--- author: 海伦子Hellen date: '2024-10-17' guest: '' layout: post.njk source: https://www.youtube.com/watch?v=Qiq0X87P5Pg speaker: 海伦子Hellen tags: - starship - reusability - booster-landing - launch-tower-capture - space-exploration title: 筷子夹火箭——星舰五飞成功细节与未来展望 summary: 本期视频详细梳理了SpaceX星舰（Starship）第五次试飞的关键细节。重点介绍了星舰助推器首次成功通过“Mechazilla”发射塔上的“筷子”捕获，以及星舰二级在重返大气层后的精准着陆。视频回顾了从点火升空到助推器返回的整个过程，分析了技术挑战与成就，并展望了星舰快速迭代、实现快速重复使用，最终应用于火星任务和地球点对点运输的未来。 insight: '' draft: true series: '' category: tech-trends area: tech-engineering project: [] people: [] companies_orgs: - SpaceX products_models: - Starship - Raptor engines media_books: [] status: evergreen --- 大家好，我是Lens。SpaceX在10月13日进行了星舰（Starship）的第五次试飞。这次最令人激动和惊奇的一幕，是星舰的助推器成功地返回到了发射塔的“筷子”上。其实大家都知道，只要物理学上成立，这个操作是必然能成功的，但没想到SpaceX一次就做到了。 星舰助推器高71米，直径9米，全身不锈钢。返回时，包含推进器总质量约300吨。返回时的最大速度接近4倍音速，最终稳稳地降落在一个高14.6米的发射架上。我们在地面上看非常壮观，但对于从95公里高空下落的助推器来说，这个目标区域极其狭小。 这个发射塔的官方名字是 **‘Mechazilla’（机械怪兽）**（English Term: 结合了‘mecha’和‘godzilla’的概念），其发射架上的大爪子还有一个外号叫“筷子”。但这次发射塔的成功回收，SpaceX并非毫无准备。在星舰四飞时，助推器已经基本做到了精准着陆，距离目标着陆点仅相差0.5厘米。因此，这次星舰助推器精准地落入了“筷子”之中，而非此前开玩笑说的“筷子夹苍蝇”。 “筷子”的移动范围其实并不大，约80%的功劳仍在于助推器自身的精确定位。助推器在最后靠近发射塔时，确实会有些许晃动。在最后关头，它进行了姿态调整，不偏不倚地稳稳落入“筷子”中，并被其环抱住。整个过程几乎没有悬停，仅靠4个小小的钢片支撑。 助推器在发射后约3分40秒，SpaceX才发出指令，确认允许发射塔进行回收。在此之前，SpaceX会反复确认助推器和发射塔的近千个条件及安全标准是否满足要求，才会启动捕获程序。如果条件不满足，助推器将直接降落在旁边的墨西哥湾水域。 从火箭发射到助推器返回，此次过程不到7分钟，未来有望缩短至5分钟。 ### 星舰五飞的主要任务 星舰五飞的主要任务有两个：一是“筷子”捕获助推器，二是星舰二级在重返大气层后，能够更精准地降落在目标区域。该精准度要求在10米以内。此次星舰二级也做到了精确着陆。旁边待命的摄像头捕捉到了全部影像。最后，星舰二级在黎明微光中，以耀眼的火焰姿态完成了重返大气层过程，仿佛在庆祝它又一次成功执行了任务。在星舰四飞时，SpaceX也在水上布置了摄像头，但当时星舰二级距离目标地点太远，未能捕捉到任何画面。 ### 发射过程与技术细节回顾 现在，我们再一起回顾一下这次发射的过程和一些精彩的细节。首先是点火升空。这是我将来一定想要去现场观看的画面。星舰从第一次试飞开始，点火升空就非常稳定，没有什么悬念。 起飞后，33台**猛禽发动机**（Raptor engines: SpaceX的下一代火箭发动机）都正常工作。在大约一分钟时，火箭到达了**最大动态压力点**（Max Q: 火箭在上升过程中，受到的空气动力学压力最大的点）。观看直播时，主播通常会强调Max Q这个节点，因为此时火箭承受的压力和气流震动最大，必须保证稳定性。再加上大量空气摩擦产生的高温，火箭可能发生变形或结构损伤，最坏情况是偏离轨道甚至解体。 起飞2分36秒，助推器关闭了30台猛禽发动机，仅保留3台，准备进行热分离。随即，星舰二级上的6台发动机全部启动。此时距离地面70公里，飞行速度约5200公里/小时。