SpaceX星艦首次軌道試射:升空後於空中解體

新型態航太發展模式與其監管挑戰

· 權力結構-美國,巨頭戰爭,科技與AI,太空競賽-航太科技,重工業復辟-

撰稿人:Lia / 責任編輯:Zaphyra

2023年4月20日,美國太空探索科技公司(SpaceX)在位於德州的「星際基地」(Starbase)發射場,進行了其「星艦」(Starship)系統的首次整合軌道飛行測試。這枚由「超重型」(Super Heavy)助推器與「星艦」飛船組成的火箭,是人類迄今為止建造的體積最龐大、推力最強的運載工具,其目標是實現完全可重複使用的設計,以執行前往月球、火星乃至更深遠太空的載人任務。然而,此次備受全球矚目的首航,在升空約四分鐘後,於墨西哥灣上空約39公里的高度,因未能成功進行級間分離且發生翻滾,最終由飛行終止系統啟動自毀程序,在空中解體。儘管飛行器最終以爆炸告終,SpaceX公司及其創辦人伊隆·馬斯克(Elon Musk)仍將此次試射定義為一次成功,因為火箭成功地從發射台升空,並順利通過了飛行過程中機械應力最大的「Max-Q」階段,為後續的改進獲取了至關重要的飛行數據。此事件凸顯了SpaceX公司獨特的「迭代開發」理念,一種鼓勵承擔經計算的風險,並從測試失敗中快速學習的工程文化。這與傳統航太機構如美國國家航空暨太空總署(NASA)所採用的,在發射前力求排除所有潛在故障點的謹慎模式,形成了鮮明對比。星艦計畫並非純粹的商業冒險,它在美國的國家太空戰略中扮演著關鍵角色。NASA已選定星艦的衍生型號作為其「阿提米絲」(Artemis)計畫中,將太空人再次送上月球表面的「人類登陸系統」(HLS)。因此,此次試射的結果與過程,也牽動著美國重返月球計畫的時程與可行性。NASA在事後發表的聲明中,對SpaceX團隊表示祝賀,並認同這種從試飛中學習的方式是實現宏偉目標的必要過程。然而,此次發射也暴露了潛在的挑戰,發射台在火箭升空時遭受嚴重損毀,大量的塵埃與碎片散落至周邊地區,引發了環境保護方面的疑慮,並觸發了美國聯邦航空總署(FAA)的事故調查。未來,如何在鼓勵快速創新的同時,確保公共安全與環境可持續性,將成為監管機構所面臨的一項重要課題。

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Lia. Independent Media 台北報導

在德州最南端的海岸線,一片名為博卡奇卡(Boca Chica)的沙嘴地帶,近年來已從一片寧靜的濕地,轉變為人類探索星辰大海的前沿陣地。在這裡,一座不銹鋼的巨塔拔地而起,它不是紀念碑,而是一艘真正的船艦-星艦(Starship)。這座由SpaceX公司傾力打造的龐然巨物,承載著不僅是衛星或探測器,更是人類重返月球、乃至最終踏上火星的宏願。它的每一次組裝、每一次靜態點火,都牽動著全球航太愛好者與從業人員的目光。

歷經數次延期與準備,歷史性的時刻終於在2023年4月20日到來。當倒數計時歸零,星艦底部的33台「猛禽」(Raptor)引擎中,絕大多數被成功點燃,噴射出足以撼動大地的烈焰與濃煙。這枚高達120公尺的巨型火箭,以一種近乎緩慢而莊嚴的姿態,成功脫離發射架的束縛,開始了它奔向天際的第一次旅程。對於SpaceX團隊而言,這一刻已是階段性的勝利,因為在過去的研發過程中,僅是讓如此複雜的推進系統穩定運作,便是一項巨大的挑戰。

然而,這場飛行的戲劇性,才剛剛開始。升空後不久,觀測數據便顯示,有多台引擎在爬升過程中陸續熄火。儘管如此,憑藉著強大的冗餘設計,星艦依然奮力爬升,並成功通過了飛行器結構所承受空氣動力學壓力最大的「Max-Q」點。但在升空後約三分鐘,當飛行器接近預定的級間分離高度時,這艘巨艦開始失控翻滾。最終,在升空後的第四分鐘,飛行終止系統被激活,星艦在墨西哥灣上空化為一團絢爛的火球。沒有級間分離,沒有抵達預定軌道,更沒有濺落在太平洋的壯麗景象。從傳統的航太標準來看,這是一次徹底的失敗。但對於理解SpaceX的營運哲學而言,這團火光卻照亮了一條通往未來的、截然不同的道路。

迭代開發:將失敗視為數據的工程哲學

要理解SpaceX為何將一場空中爆炸稱為成功,就必須剖析其核心的「迭代開發」(Iterative Development)模式。這一理念源自軟體工程,其精髓在於透過快速建造、測試、失敗、學習與修改的循環,來加速產品的成熟。SpaceX將此方法應用於極端複雜的硬體製造-火箭工程。

在傳統的航太領域,尤其是在政府主導的計畫中,安全與可靠性是壓倒一切的優先事項。每一個零件、每一個系統,都必須經過無數次的地面模擬與驗證,力求在發射前將所有風險降至最低。這種模式雖然穩妥,但其代價是極高的成本與漫長的研發週期。

