造出一枚人类历史上最高、推力最强的火箭,和让这枚火箭毫发无损地从太空回家,哪个更难?
对马斯克和他的SpaceX公司来说,答案很可能是后者。当巨大的“星舰”一次次矗立在得克萨斯州发射架上,准备冲向天际时,一个困扰了美国国家航空航天局(NASA)三十多年的幽灵,也随之而来。这个幽灵,就是火箭的防热盾问题。
马斯克坦言,星舰面临的成千上万个工程挑战中,“最大的那一个,可能就是可重复使用的轨道级防热盾。”
简单来说,当星舰以超过20倍音速的速度从太空返回,一头扎进地球大气层时,会与空气剧烈摩擦,产生高达1430摄氏度的恐怖高温,足以熔化绝大多数金属。为了不让飞船变成一颗燃烧的流星,工程师必须给它穿上一件“盔甲”。这件盔甲,就是由近1.8万块六边形黑色瓦片组成的防热盾。
这些瓦片差不多有晚宴餐盘那么大,由特殊的陶瓷材料制成,它们是星舰的“盾牌”,负责抵御烈焰。这个概念并不新鲜,NASA的航天飞机当年用的就是类似的设计。然而,也正是在这里,历史的警钟开始回响。
航天飞机项目的整个生命周期,都伴随着与这些“瓦片”的艰苦斗争。它们非常脆弱,飞行中脱落或损坏是家常便饭。每次任务结束后,航天飞机都要在机库里待上好几个月,由工程师像绣花一样,仔细检查、修复甚至更换成百上千块防热瓦。
2003年,“哥伦比亚号”航天飞机在发射时,一块从燃料箱上脱落的泡沫材料击中了左翼前缘的防热部件,造成了致命的损伤。16天后,当它返回地球时,超高温的等离子体从破损处灌入机翼内部,导致飞船解体,七名宇航员全部遇难。
这场悲剧,让防热瓦问题成了航天领域一道触目惊心的伤疤。
现在,星舰要挑战的,是一个比前辈更疯狂的目标。马斯克不满足于航天飞机那种“飞一次、修半年”的模式。他要的是一艘能像民航客机一样,降落后稍作检修,加满燃料就能再次起飞的“太空巴士”。这意味着,星舰的防热瓦必须坚固到几乎不需要修复。
这正是问题的难度所在。为了找到最优解,SpaceX采取了一种让传统航天人格外“揪心”的研发模式。他们不再像NASA那样,在地面上把所有细节都通过风洞和计算机模拟到完美,再进行一次性、不容失败的发射。SpaceX选择“大胆试错”,把每一次真实的飞行都当成一次实验。他们会故意在飞船上安装不同设计、不同材料甚至带有“主动冷却”系统的实验性瓦片,然后把它发射出去,看看在真实的再入环境下,哪些能幸存下来,哪些会失效。
查理·卡马达(Charlie Camarda),一位曾在NASA研究航天飞机替代方案的资深工程师兼宇航员,对此感慨万千。他评价SpaceX的测试方式“简直疯狂”,因为风险极高,一次失败就可能损失整艘飞船。但在NASA,有限的预算让他们必须采用“搭积木”的方式,小心翼翼,循序渐进。看到SpaceX如今的活力,他和老同事们不禁感叹:“真希望我们能再年轻一次,也希望当年的NASA能有这样的魄力。”
这正是一场关于如何探索未知的哲学碰撞。究竟是该步步为营,追求一次成功?还是该接受甚至拥抱失败,用快速试错来换取宝贵的认知?SpaceX用行动给出了自己的答案。他们赌的是,这种看起来粗暴的“飞-炸-学”循环,才是攻克这个困扰了航天界半个世纪难题的唯一捷径。
每一次星舰的发射,无论最终是成功溅落还是化为火球,都是向这个终极难题发起的一次冲锋,也是为驯服“再入大气层”这头猛兽所交下的一笔昂贵学费。
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视频为星舰第十次试飞再入地球大气层的场景,来源:SpaceX
信源:Stephen Clark 发在 ArsTechnica 上的相关报道 http://t.cn/AXvYODM2
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