出品:科普中国
作者:川陀太空(科普创作者)
监制:中国科普博览
据路透社、美国有线电视新闻网(CNN)等媒体报道,当地时间2025年5月27日,美国太空探索技术公司(SpaceX)的“星舰”飞船进行第九次试飞,火箭第一级助推器在降落过程中失控,未能按计划实现海上着陆,火箭第二级飞船也在失去姿态控制后空中解体。
这次发射地点依然位于德克萨斯州博卡奇卡的星际基地,这与此前的多次测试保持一致。工位在“轨道发射台A”(OLP-A),于美东时间晚上7点30分开始实施。
根据SpaceX发布的信息,第九次试飞使用的是14号助推器(B14),飞船上面级编号为S35——这一数字表明,自2019年首艘钢制测试飞船“跳跃者”和高空原型机Mk系列以来,星舰项目已经进行了大量的测试和试飞。此次第九次飞行测试属于全集成试飞,对星舰项目至关重要,美国国家航空航天局也在密切关注其进展。
星舰的第九次飞行测试(直播画面)
(图片来源:SpaceX)
阿尔忒弥斯3号任务中,星舰的Block3版本将负责把宇航员送上月球南极地区,并支持他们在月表停留大约一周时间。因此,星舰的试飞进度将直接影响阿尔忒弥斯项目的整体推进。
目前,阿尔忒弥斯项目已经严重推迟,即便是使用太空发射系统与猎户座飞船执行的首次绕月载人飞行(阿尔忒弥斯2号),也尚未实现。在这样的背景下,星舰第九次试飞的成功与否显得尤为重要,甚至可以说,它承载着巨大的压力。
星舰起飞后33台发动机点燃(直播画面)
(图片来源:SpaceX)
第九次试飞的基本情况
星舰是一种运载火箭,由两个部分组成:第一部分是超重型助推器,配备33台猛禽发动机,整体高度大约71米,直径为9米。第二部分是飞船上面级,也是其第二级,是一个有襟翼结构的航天器,内置6台猛禽发动机。在本次试飞之前,星舰已完成8次试飞,其中超重型助推器已实现回收,但飞船上面级仍然表现欠佳,未达到预定的试飞目标。
本次试飞是星舰第九次发射,预定试飞时长为1小时零6分钟。但在这次试飞中,直播持续到47分钟左右中断,此时飞船上面级距海平面大约59公里,显然实际飞行并未完成全过程。
虽然飞船上面级按计划成功进入预定轨道,但是在后续的测试环节出现了一些问题。比如,部署卫星的关键测试因有效载荷舱门无法完全打开而暂停。飞船上面级可能还存在燃料泄漏问题,再入大气层时失去了对姿态的控制能力,导致猛禽发动机重新点火测试也被取消,最终,飞船上面级在失控中再入大气层。
此时,视频信号仍然在传输中,画面显示飞船上面级周围出现了等离子体包围的现象,这是因为航天器在穿越大气层时,周围空气被剧烈压缩,高温使空气电离,形成了一层包裹在航天器表面的等离子体。由于姿态失控,襟翼等结构在这一过程中被摧毁,使得部分数据无法正常收集。
飞船上面级再入大气层后尾部结构发生解体(直播画面)
(图片来源:SpaceX)
超重型助推器溅落到墨西哥湾(直播画面)
(图片来源:SpaceX)
本次试飞的主要目标集中在对超重型助推器的可重复使用性能进行演示,虽然助推器实现了33台发动机全部点燃验证了可重复使用能力,但整体表现并不突出——在最后降落阶段,遥测信号丢失,推测超重型助推器可能坠入墨西哥湾,未能实现原定的受控溅落目标。
第九次试飞任务的核心看点
第一,飞船上面级的表现成为焦点。
星舰飞船第九次试飞之所以备受关注,是因为自2023年4月启动飞行试验以来,前8次试飞成败各半。虽然超重型助推器已多次实现返回,被称为“筷子”的捕获装置回收,但飞船上面级的表现却不尽如人意——在前两次的试飞中均因多种原因发生解体。
自2025年第七次试飞时,星舰已升级为Block 2版本,在第七和第八次试飞中,飞船上面级均未达到既定目标,可以认为其升级后的表现反而出现倒退。这些压力全部积累到第九次试飞,飞船上面级的表现也因此成为关注焦点。然而在本次试飞过程中,飞船上面级仍然没有完成全过程,在返回大气层的过程中解体,还出现了燃料箱泄漏的问题,再入大气层时失控。
