馬斯克細(xì)解星際飛船如何返航：比航天飛機(jī)好在哪

（原標(biāo)題：SpaceX CEO Elon Musk explains how Starships will return from orbit）

網(wǎng)易科技訊 9月27日消息，據(jù)外媒報道，美國太空公司SpaceX很快就會對其首批兩艘全尺寸星際飛船（Starship）原型進(jìn)行一系列越來越具有挑戰(zhàn)性的試飛，最終將搭載超重運(yùn)載火箭（Super Heavy）實(shí)現(xiàn)首次軌道發(fā)射嘗試。

在過去幾天中，SpaceX首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克（Elon Musk）通過Twitter，回答了粉絲許多關(guān)于星際飛船如何從軌道返回大氣層并著陸的問題。迄今為止，航天器重返大氣層是其需要經(jīng)歷的最危險時期，毫無疑問也是SpaceX必須解決的、最具有挑戰(zhàn)性的工程問題。

最近有照片顯示，SpaceX的技術(shù)人員正將特斯拉Model S和Model X的電池組連接到星際飛船原型Mk1的子組件上，該組件最終將安裝在Mk1的鼻端，提供最高400千瓦時的儲電能力。這些電力需求與Mk1的重返大氣層和著陸方法直接相關(guān)，最近馬斯克提及到了這一點(diǎn)。

馬斯克在Twitter中稱：“星際飛船Mk1上安裝了許多強(qiáng)大的電機(jī)和電池。當(dāng)整個鰭翼在運(yùn)動時，所需的電量是非常龐大的。更多關(guān)于這方面的信息，請關(guān)注9月28日的更新。”

如上所述，大約400千瓦時的電池需要為驅(qū)動星際飛船巨大控制表面的電機(jī)提供動力，包括支持兩個巨大的尾翼和兩個鰭翼（或稱前置副翼）。馬斯克解釋稱，星際飛船進(jìn)入大氣層和著陸時的“穩(wěn)定性是由尾翼和鰭翼的快速運(yùn)動控制的”，這意味著飛船將需要不斷調(diào)整控制表面，以保持穩(wěn)定的飛行。

到目前為止，SpaceX面臨的最大挑戰(zhàn)是確保星際飛船能夠在以軌道速度重返大氣層時幸存下來，而且?guī)缀鯖]有磨損，這是保持其成本效益的必要條件。在低地軌道，星際飛船將在進(jìn)入大氣層時以不低于7.8公里/秒的速度飛行。簡而言之，從軌道速度到著陸地球的減速過程，包括將絕大部分動能轉(zhuǎn)化為熱能。正如馬斯克所指出的那樣，這種情況是難以避免的，但在人們希望以多快的速度將動能轉(zhuǎn)化為熱能方面，有些靈活方案可選。

飛船到達(dá)地球的最快路徑就是直接潛入大氣層，但這會大幅增加航天器表面的峰值熱負(fù)荷，以至于飛船表面需要極端奇異的熱防護(hù)和熱保護(hù)系統(tǒng)。SpaceX希望找到適合星際飛船的再入大氣層方案，即利用其氣動控制表面和機(jī)身產(chǎn)生升力，在15分鐘以上的時間里，飛船緩慢而小心地將自己降落到地球大氣層中。

馬斯克指出，這極大地降低了峰值熱負(fù)荷，同時也增加了星際飛船需要消耗的總能量，這有點(diǎn)兒像在烤箱中以300度高溫烹飪食物30分鐘，而不是在600度高溫下烹飪10分鐘。

從某種程度上說，星際飛船進(jìn)入大氣層的場景與美國宇航局現(xiàn)已退役的航天飛機(jī)非常相似，后者從進(jìn)入大氣層到著陸大約需要30分鐘。而SpaceX預(yù)計(jì)，星際飛船從軌道到著陸大約需要20分鐘。這是因?yàn)?，一旦降至較慢的速度，星際飛船的著陸方式就會發(fā)生巨大變化。

馬斯克在2018年9月和最近幾周都描述了這種情況：星際飛船基本上會進(jìn)入自動失速狀態(tài)（機(jī)翼產(chǎn)生的升力突然減少，導(dǎo)致航天器飛行高度快速降低），之后它將以腹部朝上的方式墜落，并用它的尾翼和鰭翼像跳傘者那樣機(jī)動。而航天飛機(jī)會像滑翔機(jī)那樣降落在跑道上。

星際飛船這種不尋常的著陸方式讓SpaceX無需為其安裝巨大機(jī)翼，大大減輕了重量負(fù)載，而航天飛機(jī)則以其巨大的、瓦片覆蓋的三角翼和前緣熱防護(hù)裝置聞名。

然而，一個鮮為人知的事實(shí)是，機(jī)翼的大小和形狀幾乎完全歸因于美國空軍對跨距離性能的要求，這意味著軍方希望航天飛機(jī)能夠在重返大氣層后繼續(xù)飛行1600多公里。這極大地限制了航天飛機(jī)的設(shè)計(jì)，而且這種設(shè)計(jì)從未被用于預(yù)期目的。

星際飛船沒有這樣的強(qiáng)制要求，相反，它將延續(xù)SpaceX垂直著陸的傳統(tǒng)，垂直降落看起來有點(diǎn)兒像高空跳傘，用鰭翼和推進(jìn)器翻轉(zhuǎn)身體，實(shí)現(xiàn)推進(jìn)式垂直著陸。這樣一來，星際飛船就不需要像航天飛機(jī)那樣成為“被迫飛行的磚頭”，它只需要能夠穩(wěn)定地墜落，并快速地從水平方向翻轉(zhuǎn)到垂直方向即可。

此外，星際飛船幾乎完全是用鋼材建造的，而航天飛機(jī)則依賴于鋁合金，每寸船體表面都需要熱保護(hù)。鋼材的熔點(diǎn)幾乎是鋁合金熔點(diǎn)的兩倍，這意味著星際飛船能夠在迎風(fēng)的那一半只使用瓷磚，從而節(jié)省重量、金錢和時間。在完成首次20公里高空飛行測試時，SpaceX很可能將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向驗(yàn)證星際飛船在高超音速下的性能。（小小）