“筷子夹火箭”，这次为何没用上？|spacex公司|大气层|太空|推进剂|星舰|筷子夹火箭

北京时间11月19日6时，美国SpaceX公司进行了“星舰”第六次试验性发射，也是第一代“星舰”（V1版）最后一次试飞。

出于安全考虑，本次“星舰”第一级未使用“筷子”回收，而是受控坠海。经过调整的“星舰”第二级完成发动机太空点火试验后，通过了再入大气层的考验，精准降落在印度洋预定海域。

明年，预计第二代“星舰”（V2版）将投入更加密集的试飞，克服更高难度的挑战，努力达到实用化标准。

承上启下试验关键

本次试射的“星舰”第一级编号为B13，第二级编号为S31，试飞流程与上次相似：第一级飞回发射台，由系统判断是否由“筷子”回收；第二级进行跨大气层亚轨道飞行，终结于印度洋预定海域。不过，为了更好地对第二级再入大气层、调姿、反推、溅落等进行光学观测，SpaceX公司特意调整了“星舰”发射时间，确保第二级在这个过程中处于白天。

本次试飞中，“星舰”第一级并未由发射塔上长20米的“筷子”捕获机构回收，这是遵循安全策略的结果：系统不断检查发射台和火箭状态，如果确认状态良好，第一级就会接到指令，飞往发射台并悬停，“筷子”闭合并精确地钩住箭体挂点；否则，为了防止回收失败甚至炸毁发射台，第一级会受控调整姿态落海，或者坠毁在发射台附近的空地上。

此外，针对上次“星舰”第一级暴露的部分薄弱结构，这次进行了局部补强。原本“星舰”第一级还规划回收后加速泄放残余推进剂，以便尽快重新吊装回发射台，提高周转效率，这项改进只能等待将来回收验证。

在试验项目方面，这次“星舰”不仅是“承上”，更是“启下”，实施了在第三次试飞中临时取消的发动机太空点火试验，为将来第二代“星舰”尝试入轨打下了基础。随着第二级1台发动机太空点火试验成功，证明“星舰”具备入轨后可靠离轨的能力，消除了外界此前担忧。

事实上，运载火箭末级或上面级在轨点火，面临推进剂管理难题，由此导致发射失败的例子屡见不鲜。这是因为发动机在太空中关机后，火箭末级或上面级滑行期间，推进剂处于失重飘荡状态，残余推进剂随机分布在贮箱中，如何抑制低温推进剂沸腾和蒸发损耗，如何确保推进剂可靠地沉底，以防发动机异常吸入情况，如何进行完善的管路吹除和预冷作业，均是发动机太空点火所面临的关键挑战。

因此，“星舰”第六次试飞成功实施发动机太空点火，有助于后续安全地入轨部署载荷。而且，基于“星舰”第二级研制的载人登月舱计划多次在轨加注推进剂后奔月，实施有动力落月和月面起飞，离不开可靠的发动机太空点火工作。

防热修改挑战极限

有趣的是，“星舰”迭代完善并不全是针对弱点的“补强”和“做加法”，基于此前第二级3次再入大气层所积累的经验，这次开始“做减法”。比如，“星舰”第二级迎风面边缘的热环境不像仿真研究估测得那么恶劣，因此两侧5排隔热瓦被拆除，仅靠不锈钢贮箱壁“硬扛”高温。未来，这些位置可能会设置第二级的回收捕获挂点。

要知道，不锈钢的高温性能并不稳定。以304不锈钢为例，温度超过700摄氏度后，抗拉强度和屈服强度会迅速下降。如果没有隔热瓦保护，不锈钢贮箱很可能发生结构解体。在“星舰”第五次试飞中，第一级在局部使用铝制隔热瓦代替普通隔热瓦。铝的熔点约为660摄氏度，恰好接近引发不锈钢强度大幅降低的温度，难怪SpaceX公司这次敢于拆除隔热瓦。

“星舰”第二级虽然采用了约18000块六角形隔热瓦，表面温度最高达到1400摄氏度左右，而且热量分布不均，但维护成本仍然远远低于航天飞机。因为航天飞机采用多种异形隔热瓦，敷设和更换很不方便，而“星舰”第二级除翼面转角、头锥等少数部位外，采用了尺寸统一的六角形隔热瓦，每片设有3个固定点，减轻了生产和维护压力。第二代“星舰”还采用机械臂敷设部分隔热瓦，进一步降低工作量。

在此前试飞中，“星舰”第二级的隔热瓦虽然总体上耐受住再入大气层的考验，但难免出现脱落、破碎，尤其是翼面转轴处需要改进。在第六次试飞前，SpaceX公司对这枚第二级的热防护系统进行了全面返工，换用新一代隔热瓦、备用烧蚀层，并对翼面转轴处的防热和密封进行了额外补强。从实际情况来看，这些改进措施基本上是有效的，但能否实现预想中的免维护再次发射，还要等到第二代“星舰”换用新型翼面并实现回收后全面评估。

除了拆除部分隔热瓦外，“星舰”第二级还有其他挑战极限、充分“挖掘”性能潜力的表现。比如，最后第二级刻意以更高迎角飞行，主要目标是检验翼面的姿态控制极限性能，获得再入和着陆阶段的更大飞行包线。