此次热分离、抛弃助推器、环和着陆点火等操作，都比上一次提前了约10秒。高度更低，飞行速度稍慢，这可能是为了提高后续发射台捕获的成功率。 星舰一二级分离后，二级继续飞行，准备进入轨道。助推器则立即启动了中间圈的10个发动机，调整姿态准备返回发射台。待姿态调整完毕后，助推器已达到最高点，离地96公里，随后关闭剩余的3台发动机，以俯冲姿态返回地面，利用大气进行减速。 在此阶段之前，发射台尚未正式确认是否要用“筷子”进行回收。若不行，则会启动水上溅落程序。在助推器返回过程中，可以看到其尾部持续冒出白烟。最初的白烟是由于发动机突然关闭，尾部区域气压和温度变化导致空气中的水分子凝结，呈现水雾状。后来更大的白烟则源于助推器使用小型冷气推进系统产生推力，以调整和稳定姿态与方向。 从星舰提供的另一视角镜头看，助推器后方有一条黑线和一个小白点。小白点是星舰二级，黑线是发动机燃烧后排放的颗粒物。在黎明反射光下，视觉上形成一条暗线。 助推器在离地5分56秒时，达到最高速度4394公里/小时，相当于接近4倍音速。助推器随后冲向地面。穿出云层时，其尾部呈火红色，形似一个烟头。这是由于大气在发动机槽口处大量聚集并被挤压，产生了高温。 在6分30秒时，助推器又相继启动了13台发动机，准备点火着陆。此时距离地面仅1公里，在约500米高度时，仅保留3台发动机，调整角度——这是整个星舰五飞最激动人心的时刻。我当时内心是准备看它爆炸的，却又矛盾地不希望它真的爆炸。此时火焰窜起很高，这是为了燃烧掉多余的甲烷，避免落地后更大的爆炸风险。助推器还有些不稳，在摇晃，在最后关头都在调整姿态。“筷子”为了接应它，稍微向左挪动了一下，然后稳稳地接住，助推器随即熄火。配合着SpaceX员工高昂的欢呼声，我也非常激动，相信观看直播的你们也是一样。这一刻的激动确实属于人类共同体，它跨越了政治和种族，是人类航天史上的一个巨大突破。 埃隆·马斯克（Elon Musk: SpaceX创始人及CEO）随后在X上发文称，助推器状态尚可，发动机喷嘴有些许变形，这些都是可解决的小问题。而且，星舰的迭代速度超乎了大多数人的期待。星舰助推器前三次试飞未能回收，第四次才实现垂直着陆，而这一次就成功精准落入了发射塔。星舰二级也每次都有明显进步。 ### 星舰二级重返大气层与着陆 我们再来看一下星舰二级。星舰二级在热分离后立即点火，进入轨道滑行。此次它达到了亚轨道最高高度21.2公里，速度略低于第一宇宙速度，绕地球飞行了近半圈。理论上它可以完全入轨，但由于此次是测试飞行，没有必要。此次试飞主要目的是测试新安装的隔热瓦和星舰落地的精准度。 起飞约46分钟后，星舰开始重返大气层。我们再次看到了熟悉的等离子火焰。我第一次看到真实的等离子火焰时，感到非常惊艳。因为在星舰直播前，通常只有动画模拟，看不到实物。 星舰在离地约100公里时，火焰呈紫红色。随着下降，受到的挤压大气增多，高速挤压的大气会在星舰周围形成巨大能量，火焰转变为橘红色。燃烧最激烈的部分是在离地约42公里处，这里经历了最大动压值。星舰舰体火花飞溅。左前翼处，与上一次一样，有一团高压气体喷出。但结构并未损坏，不像上次那样“鱼”（此处原文可能为口误，意指箭体某部分）烧断，融化的材料喷到镜头上。此次飞行基本稳定，镜头也一直保持清晰。 此次星舰更换了全部隔热瓦。共计18000片，人工逐一安装耗时12000+小时。此外，还特意添加了几片铝材料包裹的隔热瓦，表面呈银白色。这是因为铝的熔点接近不锈钢开始失效的温度，用于测试结构受热情况。 在离地约20公里时，俯冲角度变得更大，最大程度地利用大气减速。最后在离地约800米时，三台发动机启动，进行着陆点火和翻转机动，以垂直姿态降落在南印度洋。精准度控制在10米以内。 按此进度，星舰二级很可能在明年也能返回发射塔。此次试飞的成功也是对FA（推测为FAA - 美国联邦航空管理局）的有力证明。因为FA此前一直在因各种评估和环境测试而拖延星舰的五飞。但此次试飞完全在安全要求之下完成了任务。第六飞的批准应该很快会到来。 ### 未来展望 星舰实现快速重复飞行这一目标也越来越近。星舰预计将在2026年登陆火星，因为两年后正好有一个火星窗口期。这就是星舰需要实现快速重复使用的原因。火星窗口期每次仅1到2个月，需要在该时期内尽可能多地发送物资。当不去火星时，星舰将在地球上进行点对点运输。这也是我个人最期待的：星舰将替代飞机，将世界上任何两个点之间的飞行时间控制在30分钟以内。为了平衡成本，提高星舰船票对普通人的可负担性，增加飞行频率是关键环节。同样的航线，飞机每天最多只能飞两次，而星舰每天能飞20次，票价就可以相应下降。 好的，关于星舰五飞就聊到这里。谢谢各位观看，期待星舰的第六飞。