星舰发射失败了，但失败得好！（星舰实验室正版）

北京时间4月20日晚，21点30左右，人类历史上最大的火箭SpaceX星舰，在美国德克萨斯州博卡奇卡的自建发射场首飞。

但是火箭升空后就发现一级有三台发动机似乎没有成功点火，后来又有三台发动机似乎熄火了，升空2分30秒后火箭姿态失稳并开始旋转，4分钟之后最终解体爆炸，发射以“失败”告终。

马斯克曾经夸下豪言：“地球不配我死，要死就死在火星上！”，而这次的阶段性失败，也是马斯克火星梦起点的一部分。

SpaceX星舰这东西自从被提出以来，就因为其超级梦幻的科技感和马斯克这个话题人物的双重绑定，成为全球科技爱好者的关注焦点。

这事儿往小了说，只是一个私营企业的某项产品测试。

但往大了说，探索星辰大海这种事儿，从来就不缺粉丝和拥趸，历史上无论是苏联的首次卫星发射、首次载人航行还是美国的土星五号登月、航天飞机的发射，都会吸引全球无数民众的关注。

而我国的载人航天和空间站进展，每次也是会毫无意外的成为大新闻。可以说航天史上的里程碑事件必出圈，已然成为历史的惯性！

但近些年，无论是我国的登月探火空间站，还是美国SLS的重返月球计划，都是在人类已经探索过的道路上做重复或者微创新。

SpaceX星舰的发射就不一样了，它的设计目标是载人登陆火星！这就是潜在的跨越式进展了……那么星舰是怎么走到今天这步的？这次发射的重点意义是啥？我们今天就来聊聊这事儿。

极致的开发速度，变态的成本控制

我们刚才说了，星舰这个东西跟以往人类航天事业最大的区别是，SpaceX它是马斯克这个科技狂人的私营企业。所以我们观察星舰的研发，就会看到一些与以往惯性思维不同的特点。

我觉得这里面主要有两个点值得注意：

1、SpaceX研发是小步快跑，快速试错的策略，这与以往国家级的航天项目中非常看重“成功率”的思维非常不同；

2、星舰的目标，不是或至少不仅仅是国家攀登科技高峰的争夺，而是非常明确的指向要在短期内降低成本实现民用化，让人类文明走出地球。

不得不说，马斯克这个野心很大，我很喜欢。

我们先说第一个事儿，如果你是一个普通的科技或航天爱好者，不是SpaceX铁粉的话，你大概会有这样一个感觉：

就是马斯克的火箭新闻往往是，一会儿测试飞不起来，一会儿飞起来又炸了，一会计划回收又失败了……总之大多数都是失败的新闻，而成功的情况少有。

但意外的是，甭管是猎鹰火箭的回收、星链还是载人航天，都是在一堆失败的新闻中，突然就成功了！这就很奇怪，SpaceX是怎么办到的？

因为失败从来都是他计划的一部分，应该说他根本就不怕失败！

就比如说这次“失败”，事实上马斯克在发射之前其实调子就很低：“只要不炸毁发射台就算成功”。并且本次发射失败以后，马一龙的表情也非常淡定，不就是损失了一百个亿吗？

本次星舰测试的组合是B7 和SN24组合，也就是下半部分火箭助推器是B7，上半部分关键的星舰是SN24，就是说这已经是SpaceX星舰的第24个测试版本了。

星舰这东西最初是在2019年1月，马斯克在社交媒体上曝光了星际飞船（Starship）的模拟图，从一个发动机“星虫”到SN1原型测试版本开始，到如今已历经了20多版迭代，才到了今天这个样子。

所以，今天的星舰SN24，是在不断的失败测试中循序渐进得来的。

之所以说，星舰不怕失败，是因为每次测试都是把成本降到最低，从最小开始不断的增加难度，增加功能。最初测试的“星虫”就是一个猛禽发动机套壳，进行跳跃测试而已，但这件事儿的重要性不言而喻……

接下来的SN1到SN4 版本都是最小规模的静态测试，主要测试低温环境下的工作压力、强度、静态点火等等，过程中充斥着各种我们常见的失败……

到SN5和SN6的时候又开始做跳跃测试，我们看到这个时候测试的星舰只有脖子，连脑袋都没有，所以也是最小单位，摔了炸了也无所谓，反正多做几次最终会成功。

接下来一系列的测试我们简单说，在SN8的时候，星舰实现首次高空试飞，已经能够飞到12.5公里的高度，并且受控着陆，当然结果也是失败……但SN15是星舰的成名作品，已经做到了成功地受控着陆！

