星艦第13次點(diǎn)火起飛，不到1秒就熄火：馬斯克承認(rèn)問題嚴(yán)重了

最近，人類最大的火箭又上熱搜了，不是因?yàn)槌晒Γ鞘　?/p>

7月16日，SpaceX“星艦”發(fā)射任務(wù)發(fā)生了一次極為罕見的“臨門一腳”式的中止。“星艦”第13次試飛在倒計時歸零、發(fā)動機(jī)點(diǎn)火啟動的瞬間被緊急叫停。

從當(dāng)天的直播畫面可以看到，“星艦”的超重型助推器上33臺“猛禽”發(fā)動機(jī)中至少有4臺（位于中圈的發(fā)動機(jī)）未能在啟動時序中正常點(diǎn)火。在點(diǎn)火程序發(fā)出后1秒不到，已點(diǎn)火的發(fā)動機(jī)隨即關(guān)機(jī)，所幸火箭還穩(wěn)穩(wěn)留在發(fā)射臺上。

SpaceX發(fā)言人丹·霍特在直播中解釋稱，助推器在點(diǎn)燃“猛禽”發(fā)動機(jī)的過程中觸發(fā)了中止指令。馬斯克隨后不得不確認(rèn)，部分發(fā)動機(jī)未能啟動結(jié)果直接觸發(fā)了自動發(fā)射中止程序。他表示，相關(guān)火箭團(tuán)隊(duì)將更換2臺“猛禽”發(fā)動機(jī)，下一次發(fā)射時間暫定為7月下旬。

盡管馬斯克在個人社交媒體上表示，對下次發(fā)射任務(wù)獲得成功很有信心，不過他也承認(rèn)，該火箭需要進(jìn)行發(fā)動機(jī)更換。

根據(jù)火箭技術(shù)的基本常識，一旦涉及到發(fā)動機(jī)更換，就必須進(jìn)行推進(jìn)劑卸載工作，也就是說“星艦”箭體一、二級和級間連接都將進(jìn)行拆解，然后返回總裝廠房進(jìn)行返修，因此，此次發(fā)射中止事件表明“星艦”當(dāng)前的技術(shù)狀態(tài)可能存在巨大隱患。

特別因?yàn)檫@是“星艦”12次成功進(jìn)入點(diǎn)火流程以來，首次在起飛階段遭遇如此大規(guī)模的發(fā)動機(jī)點(diǎn)火失敗，其影響不小。

分析人士表示，盡管SpaceX尚未公布官方調(diào)查報告，但基于現(xiàn)有公開信息和技術(shù)邏輯，大致可以做出以下幾個判斷：

第一是“猛禽”3發(fā)動機(jī)批產(chǎn)過程中，可能存在點(diǎn)火器系統(tǒng)故障。美國科技媒體認(rèn)為，由于“星艦”采用了火炬點(diǎn)火裝置（火炬式點(diǎn)火器）進(jìn)行點(diǎn)火作業(yè)，這種裝置需要先在小燃燒室內(nèi)點(diǎn)燃少量推進(jìn)劑產(chǎn)生火炬，然后才能引燃主燃燒室，這一流程可能存在故障盲點(diǎn)。

因?yàn)榛鹁纥c(diǎn)火器若遭遇推進(jìn)劑管路堵塞、電火花塞失效或者控制閥響應(yīng)異常等突發(fā)狀況，都可能導(dǎo)致發(fā)動機(jī)在啟動后“點(diǎn)不著”。如果是一臺“猛禽”3發(fā)動機(jī)出現(xiàn)點(diǎn)火失敗還可能是個別問題，但同時出現(xiàn)4臺發(fā)動機(jī)點(diǎn)火失敗，這很可能就存在一定的共性問題，也就是涉及到批產(chǎn)質(zhì)量或者設(shè)計缺陷問題。

例如預(yù)增壓管路或點(diǎn)火控制電路是否存在共用系統(tǒng)層面的問題，若有，則下次發(fā)射很可能將遭遇較長時間的推遲。

除此之外，“猛禽”3發(fā)動機(jī)啟動前需要建立特定的推進(jìn)劑壓力和流量條件。如果液氧或液態(tài)甲烷的預(yù)冷處置不充分、渦輪泵的啟動燃?xì)獍l(fā)生器未能正常點(diǎn)火、亦或者相關(guān)閥門響應(yīng)時序出現(xiàn)較大偏差，箭上發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)都會判定“啟動條件不滿足”而拒絕進(jìn)入點(diǎn)火程序。

