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德克萨斯州博卡奇卡海滩——SpaceX 在周日完成了其巨大的星舰火箭的第五次测试飞行，并在七分钟后用机械臂在德克萨斯州的发射台上成功捕获了助推器，这一工程壮举开创了先河。
这一成就前所未有，对于 SpaceX 实现星舰火箭的快速重复使用愿景至关重要，这将使人类能够前往月球和火星，为令人难以置信的巨大有效载荷提供常规的太空访问，并实现其他公司或国家似乎难以企及的新能力。
测试飞行于美国中部时间上午 7:25（UTC 时间 12:25）从 SpaceX 在德克萨斯州南部的 Starbase 发射场开始，火箭高度为 398 英尺（121.3 米），距离美墨边境几英里。火箭的超级重型助推器阶段点燃了 33 个猛禽发动机，在全功率下每秒消耗 20 吨甲烷和液氧推进剂，产生近 1700 万磅的推力。
这相当于 NASA 土星五号火箭的两倍推力，后者在 50 多年前曾用于将宇航员送往月球。
从海岸发射台垂直升空后，星舰火箭向东飞越墨西哥湾。所有 33 个发动机点燃超过两分半钟，将火箭加速至近 3300 英里 / 小时（5300 公里 / 小时），随后关闭，星舰上层阶段点燃另外六个猛禽发动机继续攀升进入太空。
尽管星舰执行了看似完美的发动机点火以加速至近轨道速度，但大多数观察者，无论是通过 SpaceX 的直播观看还是亲临现场，都将目光集中在超级重型助推器上。
在墨西哥湾上空，火箭利用其发动机改变航向，返回德克萨斯海岸。在达到 59 英里（96 公里）的峰值高度后，超级重型助推器开始超音速下降，随后重新点燃 13 个发动机进行最终制动燃烧。火箭随后切换至仅三个发动机，进行精细操控，将火箭定位在发射台上空悬停。刺耳的音爆声在泥滩上回荡。
此时，被称为 Mechazilla 的发射台塔用其两根承重机械臂，俗称“筷子”，捕获了火箭。发动机熄火，助推器悬浮在地面上方约 200 英尺处。
“这是首次助推器捕获，是实现快速重复使用的重要一步，”SpaceX 通信经理 Dan Huot 在公司测试飞行的网络直播中评论道。
在 SpaceX 之前的四次星舰测试飞行中，公司将超级重型助推器引导至德克萨斯海岸附近的墨西哥湾进行受控溅落。前三次飞行的助推器未能完整入水，但在六月的第四次任务中，超级重型车辆以惊人的精度完成了入海，据 SpaceX 负责建造和飞行可靠性的副总裁 Bill Gerstenmaier 称，误差仅在半厘米以内。
这一结果使 SpaceX 有信心在第五次星舰任务中尝试将助推器返回发射台。美国联邦航空管理局（FAA）负责确保商业太空发射期间公众安全，额外花费了一个月时间审查 SpaceX 的飞行计划。
最终，在周六，联邦监管机构向 SpaceX 颁发了发射许可证，允许其发射星舰并尝试在发射台上回收。SpaceX 准备就绪，并在周日早上的发射窗口前进行了最终倒计时准备。
随着发射台上的尘埃落定，露出超级重型助推器被机械臂牢牢抓住的景象，SpaceX 在加利福尼亚州霍桑的火箭工厂爆发出欢呼声，公司在此直播了周日的星舰测试飞行。在集体释放紧张情绪后，注意力转向星舰本身——基本上是火箭的上层阶段——随着其关闭六个发动机并开始环绕地球半圈的 40 分钟巡航。
在海岸阶段结束时，地球引力将飞船拉回大气层。通过 SpaceX 的 Starlink 卫星互联网网络从火箭上下载的实时视频显示，等离子体包裹着飞船。飞船外部的温度预计达到 2600°F（1430°C），足以熔化铝。星舰和超级重型由更具耐热性的不锈钢制成。
