星艦第11飛，歸零背后可怕的耐心和可敬的工匠精神 | 二湘空間

美國中部時間10月13日，星艦完成了第11次試飛，和上次一樣，又是全面的成功。

我們之前寫過文章介紹第10次試飛。這一次任務和之前大獲成功的第10次飛行比起來很像，但實際上執行的程序并不太一樣。上一次的目的是檢驗星艦能夠成功，留下一個成功的記錄。而這次的任務更像是去主動探索成功與失敗的界限，并為接下來的第3代星艦留下實驗記錄（第11次試飛是最后一次第2代星艦飛行）。

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在超重助推器方面，這一次采用了新的程序。通常情況下會先點燃13臺發動機完成減速，用三臺發動機完成變軌，最終用三臺發動機完成軟著陸。這一次變軌用的發動機增加至5臺，這是未來三代星艦要用的程序。相較于過去，這個程序冗余度更高，但需要做實驗驗證。

在星艦飛船方面，首先仍然是對星鏈衛星的部署測試，同時還要在真空狀態下重啟一臺發動機，并在返回階段模擬真實的返回路徑。以便能夠在未來實現垂直回收。最能體現spacex特點的就是，這次主動的移除了星艦飛船的一些隔熱瓦，以便能盡可能地探索星艦的耐熱極限。

所有的飛船在返回的時候都要經歷與大氣的劇烈摩擦，由此產生大量的熱，所以肯定需要隔熱的措施，而且如果飛船是要重復使用的，還要有重復使用或者快速修復的能力。所有搞載人航天的國家無一例外都在這個方面吃過虧，但最有代表性的還是美國的航天飛機。航天飛機原本預計是能夠在幾周之內進行下一次飛行，但人們很快發現隔熱瓦檢查維護的時間遠遠超過此。同時航天飛機的隔熱瓦也并不多么的堅強，最終在2003年導致了哥倫比亞號的事故：起飛的時候，一塊行李箱大小的隔熱泡沫從貯藏箱上脫落，正好掉到飛機前緣上，將一塊隔熱瓦砸壞，結果返回的時候熱空氣從此長驅直入，航天飛機最終解體，7名宇航員全部死亡。

跟這樣的事件對比起來就可以看出，星艦在耐熱方面確實是有一套的。我們在上一篇文章中介紹過星艦使用不銹鋼的故事，強調了這是考慮到耐熱系統的重量和性能后，綜合作出的決定：碳纖維之類的材料可能更輕，但也更不耐熱，因此需要更重的防熱系統，采用不銹鋼，雖然結構上更重，但總體上可能更輕。

最能體現這一點的還是之前進行的第4次試飛（如下圖）

在這次試飛的返回過程中，熱空氣開始侵蝕星艦一側的副翼，并將之燒穿（如上圖）。所有人，包括spacex任務控制中心的指揮員們，都認為他們的飛船即將失去，但是S29號星艦卻一直堅持著，盡管蒙皮已經被燒化、桁架已經被侵蝕，這片副翼卻始終連接在星艦上并發揮著作用，等到攝像機恢復的時候，盡管已經有一兩平米的面積被徹底燒掉（見圖中的紅色區域），但星艦仍然在繼續飛行，最終圓滿完成任務。于是S29號星艦便得到一個美稱“傳奇耐燒王”，也證明了他們選擇不銹鋼的正確。

在上一次飛行中， spacex已經證明他們可以順利地完成整個流程，于是這一次任務當中就包括挑戰星艦飛船的極限。很多地方的隔熱瓦被有意地去掉了，以便模擬。因為外部撞擊等原因，這些隔熱瓦在飛行中脫落時，星艦飛船飛行的安全性。同時也有很多隔熱瓦采用了新的工藝，這些都在做著測試。能夠執行這樣的任務，顯然spacex他們已經做好了最壞的打算，那就是即使飛船炸掉也不足惜。這也體現出了他們的一個大特點：逐步迭代、不斷試錯的設計邏輯。

航天界都有一個詞叫做歸零，指的就是把所有的問題一個一個找出來并解決掉，最終保證飛船發射的時候沒有任何設計和質量問題，確保能夠一次成功。其他人都是在這樣做，但spacex有明顯的不同：他們很多時候打上去的飛船都是半成品，只是為了驗證特定某些部分的性能，同時有些時候即使飛船和火箭并沒有實現0故障，也可以正常飛行。