而到了SN22出厂的时候，我们看到装上隔热瓦的星舰，已经跟今天天发射的SN24差不多了！

纵观星舰的测试过程，就是每次以最小的代价获得最多的经验，然后下一代都是增加数百项的改进，增加新的内容不断前进的过程。比如SN15时候就只有三台发动机，也没有隔热板，因为那时候根本不飞到太空里，所以不需要这些东西。

所以SpaceX跟以往大家对航天事业，尽可能不要失败的策略完全不一样，SpaceX比较灵活，研发人员也没有那么大的压力，火箭炸了还搁那鼓掌，研发可以是不断试错快速迭代的方式，反而迭代速度更快成本更低。

当然，历史上航天事业中“只许成功，不许失败”的传统印象，也有其特殊历史原因。

因为航天技术与战略导弹技术有大量的重叠，再加上人类一定要冲出地球向外拓展生存空间是当时为数不多的冷战双方都认可的普世价值。

能在航天事业中取得优势既意味着我比你更能打又意味着我比你更能代表全人类的利益，其军事和政治意义不言而喻。这使得冷战时期的航天事业成为了双方军事乃至意识形态的大国角逐，或者说是军备竞赛！

所以冷战双方都对成功率非常着迷。美国由于上来就在人造卫星上落后，再到土星五号登月、航天飞机都是全球围观，事关重大，所以极为看重成功率！土星五号100%成功率，后来更是被NASA吹个没完，我听得耳朵都要起茧了。而苏联由于体制特点，更是关注成功率，甚至有科学家因为做不好而获罪的风险……

而SpaceX在这种不断试错的策略，目标除了加快迭代速度，更多的就是为了省钱。这跟我们刚才提到的第二点，SpaceX星舰民用化的目标，以及移民火星这个远期目标都息息相关。

从火箭回收复用到星舰使用的各种材料零部件，几乎全是以减少成本为目标的！这就类似于飞机里面的军机和民航飞机的关系，军机追求性能可以不计成本，而民航必须讲究成本，燃油经济性和发动机寿命尤其重要。

你如果想把上百万人移民火星，搞火星城市，那以往所有的航天设备都没戏，你必须把成本降到民用消费级别，才有可能实现！

SpaceX星舰在减少成本方面一直在追求极致，因为他的目标是，最终人类进入太空成本降到1公斤仅需10美元，各位可以算一下自己进太空要多少钱。但SpaceX省钱的方法不是通过偷工减料或者减少工序，而是对技术的极致追求！

火箭回收当然是省钱最重要的部分，并且星舰设计上，上下两级均可回收，落地后只需经过基本的维护、装填燃料，即可再次发射升空。与航天飞机相比，它的维护成本更低，复飞时间也更短，成熟之后只需一两天，甚至几个小时即可重复飞行。

继承了航天飞机衣钵的SLS火箭，每发射一次要41亿美元，而星舰未来计划每次发射只需1000万美元甚至更低，是它的1/400。

外壳方面星舰用的是不锈钢，这又大大的节省了成本，之前在航天领域运用得更广泛的是碳纤维复合材料，这种材料成本达到13万美元/吨，但星舰使用的30X不锈钢的价格是2500美元/吨，只有碳纤维复合材料的2%。而猛禽发动机采用3D打印技术降低成本，一台发动机只要50万美元。

芯片也是航天领域极其费钱的部分，我们知道航天级芯片对工作温度范围、抗宇宙辐射要求极高，所以相应的宇航芯片也巨贵无比！NASA登录火星的毅力号火星车，使用的RAD750芯片，价格高达20万美元一颗！

而马斯克的SpaceX火箭干脆不用宇航级芯片，直接用了X86的民用级芯片！为了预防芯片失效，他采取的策略是冗余设计，每一个需要用到芯片的地方都采用3颗芯片，一台火箭用到几十颗民用芯片。

执行计算任务时，SpaceX是把一颗芯片的双核拆成了两个单核，分别计算同样的数据。每个系统配置 3 块芯片做冗余，也就是 6 个核做计算。如果其中 1 个核的数据和其他 5 个核不同，那么主控系统会告诉这个核重新启动，再把其他 5 个核的数据拷贝给重启的核，从而达到数据一直同步。周而复始，不让一个核掉队。

