美华头条7月28日综合报道 美国太空探索技术公司SpaceX于7月24日从得克萨斯州南部“星港”基地发射星舰重型运载系统,完成第13次综合飞行测试。星舰上面级在飞行过程中释放20颗新一代“星链”卫星,随后穿越大气层,在印度洋实施软着水。承担第一级任务的“超级重型”助推器则因部分发动机未能按计划重新点火,未能完成受控着水。

此次飞行被SpaceX视为星舰项目的重要进展。与此前部分试飞中飞船在再入或下降阶段失控相比,第13次试飞的星舰上面级保持了较完整的结构,完成姿态翻转和着水程序,并在落水后继续传回数据。此次任务还首次释放20颗新一代“星链”卫星;这些卫星处于亚轨道飞行轨迹,最终按计划进入大气层。其中6颗搭载相机和传感设备,用于观察星舰再入期间的热防护系统表现。

不过,试飞成功并未消除围绕星舰热防护系统的争议。多名航天材料研究人员认为,星舰目前使用的陶瓷隔热瓦已经显示出保护飞船完成再入的能力,但“能够安全返回”与“能够在极少维护后迅速再次发射”并不是同一个技术标准。星舰若要实现SpaceX提出的高频、低成本和完全重复使用目标,隔热瓦不仅需要承受一次再入,还必须在多次飞行后保持稳定,并尽可能减少逐块检查、更换和修复所需的时间。

隔热瓦经受再入考验,长期耐用性仍待验证

星舰迎风面安装约1.8万块陶瓷隔热瓦,用于阻隔飞船高速进入大气层时产生的极端热量。第13次试飞的画面显示,热防护系统整体保持完整,飞船在再入和下降过程中的状态明显好于此前多次试飞。不过,部分区域仍出现白色痕迹和局部表面变化,具体涉及隔热瓦本体、瓦片之间的填充材料,还是其他表层结构,仍需要SpaceX根据飞行数据和影像进一步判断。

曾在美国国家航空航天局艾姆斯研究中心长期从事热防护材料研究的丹·拉斯基认为,星舰当前的热防护设计可能难以直接满足完全、快速复用任务的要求。拉斯基参与研发了PICA隔热材料,该材料的改进版本后来被用于SpaceX“龙”飞船。他的主要担忧并不是星舰现有隔热瓦完全无法工作,而是数量庞大的瓦片在每次飞行后可能需要进行较为繁重的检查和维护,从而限制飞船周转速度。

SpaceX创始人埃隆·马斯克此前也将可重复使用热防护系统列为星舰项目最困难的剩余问题之一。按照SpaceX的长期设想,星舰应当能够在返回地面后经过有限检查,补充推进剂并再次起飞。如果每次任务结束后都需要逐块检查数以万计的隔热瓦,实际运营方式便可能与这一目标存在较大距离。

星舰与航天飞机存在相似挑战,也有结构差异

美国航天飞机的运营经历常被用来说明热防护系统对重复使用航天器成本的影响。航天飞机虽然能够返回地面并再次飞行,但其隔热瓦数量众多,部分瓦片需要按照具体安装位置单独制造和管理,飞行后的检查与维修耗费大量时间和人力。最终,航天飞机实现了技术意义上的重复使用,却没有达到早期设想的航空器式快速周转。

谨慎观点认为,如果星舰在每次再入后都出现隔热瓦裂纹、脱落或填充材料损耗,项目可能同样面临维护工作不断增加的问题。对于普通卫星发射,这种维护压力或许可以通过增加飞船数量缓解;但对于需要在较短时间内连续执行多次发射的在轨加注、月球和火星任务,周转速度将直接影响任务安排。

不过,星舰与航天飞机并非采用完全相同的结构。星舰的大部分隔热瓦具有相对标准化的形状,并采用机械方式固定,理论上比大量依赖定制瓦片和粘接工艺的航天飞机更容易更换。星舰船体使用不锈钢制造,耐高温能力也高于传统铝合金结构,可以为局部热防护损伤提供一定的结构余量。相关观点认为,这些设计可能使星舰的检查和维修流程比航天飞机更容易实现标准化和自动化。