歸零背后當然意味著可怕的耐心和可敬的工匠精神，但是在信息化的時代來看，這已經是落后的研發程序。正如我們在上一篇文章中提到的，Spacex的研發程序很大程度上受了這些人軟件工程師背景的影響，而軟件開發中最重要的特點就是模塊化的研究和不斷試錯的發展步驟，這在很大程度上提升了整體的研發效率。一下子寫出來幾萬行幾十萬行代碼再一起去debug，恐怕誰都解決不了，所以軟件工程師都是先以實現特定的某個小功能為目標，把這個先完成，然后把一個一個完成的小功能串接起來，形成一個大的軟件。

Spacex也是這樣研究他們的火箭和飛船的，但也正如之前的文章所說到的，這有一個前提：他們的火箭足夠便宜，可以讓他們不斷地試錯。這也是采用不銹鋼的一個重大好處，當然，因為廣泛使用各種各樣特種加工技術，他們的火箭發動機也很便宜，只有20萬美元就可以買一臺。雖然到目前為止他們一刻不停地在制造各種各樣新的星艦飛船和超重助推器，還在做著各種各樣的實驗，但整個新建項目每年只花費20億美元的現金流。

除了這個前提之外，就是他們的設計特點：他們的設計高度模塊化，一個模塊需要改變乃至一個模塊癱瘓，都往往不至于牽一發而動全身，引發整體的設計改變或者導致整個飛船整體的失敗；即使需要改變，他們也充分借助數值計算和仿真，可以在很短的周期和資金下完成設計改變，同時也提供充分的冗余度，保證個別系統的失靈，不會導致整個飛船的失靈，比如主計算機單元，同時使用三臺一樣的芯片，再比如說超重助推器返回的時候啟動中央三臺發動機，但實際上任意兩臺能夠啟動就可以正常返回。

當然他們還有很夸張的腦洞和敢為天下先不怕失敗的精神。這一點最好的例子是之前的一次獵鷹火箭的發射。在那一次發射中，人們發現二級火箭的尾噴管上有一個裂縫。尾噴管的作用在于使氣體膨脹、加速、降壓，盡可能貼近外界的氣壓以保證氣體盡可能筆直向后噴出，因此尾噴管如果失效或者不夠長，將意味著火箭發動機無法達到規定的效率。

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通常情況下，噴管出現裂縫意味著需要更換整個尾噴管或者更換整臺發動機，但spacex開了一把腦洞：他們發現尾噴管裂縫的位置在噴管很靠后的一段，于是就計算了把這一節噴管截掉的影響：這會意味著火箭發動機效率變低，但重量也會變低。無論如何，他們計算出來的結果是即使截掉這一段也足夠完成任務，于是他們就真的把這一節噴管截掉了，最終也如愿達成任務。這種事之前從來沒有人做過，顯然也沒有實驗數據支撐他們，只有一些計算和模擬的結果，但他們就敢這樣做，而且我也確實想象不到其他人敢這樣做。

這樣的特點就帶來了一個好處：他們迭代更新的速度非常快。迄今為止，星艦總共飛了十一次，但已經有了整整三代甚至4代的計劃。馬斯克的野心顯然隨著星艦的成功水漲船高，現在的星艦120多米高，已經是世界上最大的火箭，但接下來要推出的第3代星艦整整142米高，飛船部分被很大的延長了。同時還有第4代的計劃，預計還會繼續延長。通常情況下，在這個階段正常的團隊會要求盡可能的凍結掉設計，而他們不但沒有動結，反而越改越多，但是他們一直如此，也沒有搞出什么亂子，這也是他們的最大的優勢。

凡此種種，星艦的第十一飛或許從表面上看起來和之前的飛行差不多，但實際上更深刻的體現了星艦的特點和能力。更進一步的還是建議大家看一看我在第10飛時寫的那篇文章，那篇文章更多地介紹了這家公司的歷史和其他的特點。我們會持續關注星艦，解讀他們的各種各樣的技術更新，希望大家持續關注。

作者：海北尬生，因其嘗求學于北海之北，每不顧環境而放尬言，故起此名也。喜航天，愛讀書，本學理工，愛好文學。

~the end~