SpaceX則選擇了一條截然相反的路徑。他們認為,真實的飛行環境是最好的實驗室,許多潛在的設計缺陷,只有在極端的飛行條件下才會暴露。因此,他們願意接受在無人測試階段頻繁的失敗,甚至壯觀的爆炸。正如其創辦人馬斯克曾半開玩笑地將猛禽引擎比作「手榴彈」,這其中蘊含的,是對高風險測試價值的高度認可。從2020年到2021年,星艦上級飛船(Starship spacecraft)的數次高空試飛,幾乎都以著陸時的劇烈爆炸告終,直到第五次嘗試才獲得成功。每一次爆炸,都為工程師們提供了關於飛行控制、燃料輸送、結構應力等方面無可替代的寶貴數據,從而能夠在數週或數月內,對下一艘原型艦進行針對性的改進。

從這個角度審視4月20日的試射,其價值便顯而易見。儘管未能完成全部任務目標,但這次飛行驗證了33台引擎並聯點火的可行性、箭體結構能夠承受Max-Q的嚴酷考驗、以及發射場的地面系統能夠支持一次完整的發射流程。這些都是在地面上永遠無法完全模擬的關鍵數據點。對於SpaceX而言,這場耗資不菲的「煙火秀」,是一堂濃縮了大量資訊的速成課,其價值遠高於一次因追求完美而無限期延遲的發射。

政策意涵:NASA對新興商業模式的策略性依賴

星艦計畫的意義,已遠遠超出了SpaceX自身的商業版圖。它已被深度整合進美國的國家太空戰略之中。美國國家航空暨太空總署(NASA)的「阿提米絲」計畫,旨在本世紀20年代將太空人重新送上月球,並建立可持續的月面基地。而在這個宏偉藍圖中,SpaceX的星艦被賦予了最關鍵的一環-作為將太空人從月球軌道送至月球表面的「人類登陸系統」(HLS)。

這項合作,本身就構成了一種有趣的政策觀察。NASA,作為一個以嚴謹、程序化和風險規避文化著稱的政府機構,如今將其旗艦級的載人深空探測計畫的成敗,部分寄託在一個信奉「快速失敗、快速學習」的商業夥伴身上。這反映出美國政府在航太領域政策思維的重大轉變:即承認並利用私營企業的創新活力與成本效率,來實現過去需要傾舉國之力才能完成的目標。

因此,在星艦爆炸後,NASA署長比爾·尼爾森(Bill Nelson)立即發表聲明,向SpaceX團隊表示祝賀,並強調「每一次偉大的成就都曾伴隨著經過計算的風險……這次測試是寶貴的學習機會」。這份聲明,不僅是對合作夥伴的鼓勵,更是一種政策上的背書,確認了NASA對此種新型態航太開發模式的認可與接納。然而,這種依賴關係也帶來了新的挑戰。星艦計畫的任何延遲,都將直接衝擊「阿提米絲」計畫的整體時程表,NASA必須學會在給予商業夥伴足夠創新空間的同時,進行有效的進度監督與風險管理。

監管挑戰:在創新與安全之間尋求平衡

星艦的首次試射,不僅是對工程技術的考驗,也是對現行監管框架的一次衝擊。火箭升空時的巨大威力,對發射台造成了遠超預期的破壞,混凝土塊被掀飛,一個巨大的彈坑在發射台下方形成。隨之而起的塵埃雲,飄散至數公里外的社區,引發了當地居民對環境影響的擔憂。

負責頒發商業發射許可證的美國聯邦航空總署(FAA),在此事件後面臨著雙重壓力。一方面,FAA的使命是推動和促進美國商業航太產業的發展;另一方面,它也必須確保發射活動不會對公眾安全和環境構成威脅。此次發射所造成的後果,無疑將使FAA在審批下一次星艦飛行許可時,提出更為嚴格的環境評估與安全緩解要求。

這起事件突顯了監管機構在應對顛覆性技術時所面臨的普遍困境。過於嚴苛的監管,可能會扼殺創新,使美國在新一輪的太空競賽中喪失優勢;而過於寬鬆的監管,則可能導致安全或環境災難。如何在鼓勵SpaceX這種高速度、高風險的創新模式與履行其法定監管職責之間找到恰當的平衡點,將是FAA乃至整個美國政府在未來幾年需要審慎應對的課題。

4月20日的星艦試射,是一個標誌性的事件。它所揚起的塵埃,不僅僅是德州海岸的沙土,更是對傳統航太開發模式、政府與私營企業合作關係、以及現行監管體系的一次全面揚棄與重構。那團在空中綻放的火球,或許在許多人眼中是失敗的象徵,但它更可能是一個新時代黎明前,最為響亮的一聲轟鳴。

資料來源

Reuters: SpaceX's giant Starship rocket blasts off for debut test flight, then explodes
https://www.reuters.com/technology/space/spacex-counting-down-launch-giant-starship-rocket-debut-test-flight-2023-04-20/

Associated Press: SpaceX’s giant rocket explodes minutes after launch from Texas
https://apnews.com/article/spacex-launch-elon-musk-starship-rocket-boca-chica-texas-03b50834c55325eff6aa57731450410c

The New York Times: SpaceX’s Starship, the World’s Biggest Rocket, Blows Up on First Flight
https://www.nytimes.com/2023/04/20/science/spacex-starship-launch.html

The Guardian: SpaceX’s Starship rocket explodes minutes after test flight launch
https://www.theguardian.com/science/2023/apr/20/spacex-starship-rocket-test-flight-launch

NASA: NASA Statement on SpaceX Starship Flight Test
https://www.nasa.gov/press-release/nasa-statement-on-spacex-starship-flight-test/

Space.com: SpaceX's 1st Starship launches on epic test flight, explodes in midair
https://www.space.com/spacex-starship-first-launch

The Washington Post: SpaceX’s Starship rocket lifts off, explodes during orbital test flight
https://www.washingtonpost.com/technology/2023/04/20/spacex-starship-launch-live-updates/