飞船上面级进入轨道,此时高度为159公里
(图片来源:SpaceX)
飞船上面级的失控导致其以错误的姿态进入大气层,这使得隔热策略失效。从视频画面可以看到,其襟翼结构被高温摧毁,致使原计划实施的隔热罩性能测试也无法进行。与前两次试飞对比来看,本次试飞中飞船上面级比前两次飞得更远,这可能是仅存的闪光点。综合来看,在第九次试飞测试中,飞船上面级的表现遭遇了重大挫折。
第二,首次重复使用超重型助推器。
本次飞行使用的是14号助推器(B14),它在2025年1月实施的第七次飞行任务中就已经被使用,33台猛禽发动机中有29台进入重复使用程序。这意味着在星舰任务中,助推器重复使用的间隔缩短到了4个月左右。
重复使用是SpaceX成立以来研发火箭的一大特色,目前商业模式较为成熟的猎鹰9号火箭,就凭借多次重复使用助推器来降低发射成本。但是猎鹰9号火箭的首次飞行测试是在2010年,首次重复使用助推器在2017年才实现,间隔了7年。对于星舰而言,首次飞行测试是在2023年,而它在2025年就实现了助推器的重复使用,相比之下,重复使用的能力验证已经提前了。
值得一提的是,在本次试飞发射任务中,33台猛禽发动机在起飞时全部点燃,这说明重复使用的猛禽发动机具备再次发射的能力。由于星舰任务与美国宇航局的阿尔忒弥斯项目深度关联,这层关系也促使SpaceX加快展示星舰助推器的可重复使用能力。
第三,没有回收超重型助推器。
SpaceX在任务简报中指出,第九次星舰试飞任务不会安排超重型助推器返回发射场回收,而是让它在海面溅落。原因在于,本次任务第一次使用已发射过的超重型助推器,且需要在飞行中收集更多的数据,可能还包括测试在一些极限条件下的表现。
超重型助推器返回着陆场情景,但在本次试飞任务中,不回收超重型助推器(非直播画面)
(图片来源:SpaceX)
SpaceX还有另一重考量,他们未来的目标是让超重型助推器在极少维护的情况下实现可重复使用,从而降低成本并缩短再次部署周期。马斯克设想建造大量的星舰将人类送往火星,如果超重型助推器两次使用之间需要较长时间的人工检测甚至是维修,显然会拖累大规模发射的进度。为了实现这个目标,就需要对超重型助推器进行多项飞行测试,尤其要收集在非正常情况下的实际性能数据,此举可能导致星舰基地的发射设施处于不安全状态。综合以上因素,SpaceX决定在本次任务中不回收超重型助推器。
图为SpaceX构想的使用星舰向火星转移人类的场景
(图片来源:SpaceX)
第四,超重型助推器返回策略有所改变。
SpaceX重新规划了超重助推器返回的策略。按照原计划,在级间分离后,超重助推器进行可控方向翻转,这一操作预计能减少其为翻转预留的燃料量,进而允许在发射时携带更多燃料。
在之前的飞行测试中,超重助推器的翻转方向是随机的,取决于飞船上面级发动机点火产生的微小推力。在本次试飞中,超重助推器在下降时尝试以更大的迎角进行飞行,此举可增加大气阻力并降低下降的速度,从而达到减少消耗燃料的目的。超重助推器在大仰角状态下的实际飞行数据对SpaceX至关重要,可能会影响到后续对星舰性能的提升。
超重型助推器在降落最后阶段的画面(非本次试飞画面),注意看中心三台发动机处于工作状态,本次试飞中,SpaceX并没有回收超重型助推器,同时对中心三台发动机的运行策略进行了调整
(图片来源:SpaceX)
SpaceX原计划在本次试飞中对超重型助推器的发动机关闭和启动策略进行调整,在着陆阶段主动关闭三个中心发动机的一个,尝试使用中环上的发动机作为备份,以此验证在助推器发生故障情况下的实际参数。由于最后阶段信号丢失,无法确定这项测试是否完成。
第五,部署卫星未能实现。