而且，“星艦”上的33臺“猛禽”3發(fā)動機(jī)的啟動是交錯進(jìn)行的，根據(jù)SpaceX公司的描述，如果某幾臺發(fā)動機(jī)在時序中未能達(dá)到啟動閾值，那么全箭控制系統(tǒng)便不會給它們發(fā)送點(diǎn)火指令，這實(shí)際上是一個安全保障程序問題，但也可能成為火箭發(fā)射過程中的巨大隱患。

需要特別注意一點(diǎn)的是，“猛禽”3發(fā)動機(jī)已經(jīng)生產(chǎn)了上百臺，但大規(guī)模量產(chǎn)并不等同于產(chǎn)品的成熟度已經(jīng)飽和。

我們看到，在此前的第12次試飛中，助推器5臺發(fā)動機(jī)在返回點(diǎn)火時未能重新點(diǎn)燃、飛船級（二級）1臺真空版“猛禽”發(fā)動機(jī)在飛行約40秒后徹底失效，這些表現(xiàn)都充分說明“猛禽”3發(fā)動機(jī)在啟動時序的魯棒性方面仍有優(yōu)化空間，換句話說，就是不那么靠譜。

我們也要看到，在第12次試飛后，SpaceX臨時修改了啟動時序狀態(tài)，其真實(shí)目的就是提升發(fā)射控制程序?qū)r序錯誤的容忍度。但第13次的地面點(diǎn)火失敗說明問題可能比預(yù)期更深層。

分析人士指出，由于“星艦”一子級裝備33臺發(fā)動機(jī)，這就需要火箭發(fā)動機(jī)必須在極短時間內(nèi)同步完成一系列的準(zhǔn)備動作，這時時序管理就尤為重要，因?yàn)檫@涉及到33臺發(fā)動機(jī)能否最終輸出一致方向的推力，若任何一臺發(fā)動機(jī)的點(diǎn)火啟動出現(xiàn)異常，都可能造成火箭整體的不平衡。

因此，在“星艦”離開發(fā)射臺之前，箭上計算機(jī)會進(jìn)行點(diǎn)火前狀態(tài)自檢，如果發(fā)現(xiàn)任何一臺發(fā)動機(jī)工作異常，就會立刻發(fā)出終止指令。

說白了，33臺發(fā)動機(jī)并聯(lián)意味著任何一臺的異常，都會影響整個系統(tǒng)的壓力動態(tài)和時序邏輯，造成系統(tǒng)管理的復(fù)雜度呈幾何指數(shù)增長。

筆者猜測，由于火箭發(fā)動機(jī)地面試車和靜態(tài)點(diǎn)火并不能模擬真實(shí)啟動環(huán)境，因此，“猛禽”3發(fā)動機(jī)的可靠性仍然值得進(jìn)一步檢查，而且大批量生產(chǎn)發(fā)動機(jī)的批次一致性如何協(xié)調(diào)，依舊存在巨大變數(shù)。

如果個別批次的發(fā)動機(jī)在特定啟動條件下表現(xiàn)不一致，也可能再次出現(xiàn)控制程序的時序錯亂，從而導(dǎo)致點(diǎn)火突然中止。

總體上來說，此次發(fā)射中止事件，將對“星艦”后續(xù)發(fā)射任務(wù)，特別是首次星鏈V3衛(wèi)星入軌任務(wù)以及太空發(fā)動機(jī)重新點(diǎn)火等關(guān)鍵目標(biāo)造成嚴(yán)重影響。

考慮到發(fā)動機(jī)更換需要卸載推進(jìn)劑、拆解級間連接、將助推器運(yùn)回廠房，整個周期至少數(shù)天，“星艦”技術(shù)驗(yàn)證節(jié)奏實(shí)際上已經(jīng)被打斷。

當(dāng)然，從積極的一面來說，這次失敗本身產(chǎn)生了寶貴的啟動階段數(shù)據(jù)，有助于SpaceX定位啟動時序中的薄弱環(huán)節(jié)。從過往經(jīng)驗(yàn)看，“星艦”每次失敗都為下一次成功鋪平了道路。