)計(jì)和制造實(shí)際硬件的時(shí)間還要長(zhǎng)。」??????
9月下旬，邁克·惠特克在一場(chǎng)聽(tīng)證會(huì)上回應(yīng)了延遲星艦計(jì)劃的原因：
1.SpaceX未能明確自己是否在某些問(wèn)題上違反了德克薩斯州和聯(lián)邦法律?????
2.SpaceX 在火箭助推器回收方式上的創(chuàng)新，可能產(chǎn)生擾亂野生動(dòng)物的音爆，因此需要進(jìn)一步咨詢有關(guān)部門(mén)的意見(jiàn)。??
SpaceX在當(dāng)天便集中給出了回應(yīng)，稱已經(jīng)提供音爆分析給??美國(guó)魚(yú)類和野生動(dòng)物管理局。經(jīng)認(rèn)定，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害和影響，并認(rèn)為FAA可以通過(guò)文書(shū)更新來(lái)改變延期的現(xiàn)狀。??
SpaceX視角的「自我反省」
在等待過(guò)程中，SpaceX也一直從自身角度出發(fā)，給出了四點(diǎn)可能被詬病的原因：
疑點(diǎn)1：2024年8月CNBC有關(guān)德克薩斯州的不實(shí)報(bào)道
CNBC曾在8月中的報(bào)道稱，德克薩斯州環(huán)境質(zhì)量委員會(huì) (TCEQ)向SpaceX下達(dá)了一系列的警告違規(guī)通知。認(rèn)為星艦的水冷火焰偏器（water-cooled steel flame deflector）多次排放污染物，違反了環(huán)境相關(guān)的法律法規(guī)。
對(duì)此，SpaceX表示，星艦的水冷火焰偏器中的用水為可飲用的水，不參與任何工業(yè)流程。樣本顯示，污染物含量極低，得意滿足德克薩斯州許可標(biāo)準(zhǔn)。并且，TCEQ和FAA的專業(yè)機(jī)構(gòu)評(píng)估后，都認(rèn)為于環(huán)境無(wú)害。
即便美國(guó)環(huán)境保護(hù)局（EPA）也曾在3月對(duì)SpaceX產(chǎn)生質(zhì)疑，但雙方會(huì)議后，SpaceX已于7月提交個(gè)人排放許可證申請(qǐng)，EPA也未有阻止的后續(xù)舉動(dòng)，認(rèn)為星艦的水冷火焰偏器無(wú)需更改，許可證名稱變動(dòng)即可。
疑點(diǎn)2：拒絕星艦“炸魚(yú)”環(huán)節(jié)
過(guò)去的試飛失敗導(dǎo)致一級(jí)助推器和二級(jí)飛船墜入墨西哥灣和太平洋海域，也被航天愛(ài)好者們調(diào)侃為「炸魚(yú)」。
從環(huán)境角度而言，“炸魚(yú)”行為被嚴(yán)格重視起來(lái)。SpaceX需要在未來(lái)的每次發(fā)射之前，獲得美國(guó)魚(yú)類及野生動(dòng)物管理局（FWS）等機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)。馬斯克一度在社交媒體感到頭疼，“甚至想為此去辦個(gè)釣魚(yú)證”
疑點(diǎn)3:詬病已久的音爆?