因此,部分航天业观察人士认为,现有隔热瓦方案即使暂时无法支持数小时内再次飞行,也不意味着星舰项目失去商业价值。如果SpaceX能够将飞船维护时间控制在数天或数周,并以多艘星舰轮换执行任务,其发射频率仍可能高于传统大型运载火箭。机器人扫描、热成像检测、传感器监测和自动更换设备,也可能减少人工逐块检查的负担。

快速复用程度关系星舰任务模式

围绕星舰的争论还涉及“快速复用”的具体标准。对一般货运和卫星任务而言,飞船能够被回收,并以低于重新制造的成本再次投入使用,可能已经具有经济意义。在这种情况下,SpaceX可以同时运营多艘星舰,在一艘飞船接受检查和维修时,使用其他飞船继续执行任务。

但星舰承担的不只是普通近地轨道运输任务。NASA计划将星舰的改进型号用于载人登月系统,而SpaceX的火星计划也依赖在轨推进剂加注。此类任务可能需要在较短周期内连续发射多艘加注型星舰,将推进剂转移至停留在轨道上的飞船。如果热防护系统导致每艘飞船长期停场,SpaceX就需要扩大飞船、发射塔和地面维护设施的数量,项目成本和运行复杂程度也会随之上升。

因此,热防护系统不仅是飞行安全问题,也是决定星舰运营成本、发射频率和深空任务能力的重要因素。飞船成功返回证明现有系统具备基本功能,而能否经过多次飞行仍保持低损耗,才是判断其是否真正实现完全重复使用的关键。

公共基础研究与企业研发责任引发分歧

围绕星舰热防护技术的讨论还延伸至美国航天基础研究体系。一种观点认为,耐高温材料、再入气动加热和重复使用热防护系统需要长期投入,研究周期可能长达数十年,单一企业通常更重视能够直接服务现有产品的技术,因此NASA和大学应继续承担具有公共价值的基础材料研究。

另一种观点则认为,SpaceX是星舰的设计和运营主体,也将从未来商业发射中获得收益,针对星舰具体结构和运营目标的工程研发应由公司承担,不能将商业项目遇到的困难简单归因于政府科研投入不足。

NASA目前仍设有专门的热防护材料研究部门,负责研发和改进可重复使用隔热瓦、烧蚀材料、缝隙填充材料及相关测试和建模技术。NASA艾姆斯研究中心曾研发PICA、TUFROC等多种热防护材料,并继续利用相关设施开展再入环境和材料性能研究。因此,更准确的表述不是美国已经停止热防护研究,而是现有研究投入、技术方向和成果转化速度,能否满足新一代高频重复使用航天器的需求仍存在争议。

在公共与私人部门的分工方面,一种可能的模式是由NASA继续承担通用材料、测试设施和基础理论研究,商业航天企业则负责针对具体飞行器进行系统集成、工程验证和规模化生产。这样的安排既可以保留公共科研对整个航天产业的支持,也能明确企业对自身产品性能和商业风险承担主要责任。

后续复飞数据将决定技术路线前景

第13次试飞表明,星舰上面级的再入表现已经取得明显进步,热防护系统能够帮助飞船以较完整状态抵达预定海域。但此次飞船仍然在海上着水,尚未经历返回发射场、塔架捕获、地面检查、再次加注和同一飞船复飞的完整流程。

现阶段,将星舰隔热瓦技术直接认定为无法继续发展的路线为时尚早;同样,仅凭一次较为完整的着水,也无法证明高频复用目标已经实现。隔热瓦经过一次飞行后的损耗比例、检查时间、更换数量、维修成本以及连续多次飞行后的可靠性,仍是外界无法从公开视频中完全确定的关键数据。

未来试飞中,SpaceX是否能够实现星舰返回星港、由发射塔捕获,并在有限维护后让同一艘飞船再次升空,将成为评估星舰项目的重要标准。第13次试飞证明了星舰距离稳定返回又前进了一步,但从“成功返回”走向“高频运营”,仍需要解决材料耐久性、自动化检测、地面维护和整体调度等多方面问题。