以龙飞船为例，据 SpaceX 前火箭总师 John Muratore 透露，龙飞船一共有 18 个系统，每个系统配置了 3 块 X86 芯片，龙飞船一共有 54 块。所以龙飞船主控芯片的总价约为2.6 万人民币，3600 美元！

再比如，SpaceX星舰不设置逃逸仓和降落伞，因为这些都是会占据运输的空间，占用总体成本。

一个有意思的技术是，星舰从太空中重新进入大气层以后，它是躺着掉下来的，这也是为啥星舰的隔热板只装了一面，因为另一面不摩擦受热！但从始至终没有降落伞帮忙减速，它什么时候重新启动发动机受控，才能安全垂直竖起来降落回收，这就非常有讲究了。

显然，星舰翻转的越晚，高度越低，越能节省燃料，如果星舰在500米左右进行翻转，对比在更高的海拔2000米左右进行翻转，相当于会节省20吨燃料，20吨的载荷不是闹着玩的，这比整个猎鹰9的载荷还要高！

但问题是，你越晚翻身，对姿态的调控空间越小，早调控早稳定呀！所以就要靠极致的临界技术去调整姿态，为的是节省燃料，增加载荷。一切的目标还是为了省钱，省钱，省钱。

由于本次发射是星舰首次轨道飞行，所以回落大气层本来是重要测试点之一，我个人对于它怎么躺着回来非常感兴趣，但遗憾的是我们没有看到那一幕，因为星舰在分离这个环节没有完成，也就没有后续了，只能期待下次发射了…… 那么除了这个，还有哪些重点呢？

终极目标：移民火星

SpaceX星舰的最终目标是移民火星，这个已经非常清晰，但这个整体的逻辑是什么样的呢？我们还得稍微捋一下。

这件事儿的整体节奏应该是，先登陆月球，然后在月球建立永久性基地，通过一段时间的准备，再登陆火星。

当人类能够殖民火星之后，再等待一些关键技术比如核聚变引擎的成熟，就能够为更深层次的深空探测任务、更遥远的星际移民做好准备了……

美国人上一次登月已经是50年前的事儿了……

所以美国的计划是先“重返”月球，这就是著名的“阿尔忒弥斯计划”。这个计划在2017年被懂王签署，其目标是在2024年前将宇航员平安送往月球并返回（大概率无法按时完成），并建立常态化驻留机制，为未来的火星载人登陆任务铺就道路。

也就是说，这次登月跟之前不一样，有技术上的重要更新，除了刚才说的永久性基地以外，还要建立月球的空间站。说到底本次重返月球是为了移民火星做准备，这就跟SpaceX星舰的目标对上了！

问题是，阿尔忒弥斯计划由美国国家航空航天局主导，并有多家美国商业航天企业及国际合作伙伴参与。SpaceX星舰只是其中的一小部分，NASA自己本来想指望自己的亲儿子SLS火箭，但是由于SLS不太争气，所以SpaceX星舰的参与度在逐渐增强。

目前，SpaceX已经得到NASA的第二份“阿尔忒弥斯”登月合同，作为NASA“阿尔忒弥斯4号”任务的一部分，也就是说按计划，SpaceX将参与“阿尔忒弥斯3号”和“阿尔忒弥斯4号”任务，两次载人登月。

所以说，本次SpaceX星舰的测试，背后也是有着NASA的巨大支持。

刚才说了星舰是两节组装起来的，由下半部分火箭助推器B7 和上半部分星舰SN24组成。下边是约70米高，33台猛禽2发动机，推进剂装载量3400吨，设计推力7590吨。上头的星舰飞船，50米高，6台猛禽2发动机，其中3台是真空版，推进剂装载量1200吨，设计推力1500吨。

上半截6台发动机，下半截33台发动机

星舰总重大约5000吨，总高度120米，直径9米，运力100到150吨。所以，它将是史上最大、最强火箭，比SLS的Block 1 高20米，比土星五号高10米。而土星五号的起飞推力是3400多吨，星舰是7590吨。

但是首飞不会100%释放推力，而是90%。那用7590吨乘以90%，经过极度复杂的运算，得出结果是6831吨，这基本是土星五号的2倍。也就是说，它是人类迄今为止最大的火箭。