火箭頻繁發(fā)射產(chǎn)生的音爆，一直是SpaceX被詬病破壞環(huán)境、驚擾生物的主要原因。
日前，當(dāng)?shù)匚瘑T會(huì)和居民們也因交涉態(tài)度開(kāi)始表達(dá)不滿。
這是因?yàn)?，軍方官員拒絕了州立機(jī)構(gòu)希望的更好監(jiān)控和減輕范登堡空軍基地（Vandenberg Space Force Base）火箭發(fā)射和音爆影響的要求。此舉加劇了SpaceX面對(duì)的緊張局面。
6月，太空部隊(duì)官員首次承認(rèn)，包含SpaceX行動(dòng)在內(nèi)的火箭基地發(fā)射的音爆，定期驚擾了圣巴巴拉縣（Santa Barbara）、文圖拉縣（Ventura）和洛杉磯縣大約100英里海岸線附近的居民和野生動(dòng)物。
然而，太空部隊(duì)官員表示，每年的火箭發(fā)射次數(shù)仍將繼續(xù)大幅增加。
對(duì)此，州委員會(huì)雖然批準(zhǔn)了發(fā)射次數(shù)的增加，但要求太空部隊(duì)必須加強(qiáng)對(duì)基地內(nèi)外野生動(dòng)物的監(jiān)測(cè)，并著重分析音爆對(duì)「南方海獺、加州紅腿蛙、西雪鸻和加州最小燕鷗」等野生動(dòng)物的影響。
委員會(huì)提出的七項(xiàng)條件包括：
制定書(shū)面計(jì)劃，盡量減少音爆的影響和范圍；
制定夜間發(fā)射的燈光管理計(jì)劃，限制面向海灘區(qū)域的燈光范圍
采取措施向海灘游客和漁業(yè)提供更多有關(guān)發(fā)射及其影響的信息等
……
不斷增加的火箭發(fā)射頻率，主要來(lái)源于坐落霍桑（Hawthorne）的SpaceX。
對(duì)此，馬斯克表示，辦公室將陸續(xù)遷往德克薩斯州（Texas）。這也引發(fā)了德克薩斯州的防備。
委員博奇科的態(tài)度或許可以代表居民。在關(guān)閉麥克風(fēng)的音頻之前，她說(shuō)：“有什么比破壞環(huán)境然后再試圖修復(fù)它更昂貴的呢？”
來(lái)源：SpaceX
發(fā)射公告中，SpaceX也提到音爆問(wèn)題。
“返航的超重型火箭將從超音速減速，這會(huì)導(dǎo)致著陸區(qū)周?chē)鷧^(qū)域出現(xiàn)音爆。但一般來(lái)說(shuō)，周?chē)鷧^(qū)域的居民通常只會(huì)聽(tīng)到短暫、雷鳴般的噪聲，決定觀察者感受程度的因素是：天氣和距離返航地點(diǎn)等?！?/p>
疑點(diǎn)4:鳥(niǎo)類保護(hù)
據(jù)悉，星艦發(fā)射附近有受保護(hù)的鳥(niǎo)類棲息。盡管不在鳥(niǎo)類繁殖季節(jié)，為了規(guī)避生物破壞，SpaceX仍然實(shí)施了嚴(yán)格的監(jiān)控措施，在每次發(fā)射前后使用紅外無(wú)人機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。
非營(yíng)利組織“海岸灣與河口計(jì)劃”（Coastal Bend Bays & Estuaries Program）還曾撰寫(xiě)長(zhǎng)文，揭露SpaceX在6月6日“箭飛蛋打”的惡行：因星艦成功發(fā)射而被摧毀的九個(gè)鳥(niǎo)巢，“鳥(niǎo)蛋碎了一地”。
對(duì)此，馬斯克還曾專門(mén)回應(yīng)：為了彌補(bǔ)這一滔天罪行，我將一周不吃煎蛋餅?！?/p>
03發(fā)展到現(xiàn)在SpaceX有哪些「合作伙伴」？
從被人質(zhì)疑走向廣泛關(guān)注，SpaceX的處境也迎來(lái)巨大轉(zhuǎn)變。起初，SpaceX需要自證實(shí)力，獲得認(rèn)可；現(xiàn)在的合作網(wǎng)已經(jīng)超出認(rèn)知。
航空公司：自由上網(wǎng)不再是夢(mèng)
9月，美國(guó)聯(lián)合航空公司宣布和SpaceX合作，為其超過(guò)1000架飛機(jī)免費(fèi)提供高速、低延遲的星鏈Wi-Fi服務(wù)。預(yù)計(jì)該功能2025年上線，能夠達(dá)到在飛機(jī)上不再無(wú)信號(hào)的「斷鏈」處境。