星舰在本次试飞过程中计划执行卫星部署任务,载荷舱内搭载了8颗星链卫星模拟器星链卫星,按计划这些模拟器最终会在大气层中烧毁。然而,由于有效载荷舱门无法完全打开,部署卫星未能实现。结果表明这项测试没有达到预期目标,这意味着SpaceX无法在本次试飞中验证星舰将货物送上轨道的能力。
实际上,这是已经是第二次出现此类问题——在2025年3月的第八次试飞中,星舰也搭载了4个星链卫星模拟器,由于一些故障同样未能实现部署。
飞船上面级舱门未能打开,部署星链卫星模拟器无法进行(直播画面)
(图片来源:SpaceX)
星舰近几次试飞接连碰壁
星舰第一次试飞是在2023年,前六次试飞均为Block1版本,且有4次试飞被SpaceX认为是成功的。自2025年1月第七次试飞之后,星舰已经升级为Block2版本,但近3次发射均未取SpaceX所期望的成功。
比如,在第七次试飞任务中,飞船上面级发动机过早关闭,导致遥测数据丢失,不久后失去控制,在特克斯和凯科斯群岛上空解体。事后,SpaceX调查发现,飞船上面级在成功启动发动机后,有一台猛禽发动机附近出现一道闪光,传感器检测到一个位于液氧罐底部的组件内部压力上升,发生泄漏,最终发生火灾。该事故原因的根本原因在于,飞行中出现了比以往测试中更强的谐波共振问题,进而引发推进系统压力增加并出现泄漏。
再如,在第八次试飞任务中,飞船上面级仍然出现了故障。猛禽发动机出现硬件故障,导致发动机舱起火,其中四台过早关闭,飞船上面级姿态失去控制,遥测数据丢失,飞船解体。
SpaceX认为这次故障与第七次的谐波共振问题无关,原因是飞船上面级的推进系统。事故原因可能是推进系统发生硬件故障后,导致推进剂混合并引发大火,最终使发动机舱起火。可以看出,星舰升级到Block2版本之后的两次试飞,均出现推进系统的故障。从本次第九次试飞的情况来看,飞船上面级依然表现不佳,进入大气层时处于失控状态并解体,此次测试未达预期的情况较为突出。
图为星舰第八次发射时的情景,为Block2版本,与本次试飞的星舰属于同一批次,近两次试飞均出现多处故障
(图片来源:SpaceX)
星舰项目的短期目标与挑战
星舰有两种主要的用途,分别为货运版和载人版。货运版设置有一个大型货舱门,类似航天飞机,可以在轨道上释放有效载荷,在重返大气层的时候可关闭。载人版本使用加压的乘员舱,根据SpaceX的数据,星舰在设计上可搭载100名乘员前往火星。
对SpaceX而言,解决飞船上面级的表现是当下的核心任务,这直接关系到星舰项目乃至阿尔忒弥斯计划的进度。本次使用的飞船上面级编号为S35,目前S36和S37主体制造完成,正在进行各项测试,S38和S39也处于建造中。星舰的试飞进度相当紧迫,为了在2027年完成阿尔忒弥斯三号任务,他们需要在剩余的两年左右时间内完成多次试飞。
登月版星舰在月面着陆的想象图
(图片来源:美国国家航空航天局)
在执行阿尔忒弥斯任务之前,星舰还需要进行一次无人登月和月面起飞的演示飞行。在阿尔忒弥斯三号任务中,两名宇航员将搭乘飞船上面级的着陆器变体在月面表面软着陆。着陆器变体基于飞船上面级改进,增加了着陆支架,可实现在月面软着陆。但截至目前,飞船上面级尚未实现陆地软着陆,甚至在飞行过程中出现多个故障导致解体事件发生。要在两年左右的时间内完成相关测试和着陆器变体的制造任务,极具挑战性。
在火星方向上,虽然星舰计划与美国国家航空航天局的阿尔忒弥斯项目绑定,也是当前SpaceX的主要任务之一,但马斯克仍然将星舰的最终用途定位在火星。根据马斯克的设想,在理想情况下,星舰前往火星的无人飞行任务可能在2026年底启动,前提是需要星舰完成在轨燃料补给的技术验证。然而基于本次试飞暴露出的技术问题,后续S36的发射测试将承担更大的验证压力,火星计划的推进正面临挑战。