飞行时鼻锥向上，星舰暴露出数千块陶瓷隔热瓦，以抵御再入时的灼热气流。对于此次飞行，SpaceX 安装了升级的隔热瓦，并在其下方增加了第二层隔热层。在六月的上次星舰测试飞行中，再入的极端条件剥离了部分隔热瓦，并损坏了飞船的襟翼，这些襟翼用于在飞船深入大气层时帮助保持控制。
尽管如此，飞船成功经受住了再入考验，并执行了着陆燃烧，使用三个发动机减速，以相对较低的速度在印度洋溅落。这一成就是星舰首次完整着陆，SpaceX 也设计了其可重复使用。
在周日的测试飞行中，星舰在整个下降过程中保持稳定。从机载摄像头传回的视频显示，飞船的襟翼受到相对较小的加热损坏，但远不及 SpaceX 在上次飞行中观察到的严重程度。
星舰在印度洋的溅落区已是夜晚。在减速至音速以下后，飞船从水平翻转为垂直姿态，点燃其猛禽发动机进行最终制动操作，使飞船在附近浮标上的摄像头视野内平稳入海。这确认了星舰准确溅落在预定位置。
浮标上的视频显示，飞船在溅落后几秒钟内解体成火球，这是意料之中的结果，一旦发动机熄火，飞船就会倾倒入水中。
“这太神奇了，”SpaceX 工程师 Kate Tice 在公司周日的测试飞行直播中说道。“我们并不打算回收飞船的任何硬件，所以这是我们能希望的最好结局。”
“飞船给我们带来了一场精彩的表演，这次成功完成了受控再入，襟翼完好无损，安全入水，”Huot 说。“星舰是为飞行而生的。今天它确实飞了。所以让我们为下一次做好准备。”
SpaceX 创始人兼首席执行官 Elon Musk 早在四年前就首次提出了公司计划回收星舰的第一级，即超级重型助推器。
“我们将尝试用发射塔臂捕获超级重型助推器，使用格栅翼承受载荷，”Musk 在 2020 年 12 月发推文，两年后他收购了社交媒体平台并将其更名为 X。
这种方法与 SpaceX 回收较小的猎鹰 9 号助推器的方式不同。猎鹰 9 号有着陆腿，通常降落在数百英里外的海洋中的无人船上或与发射台分离的陆地着陆区。SpaceX 已成功回收猎鹰 9 号助推器超过 350 次，但超级重型助推器比猎鹰 9 号的第一级高 50%，直径是其两倍半。
这使得超级重型处于不同的级别。星舰的第一级助推器比波音 747 客机的机身还要大。SpaceX 周日在空中捕获超级重型助推器的情景与 Musk 最初的描述非常相似。
最终，SpaceX 工程师希望掌握星舰的发射和着陆，然后迅速将其翻新以进行下一次飞行。SpaceX 至少需要几周时间才能为下一次飞行翻新猎鹰 9 号助推器。对于星舰，SpaceX 希望将这一周转时间缩短至几天或几小时。
在 2020 年的推文中，Musk 概述了捕获超级重型助推器的计划，称这种方法节省了质量和消除了着陆腿的成本。他写道，该计划还“使助推器能够立即重新定位到发射架上”，使其“在一小时内准备好再次飞行”。
在四月于 Starbase 的演讲中，Musk 表示他预计 SpaceX 将在 2025 年某个时候开始在德克萨斯州着陆星舰。与助推器一样，飞船将使用发射塔上的臂进行捕获。
“显然，在我们到达那里之前还有很多工作要做，但我们刚刚捕获了一个助推器，”Huot 在 SpaceX 周日的网络直播结束时说道。“我们将很快开始考虑何时能捕获飞船。”
SpaceX 尚未公开披露其下一次星舰飞行的计划或可能的时间。FAA 表示，已批准 SpaceX 使用与周日测试飞行相同的任务配置进行下一次星舰发射的许可证。但 SpaceX 遵循迭代开发流程，这意味着它将从周日吸取教训并应用于下一次飞行。下一次任务的某些元素可能会发生变化。
除了捕获飞船外，SpaceX 在 Starbase 还有其他待办事项。SpaceX 可能很快会专注于展示星舰能在太空中重新点燃其猛禽发动机，这是飞船需要做的，以脱离低地球轨道并进行引导再入。