好了，说完星舰的整体情况，下面我们介绍下本次发射的计划流程。

这次飞行测试之所以颇受公众关注，因为这是星舰的第一次入轨测试。按计划，星舰组合体将在美国德克萨斯州博卡奇卡的自建发射场升空，组合体升空到达一定高度后分离，之后第二级“星舰”飞船将在低地球轨道上继续向东飞行大约90分钟，经过墨西哥湾和佛罗里达海峡，绕地球大半圈，最后到达夏威夷附近海域。

虽然助推器和星舰都被设计成可重复使用，但在此次飞行计划中，两者都将不作回收。它们将在海面上溅落，而不是像猎鹰9号和重型猎鹰那样，垂直降落在着陆场或海上回收平台。

按计划，星舰整体会在距离发射一个半小时左右加注燃料——液氧和液态甲烷。因为液氧-183度、液态甲烷-162度的低温，大家看到箭体发生明显变化逐渐变白，成为大冰棍，就是在干这个事儿。

正常情况下，火箭发动机在T-8秒时候开始点火，8秒之后火箭升空！下半截超重助推发动机工作时间是169秒，之后助推器的33个“猛禽”发动机将关机。升空193秒后，星舰与助推器分离，这时候的高度大约是63公里。

所以计划中，如果分离成功的话，他这个下半截是受控返回，但不是直接回收，而是以溅落的方式，掉到海里！助推器会在发射后大约8分钟，溅落在距墨西哥湾海岸大约32公里的海面上。

图中有蓝色和紫色两个区域，蓝色区域是正常飞行的情况下，超重助推溅落在墨西哥湾的危险区域。紫色的区域，是发射初期发生问题，也就是计划外快速解体的情况下，碎片掉落的危险区域。

按计划，星舰上半段在分离以后，将继续在宇宙空间向东飞行一个半小时左右，飞大半个地球的距离的样子。飞行路线主要在海上，经过非洲和澳洲以后往夏威夷方向去溅落。

所以在这一段时间，主要是看能否完美回落大气层，然后在大气摩擦下隔热瓦能否扛得住，图中也是圈儿里的部分是溅落区域，绿色部分是出问题解体后，散落的区域。

从整个发射流程我们可以看到，本次星舰发射计划测试的环节与以往历史上的测试结合在一起，已经可以组成一个完整的人类最大火箭的发射路径！而且是在最小成本最经济的计划下完成。

因为下半截的回收已经不是问题，上半截的回收之前也做过测试，本次是组合起来发射到轨道级，然后飞行，再返回大气层。这几点全部成功那就够了。

那么问题来了，本次实际发生过程中，“失败”在哪了呢？

目前，星舰发射失败原因已公布，SpaceX通报称，星舰发射后不久，因发动机故障和失去高度而被主动自毁，这也比较符合直播的实际情况！

1、发动机故障；2、失去高度。

发动机的问题是：33台猛禽发动机并没有完全工作，发射一开始就有3个发动机没能启动，之后又有3-6台轮番没有点亮。理论上讲，33台猛禽发动机设计上是有冗余的。但是本次试飞本来计划，就只会释放90%的发动机动力，再加上几个不工作的发动机都偏向一侧，所以在动力弱的情况下，还跑偏，这就比较麻烦了。

所谓失去高度是：此次发射并没有达到预定的高度，火箭的姿态就开始变形，按计划应该是3分钟之前，就应该完成预定的分离。而分离高度应该是飞到海拔63公里，但是实际只飞到29公里的海拔高度就乏力了，推不动了，所以只能4分钟左右自毁解体了……

所以发射到此结束，以失败告终，后面的计划也就不存在了……

但客观的说，本次测试能达到这个阶段的情况，也已经能打60分了，为什么这么说呢？因为此次飞行突破了MAX-Q阶段，这是一个很大的突破，按道理突破了MAX-Q阶段就已经成功一大半了！

什么是MAX-Q阶段呢，就是说火箭在上升的时候，会受到空气的阻力和扰动，火箭推力主要克服的就是重力和空气阻力，火箭发射以后速度越来越快，受到的空气阻力和扰动也会越来越大，但是空气越往上空稀薄，这个阻力也会在减小，当这个均衡被打破的临界点就是MAX-Q，正常情况下突破这个点，火箭受到的扰动就会很小了，也就是说，后面就稳了。