星艦首飛：炸了卻引發全場歡呼，還刷新了紀錄

星艦采用了箭船一體化設計，所以星艦飛船的直徑與超重型火箭的一樣大，星艦飛船堆疊在超重型火箭上方，形成完整的星艦系統。2023年4月20日，仿佛一只剛剛展開翅膀的新生大鵬鳥，首枚完全集成的超重型火箭與星艦飛船迎來了它們的處女秀——星艦首次全面綜合飛行測試。

星艦成功從軌道發射臺升空，飛到了39千米的高空，但由于先后有6臺發動機出現故障，星艦在空中僅僅飛行了大約4分鐘就翻滾爆炸，萬眾矚目的首秀以一場壯觀的“煙花表演”戛然而止，與原計劃的90分鐘飛行時間相距甚遠。盡管如此，現場卻爆發出了熱烈的歡呼聲。SpaceX網絡直播的主持人表示：“這里的每個人都非常興奮。”SpaceX首席執行官兼創始人埃隆·馬斯克也在第一時間發文，祝賀SpaceX團隊成功進行了一次激動人心的星艦試飛。

“只要不在發射臺上爆炸，就算成功”

為什么星艦首飛僅僅4分鐘就炸成了煙花，現場觀眾卻歡呼雀躍，還稱其為“成功”的試飛呢？這是因為星艦的開發理念與傳統火箭的不同，它采用了“以飛代試”的模式。簡單來說，就是用一系列原型機進行反復測試，邊飛邊炸，邊炸邊改進，一路試錯，一路更新，不斷提升星艦的性能。星艦的全面綜合飛行測試，并不是以是否爆炸來衡量成敗，而是看是否達成了測試目標，以及能學到多少經驗。

這次試飛的主要目的是驗證星艦能否順利發射，進入預定軌道，以及再入大氣層的能力。SpaceX表示“只要不在發射臺上爆炸，就算成功”。盡管超重型火箭尾部的推進劑泄漏，引發了火災，導致星艦失控，未能實現超重型火箭與星艦飛船的分離，但星艦成功升空，未炸掉發射塔，并順利飛到了39千米的高空，超重型火箭與星艦飛船的完全集成體經受住了嚴苛考驗。對于這樣一枚實驗性的火箭來說，這已經是一個了不起的重大突破，被科學家稱為“一座重要的里程碑”。

打破舊魔咒，創造新紀錄

星艦首次飛行備受矚目，其中一個關鍵原因是它刷新了人類最強運載火箭的紀錄。超重型火箭如巨龍般騰空而起，產生的巨大推力一舉超越了航天史上所有火箭，打破了蘇聯N1火箭保持了半個世紀的紀錄，贏得了“最強火箭”的桂冠。超重型火箭強勁的動力，來自它底部密密麻麻排列的33臺猛禽發動機。它們并列排布，就像一個巨大的蜂巢，使得超重型火箭成為目前并聯發動機數量最多的火箭。

要想讓火箭擁有強大的推力，有兩種途徑：一種是使用幾個非常強大的發動機，另一種是使用大量相對較小的發動機。超重型火箭選擇了后者。這種設計與蘇聯N1火箭一級并聯30臺發動機的構型有驚人的相似之處。

20世紀60年代，蘇聯還沒有能力造出特別強大的發動機，他們急于與美國進行登月競賽，于是在研發N1火箭的過程中，采取了“推力不夠，數量來湊”的無奈之舉，在火箭一級并聯了30臺NK-15發動機。雖然N1火箭創造了起飛推力的世界紀錄，并保持了半個世紀之久，但其實這30臺發動機很難同時點火，也不能在飛行中精準調整方向。結果，N1火箭從1969年到1972年間總共發射了四次，四射四炸，黯然退場，最終蘇聯在登月競賽中落敗。

N1火箭的失敗給航天界留下了“多發動機魔咒”，意思是發動機越多，可靠性越差。多發動機的設計是大忌，它會帶來振動、結構、散熱、可靠性等一系列問題，控制的難度急劇上升，意味著有更多的潛在故障點和更復雜的系統。

那么，為什么星艦要迎難而上，挑戰“多發動機魔咒”呢？

我們可以把火箭發動機的設計比作計算機的集群。如今，大型計算機公司如字節跳動的數據中心采用數以萬計的小型計算機進行集群計算，替代了曾經的超級計算機。如果其中一臺或幾臺計算機出現故障，不會影響今日頭條或抖音軟件的整體運行。但如果采用一臺或幾臺大型計算機，但凡一臺計算機發生故障，整個系統就會停擺。火箭發動機也是如此，如果采用幾臺大型發動機，只要有一臺發生故障，火箭就會損失大部分的推力，無法進入預定軌道。用大量成熟的小型發動機組成集群，即使一臺或多臺小型發動機發生故障，推力損失也較小，剩余的推力足以讓火箭繼續飛行。

N1火箭雖然并聯了30臺發動機，但設計上的局限使它僅允許兩個對稱布局的發動機出現故障。而星艦允許的故障發動機數量大大提升，在星艦首飛中，先后有6臺發動機出現故障，火箭仍能繼續飛行。N1火箭的發動機爆炸無法隔離，單臺發動機爆炸會嚴重影響整個箭體。而超重型火箭的每個發動機都封閉在自己的防爆保護罩中，單臺發動機爆炸后不會影響相鄰的發動機。此外，N1火箭沒有處理復雜任務的計算機，而星艦有——SpaceX的工程師可以利用軟件模擬發動機運轉狀況，找出潛在問題并加以解決。在飛行時，計算機能夠檢測到異常，并在發生災難性故障前關閉發動機，保障火箭的安全性。事實上，N1火箭的失敗不能完全由發動機數量多來“背鍋”，主要原因是NK-15發動機相對較新，未經測試，非常容易發生故障。

除了安全性，采用大量小型發動機并聯還可以“省錢”。制造超大型發動機的成本很高，而小型發動機可以大規模流水線式生產，生產成本大幅降低。發動機尺寸越小，處理、測試、安裝和運輸越容易，進一步降低了成本。

星艦不僅成功打破了“多發動機魔咒”，帶來了前所未有的火箭推力，創造了最強火箭的新紀錄，為未來的火箭設計提供了新思路，還通過創新的設計和技術，實現了可靠性和經濟性的平衡。