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沒發動機怎么從太空回來?SpaceX悶罐:全靠別人“踹”一腳

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你可能覺得,一個從太空返回地球的東西,怎么也得自帶一套推進系統,至少能在關鍵時刻點個火、剎個車。但SpaceX馬上要試飛的一款新返回艙偏不。它叫Starfall,直徑3.1米,高不到一米,大概就是你家餐桌那么大,卻連一臺發動機都沒有。它要從軌道上回來,靠的是讓別人推它一把,然后純靠氣動外形、壓縮氣體和降落傘完成整個再入過程。

這聽起來有點像把你從高速公路上推出車外,然后指望你穿的空氣阻力服和背包里的冷氣噴瓶能讓你安全著陸。6月23日周二清晨,這個“無動力悶罐”就要第一次上天了。


先說清楚這件事的基本事實。SpaceX已經向美國聯邦航空管理局(FAA)提交了兩次返回艙著陸的申請,這次發射是至少兩次演示任務中的第一次。發射地點在佛羅里達州卡納維拉爾角太空軍基地的40號發射復合體,發射窗口在美國東部夏令時早晨6點43分開啟,持續一個小時。SpaceX會在升空前10分鐘左右開始直播。

這不是一次載人飛行,Starfall的設計從一開始就沒打算裝人。它的角色很純粹——一個貨運返回平臺,專門負責把東西送上近地軌道甚至更遠的地方,再完好無損地帶回來。這些東西可能是科研樣本,也可能是軌道制造的產品,比如在微重力環境下生產的藥物之類。

這里有一個商業邏輯層面的對比值得拆開看。在Starfall之前,已經有一家叫Varda Space的公司把這個概念跑通了。Varda的W系列返回艙直徑不到1米,大約0.9米,重300公斤左右,外形像個圓錐。他們到目前為止已經成功回收了五個,其中一個還在軌道上待了超過八周,帶著美國空軍的載荷返回地面。

Starfall跟W系列比,尺寸大了三倍多,直徑3.1米,高0.75米,能攜帶1000公斤的載荷。打個比方,如果Varda的膠囊是你寄文件用的快遞信封,那Starfall就是一個能塞進整套實驗設備的搬家紙箱。SpaceX切入這個賽道的時間點不早不晚,但他們的籌碼是已有的獵鷹9號和獵鷹重型火箭發射能力,以及一個更大的貨艙容積。這個組合拳瞄準的其實是同一類需求:太空制造、太空實驗,以及軍方或商業客戶需要從軌道上回收的東西。

但問題是,Starfall怎么回來?這正是整個設計里最反常識的部分。根據SpaceX提交給FAA的文件,Starfall本身沒有推進系統,無法自己脫離軌道。

文件里沒明確說這次演示任務具體怎么完成再入,但合理的推測是——既然它搭的是獵鷹9號,那就讓火箭的第二級把它帶回來。也就是說,Starfall不是自己“飛回來”的,它是被“送回來”的。一旦進入再入彈道,它就靠自己了。

再入之后,Starfall會分成兩塊:一塊是頂部平板,里面裝載荷和姿態控制組件;另一塊是碳纖維防熱盾,內部儲存壓縮氣體,用來驅動姿態控制、拋掉防熱盾以及打開降落傘。

這里有一個細節很容易被忽視,但它恰好回答了很多人對“無動力返回”的安全性質疑。姿態控制用的氣體是惰性冷氣——氮氣,不燃、無毒、沒有腐蝕性。整個艙內沒有液體推進劑,也不攜帶任何危險物質。SpaceX在FAA文件里明確說,所有加壓系統在濺落前都會排空,不會有推進劑釋放到海洋里。換句話說,即使這玩意兒出問題了,它也不會變成一個裝滿燃料的炸彈砸向海面。它要么正常工作,要么變成一個干干凈凈的空殼,按安全設計原則失效。

我們可以先停一下,把支持和反對的聲音分別理一理。這恰好是一個適合用辯論框架來拆解的技術選擇。

正方會說,Starfall的無動力設計恰恰是聰明的減法。沒有推進系統意味著更少的故障點、更輕的死重、更低的成本。反正它搭獵鷹9號上天,第二級本來就要完成任務,順手推它一把再入,邏輯上完全說得通。氮氣姿態控制系統已經足夠應對再入過程中的姿態修正需求——Varda的膠囊也是用類似思路回收的,五次成功已經證明這套邏輯跑得通。更大的貨艙意味著單次任務能帶回更多東西,單位成本更低。對于那些想在軌道上生產高價值材料或藥物的公司來說,這是一個經濟學問題,不是一個推進工程問題。

反方則會指出一個無法回避的弱點:Starfall完全依賴外部幫助才能回家。如果它進入的是一個更高的軌道,或者執行的是需要自主變軌才能返回的任務,那它就沒轍了。FAA文件里提到,SpaceX計劃讓Starfall執行亞軌道任務,也能在近地軌道上待更長時間。但問題在于,一顆沒有獨立變軌能力的返回艙,在軌道上的機動空間等于零。假如發生了某種意外讓它與火箭第二級分離時姿態不對,或者需要緊急提前返回,它自己是完全沒辦法的。

而且SpaceX至今沒有公布這次演示任務會在軌道上停留多長時間。我們只知道它最終會瞄準太平洋的一個區域濺落,具體位置在夏威夷以西,距離加州海岸約700海里。FAA許可草案中提及,Starfall將使快速、經濟的載荷回收成為可能,目標是為未來的軌道制造和深空任務提供穩定的下行通道。

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