对于这些初始测试飞行，SpaceX 有意将星舰置于亚轨道轨迹，使其自然返回大气层，确保飞船不会成为太空中的超大轨道碎片。解锁轨道飞行将使 SpaceX 能够开始使用星舰发射 Starlink 互联网卫星，并开始实验太空加油，这是工程师必须完善的，以便星舰能够实现 SpaceX 希望它做的事情：实现人类对月球和火星的探索。
最近几个月，SpaceX 在德克萨斯州现有星舰发射台以西建造了一个新的发射塔。工作人员仍在建设第二个发射台，但它可能明年上线。SpaceX 还希望在佛罗里达州卡纳维拉尔角激活两个星舰发射台。
SpaceX 在德克萨斯州有多个处于不同组装阶段的助推器和飞船。公司表示，名为 Starfactory 的庞大新制造设施将每周生产多艘飞船和助推器。
工程师正在开发两种更大版本的星舰和超级重型，以实现火箭的性能目标，即向轨道交付超过 100 吨的有效载荷质量。长期计划包括几种星舰变体，包括为乘客设计的飞船、加油机、燃料库、卫星部署器，甚至可能是星舰衍生的空间站。
到目前为止，NASA 是 SpaceX 星舰的最大客户。该机构正在支付 SpaceX 40 亿美元，用于开发两艘经过改装的星舰作为 Artemis 计划的人类登月器。星舰将把宇航员从月球附近的位置运送到月球表面，然后返回太空，搭乘 NASA 的猎户座飞船返回地球。
SpaceX 需要发射大量星舰才能实现这一切。可能需要 10 艘或更多的星舰加油机将足够的超冷甲烷和液氧转移到低地球轨道上的燃料库。这个燃料库随后将在星舰登月器发射后为其填充数百吨燃料，使登月器有足够的耐力前往月球并再次起飞，搭载 NASA 的宇航员。
SpaceX 架构的优势在于，通过加油，星舰理论上可以将 100 吨或更多的有效载荷运送到月球或火星，显著超过任何其他火箭的运载能力。飞船可以反复加油，并定期在地球和太空目的地之间往返，使各种有趣的任务得以实现。
明年某个时候，SpaceX 计划使用德克萨斯州并排的两个发射台将两艘星舰送入轨道。飞船将在轨道上对接，并测试转移低温推进剂的技术，这在太空中从未以如此规模进行过。这一演示是未来 Artemis 任务活动的前奏，届时星舰必须从多个发射台快速连续发射。
“毫无疑问，人类着陆系统是 Artemis III 的关键路径，”NASA 探索系统开发部门的代理副助理管理员 Lori Glaze 说道，指的是 Artemis 计划的首次登月任务。
Artemis III 正式计划于 2026 年 9 月发射，但由于星舰和新开发的商业宇航服的准备情况，可能会推迟至少几年。Ars 此前曾报道，NASA 和 SpaceX 正在评估 Artemis III 的替代任务配置，以防星舰登月器面临更长的延迟。
“节奏项目是 SpaceX 能够以多快的速度发射能够为燃料库加油的系统，以便为星舰登月做好准备，”Glaze 上周说道。“所以真正的关键是他们能够达到足够快的节奏进行发射。”
德克萨斯州和佛罗里达州的多个发射台将使 SpaceX 能够提高其星舰发射节奏。定期捕获助推器和飞船对 SpaceX 来说也很重要，以便更频繁地发射。这就是为什么尽管 NASA 并未直接参与周日的飞行，但该机构的官员们密切关注。
NASA 局长 Bill Nelson 对周日成功的测试飞行表示祝贺。
“祝贺 SpaceX 今天成功捕获助推器并完成了第五次星舰飞行测试！”Nelson 在 X 上发帖。“随着我们准备在 Artemis 计划下重返月球，持续的测试将为我们准备未来的大胆任务——包括前往月球的南极地区，然后前往火星。”
“谢谢您，先生！期待为 NASA 服务，将人类带回月球，”Musk 回复道。
Stephen Clark 是 Ars Technica 的太空记者，报道私营太空公司和世界各国的太空机构。Stephen 撰写了关于地球内外技术、科学、政策和商业交汇的文章。