早些時(shí)候，SpaceX還同卡塔爾航空合作，為乘客免費(fèi)提供空中互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。并且，單個(gè)乘客的速度可達(dá)到350M/s。在此基礎(chǔ)上，機(jī)票不會(huì)漲價(jià)。這次合作的特點(diǎn)是，無(wú)需地面基站服務(wù)便可實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)，并且不限飛行高度，還得以與飛機(jī)本身的通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互不影響。
此前，SpaceX還曾攜手卡塔爾航空公司將世界杯足球帶入太空并返回。
太空科學(xué)
NASA與SpaceX的合作源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，自2006年NASA啟動(dòng)“商業(yè)軌道運(yùn)輸服務(wù)”（COTS）計(jì)劃以來(lái)，SpaceX便成為該計(jì)劃的重要合作伙伴之一。這一合作不僅為SpaceX的“龍”飛船和“獵鷹9”火箭的開(kāi)發(fā)提供了資金支持，更為后續(xù)的“星艦”計(jì)劃奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。起家以來(lái)，SpaceX和NASA的合作也涉及到了多個(gè)領(lǐng)域，如發(fā)射衛(wèi)星、運(yùn)送物資、載人飛行等。
從贏得29億美元的月球著陸器合同開(kāi)始，SpaceX便成為了登月計(jì)劃中占據(jù)優(yōu)勢(shì)的企業(yè)之一。同樣，二者還共同在近地軌道空間站方面達(dá)成深入合作，作為CCSC-2的免費(fèi)計(jì)劃中的一環(huán)，二者的合作也為太空探索任務(wù)提供了有力支持。
SpaceX也從尋求合同變成“意外救世主”。前不久，NASA官網(wǎng)公布，出于對(duì)波音公司“星際客機(jī)”安全程度的考量，最終改用SpaceX的“龍”飛船嘗試接回滯留在空間站的兩名宇航員。
SpaceX的“龍”飛船也不負(fù)眾望搭乘獵鷹9號(hào)火箭發(fā)射升空，并搭載兩名宇航員飛往國(guó)際空間站。此次代號(hào)為“Crew-9”的航天任務(wù)，將成為一次暗流涌動(dòng)的較量。
英國(guó)廣播公司（BBC）指出，波音和SpaceX本就是“競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手”關(guān)系，在都獲得了NASA合同的前提下，如何讓產(chǎn)品安全問(wèn)題令人滿意，將會(huì)是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)鍵。
商業(yè)服務(wù)：邊科研、邊實(shí)戰(zhàn)
一路狂飆向太空的SpaceX，也沒(méi)忘記抓住商業(yè)機(jī)會(huì)。非官方航天員參與的商業(yè)太空行走，讓航天迷為之狂熱。當(dāng)然，每次嘗試都少不了其他機(jī)構(gòu)的贊助合作。備受矚目的“北極星黎明”任務(wù)便有31家合作機(jī)構(gòu)共同參與。
值得注意的是，此次商業(yè)太空行走并非NASA的合同要求，完全是自發(fā)的合同行為，可見(jiàn)SpaceX的野心，不止于此。未來(lái)，太空旅游也是SpaceX一直宣傳的賣(mài)點(diǎn)。從月球到火星，航空市場(chǎng)的空間仍然飽含潛力。
References：
1.SpaceX、BBC、X等官網(wǎng)
2.“筷子夾火箭”？“星艦”挑戰(zhàn)更危險(xiǎn)回收方式 by 中國(guó)航天報(bào)
3.Starlink與卡塔爾航空合作，SpaceX偷偷向太空發(fā)射了一對(duì)2022年FIFA世界杯足球？by SpaceX愛(ài)好者
4.SpaceX發(fā)射載人龍飛船，旨在解救被困國(guó)際空間站的兩名NASA宇航員 by DeepTech深科技
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