星舰首飞：炸了却引发全场欢呼，还刷新了纪录

　　文/ 朱林崎

　　星舰成功从轨道发射台升空，飞到了39 千米的高空，但由于先后有6 台发动机出现故障，星舰在空中仅仅飞行了大约4 分钟就翻滚爆炸，万众瞩目的首秀以一场壮观的“烟花表演”戛然而止，与原计划的90 分钟飞行时间相距甚远。尽管如此，现场却爆发出了热烈的欢呼声。SpaceX 网络直播的主持人表示：“这里的每个人都非常兴奋。”SpaceX 首席执行官兼创始人埃隆• 马斯克也在第一时间发文，祝贺SpaceX 团队成功进行了一次激动人心的星舰试飞。

　　“只要不在发射台上爆炸，就算成功”

　　为什么星舰首飞仅仅4 分钟就炸成了烟花，现场观众却欢呼雀跃，还称其为“成功”的试飞呢？这是因为星舰的开发理念与传统火箭的不同，它采用了“以飞代试”的模式。简单来说，就是用一系列原型机进行反复测试，边飞边炸，边炸边改进，一路试错，一路更新，不断提升星舰的性能。星舰的全面综合飞行测试，并不是以是否爆炸来衡量成败，而是看是否达成了测试目标，以及能学到多少经验。

　　这次试飞的主要目的是验证星舰能否顺利发射，进入预定轨道，以及再入大气层的能力。SpaceX 表示“只要不在发射台上爆炸，就算成功”。尽管超重型火箭尾部的推进剂泄漏，引发了火灾，导致星舰失控，未能实现超重型火箭与星舰飞船的分离，但星舰成功升空，未炸掉发射塔，并顺利飞到了39 千米的高空，超重型火箭与星舰飞船的完全集成体经受住了严苛考验。对于这样一枚实验性的火箭来说，这已经是一个了不起的重大突破，被科学家称为“一座重要的里程碑”。

　　打破旧魔咒，创造新纪录

　　星舰首次飞行备受瞩目，其中一个关键原因是它刷新了人类最强运载火箭的纪录。超重型火箭如巨龙般腾空而起，产生的巨大推力一举超越了航天史上所有火箭，打破了苏联N1 火箭保持了半个世纪的纪录，赢得了“最强火箭”的桂冠。超重型火箭强劲的动力，来自它底部密密麻麻排列的33 台猛禽发动机。它们并列排布，就像一个巨大的蜂巢，使得超重型火箭成为目前并联发动机数量最多的火箭。

　　要想让火箭拥有强大的推力，有两种途径：一种是使用几个非常强大的发动机，另一种是使用大量相对较小的发动机。超重型火箭选择了后者。这种设计与苏联N1 火箭一级并联30 台发动机的构型有惊人的相似之处。

　　20 世纪60 年代，苏联还没有能力造出特别强大的发动机，他们急于与美国进行登月竞赛，于是在研发N1 火箭的过程中，采取了“推力不够，数量来凑”的无奈之举，在火箭一级并联了30 台NK-15 发动机。虽然N1 火箭创造了起飞推力的世界纪录，并保持了半个世纪之久，但其实这30 台发动机很难同时点火，也不能在飞行中精准调整方向。结果，N1 火箭从1969 年到1972 年间总共发射了四次，四射四炸，黯然退场，最终苏联在登月竞赛中落败。

　　N1 火箭的失败给航天界留下了“多发动机魔咒”，意思是发动机越多，可靠性越差。多发动机的设计是大忌，它会带来振动、结构、散热、可靠性等一系列问题，控制的难度急剧上升，意味着有更多的潜在故障点和更复杂的系统。

　　那么，为什么星舰要迎难而上，挑战“多发动机魔咒”呢？

　　我们可以把火箭发动机的设计比作计算机的集群。如今，大型计算机公司如字节跳动的数据中心采用数以万计的小型计算机进行集群计算，替代了曾经的超级计算机。如果其中一台或几台计算机出现故障，不会影响今日头条或抖音软件的整体运行。但如果采用一台或几台大型计算机，但凡一台计算机发生故障，整个系统就会停摆。火箭发动机也是如此，如果采用几台大型发动机，只要有一台发生故障，火箭就会损失大部分的推力，无法进入预定轨道。用大量成熟的小型发动机组成集群，即使一台或多台小型发动机发生故障，推力损失也较小，剩余的推力足以让火箭继续飞行。

　　N1 火箭虽然并联了30 台发动机，但设计上的局限使它仅允许两个对称布局的发动机出现故障。而星舰允许的故障发动机数量大大提升，在星舰首飞中，先后有6 台发动机出现故障，火箭仍能继续飞行。N1 火箭的发动机爆炸无法隔离，单台发动机爆炸会严重影响整个箭体。而超重型火箭的每个发动机都封闭在自己的防爆保护罩中，单台发动机爆炸后不会影响相邻的发动机。此外，N1 火箭没有处理复杂任务的计算机，而星舰有——SpaceX 的工程师可以利用软件模拟发动机运转状况，找出潜在问题并加以解决。在飞行时，计算机能够检测到异常，并在发生灾难性故障前关闭发动机，保障火箭的安全性。事实上，N1 火箭的失败不能完全由发动机数量多来“背锅”，主要原因是NK-15 发动机相对较新，未经测试，非常容易发生故障。

　　除了安全性，采用大量小型发动机并联还可以“省钱”。制造超大型发动机的成本很高，而小型发动机可以大规模流水线式生产，生产成本大幅降低。发动机尺寸越小，处理、测试、安装和运输越容易，进一步降低了成本。

　　星舰不仅成功打破了“多发动机魔咒”，带来了前所未有的火箭推力，创造了最强火箭的新纪录，为未来的火箭设计提供了新思路，还通过创新的设计和技术，实现了可靠性和经济性的平衡。

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