SpaceX 星际飞船 SN4 原型机在测试中爆炸，为什么会这样？影响有多大？
为什么会爆炸？
SN4 的爆炸原因，根据 SpaceX 官方和一些公开的分析，主要指向了低温推进剂（液氮）的注入过程中的异常压力累积和结构失效。我们可以从几个方面来详细解读：
1. 增压测试的目标与风险： 星际飞船在设计中需要承受极高的压力，尤其是当它装载了液氧和液甲烷等低温推进剂时。为了模拟这种状态，SpaceX 会进行压力测试。SN4 的这次测试是一个“低温压力测试”，这意味着它要模拟满载低温推进剂时的压力，以验证飞船结构的承载能力。
2. 液氮作为模拟介质： 在早期测试中，SpaceX 使用液氮作为模拟液氧的介质。液氮比液氧更易于获取，也相对安全一些（虽然仍是危险品）。在测试中，会将液氮注入飞船的燃料罐，然后缓慢加压，观察飞船结构在压力下的反应。
3. 压力上升与失控： SN4 在测试过程中，向其燃料罐注入了液氮。在这个过程中，系统监测到罐内压力迅速升高，超出了预期值。通常情况下，低温推进剂的注入和增压过程需要非常精细的控制。一旦压力超过了结构设计允许的最大值，或者在某个点出现了微小的破裂，整个过程就会迅速失控。
4. 潜在的诱因：
焊接缺陷或材料不一致： 星际飞船的巨大结构是由大量不锈钢板焊接而成的。即使是先进的焊接技术，也可能存在微小的缺陷，比如焊缝不均匀、内部气孔等。这些缺陷在承受高压时可能成为应力集中的薄弱点。
结构设计上的迭代： SN4 是星际飞船早期的一个原型机，许多设计还在不断地迭代和优化中。在设计能力允许的范围内，工程师会逐步提高测试压力。可能是在某个临界点，结构的设计裕度不足以应对测试中出现的瞬时压力峰值。
增压控制的精确度： 尽管 SpaceX 以快速迭代闻名，但在如此高压的测试中，哪怕是增压速度略快，或者某个阀门响应不够及时，都可能导致压力瞬时飙升。
冷脆性（可能性较低，但值得考虑）： 虽然不锈钢在低温下性能优良，但在极端低温下，材料的某些属性可能会发生变化，例如冲击韧性下降。但对于不锈钢而言，这点通常不是主要问题。
5. 爆炸的物理过程： 当燃料罐内压力超过其材料的屈服强度后，罐体开始膨胀。如果膨胀超过临界点，就会发生“爆发性泄压”。储存的巨大能量（来自被压缩的液氮）瞬间释放，将罐体撕裂，产生强大的冲击波和飞溅物，这就是我们看到的爆炸。
影响有多大？
SN4 的爆炸，对于星际飞船项目而言，尽管是一个挫折，但其影响是多维度的，总体来说是宝贵的经验学习，而非毁灭性的打击：
1. 研发进程的推迟与学习：
直接影响： SN4 的爆炸意味着原定的测试计划被打断，需要时间对原型机残骸进行分析，找出具体失效原因。这必然导致后续原型机的制造和测试计划需要调整，整个研发进程会受到一定程度的推迟。
宝贵数据： 然而，更重要的是，这次爆炸为 SpaceX 提供了极其宝贵的工程数据。工程师们能够通过对爆炸现场、残骸的仔细检查，了解结构在何处、如何失效的，从而 pinpoint 具体的结构设计或制造问题。这种“在真实失败中学习”是任何仿真都无法完全替代的。
2. 对设计和制造的改进：
结构加固： SN4 爆炸后，SpaceX 迅速吸取教训，在后续原型机（如 SN5、SN6）上对燃料罐的结构设计进行了改进，包括但不限于加强焊接工艺、优化材料选用、增加内部支撑结构等，以提高其在承受高压时的鲁棒性。
增压系统优化： 对增压注入和控制系统也进行了优化，确保能够更精确地控制压力变化，避免出现非预期的压力峰值。
3. 风险评估和测试策略的调整：
更加谨慎的测试： 此次爆炸促使 SpaceX 对未来更大型、更复杂的测试（例如载人任务相关的测试）的风险评估和测试策略进行更深入的思考。可能会引入更严密的监测设备，或者采用更保守的增压速率。
4. 公众和媒体的关注：
负面宣传： 像 SN4 这样的爆炸事件，不可避免地会引起公众和媒体的广泛关注。一些人可能会将其解读为项目技术不可靠的证据。
证明研发的艰辛： 但对于了解航天研发的人来说，这恰恰证明了星际飞船项目是一个极具挑战性的、仍在快速迭代的工程项目。公开披露失败是 SpaceX 透明文化的一部分，也表明了他们解决问题的决心。
5. 对后续成功的影响：
为成功奠定基础： 尽管 SN4 失败了，但它为后续的 SN5、SN6 等原型机的成功（例如完成垂直起降和跳跃测试）奠定了重要基础。正是通过 SN4 等早期原型机的失败，SpaceX 积累了解决关键工程问题的经验。如果 SN4 没有爆炸，那么潜在的设计或制造缺陷可能直到更关键的测试阶段才暴露，后果可能更严重。
总而言之，SN4 的爆炸是星际飞船研发历程中一次重要的“学习经历”。它暴露了当时设计和制造中的不足，但 SpaceX 快速响应并进行了针对性改进，这正是其“快速迭代”和“边飞边造”模式的核心价值体现。这次爆炸的“影响”并非单纯的负面，而是将失败转化为驱动进步的动力，是通往最终成功道路上不可或缺的一环。
网友意见
这次星际飞船，Starship，SN4试验机属于测试阶段，爆炸并不让人意外。事实上，SpaceX目前焦点主要在于首次载人任务（今夜）和后续连发星链和军方载荷等，SN4爆炸之后，网上一片开玩笑的声音，并没有人太当回事，也确实没什么大不了。
星际飞船是SpaceX在研发中的具有划时代意义的太空飞船，长50米，直径9米，载客100人起，近地轨道运力超过100吨，使用的也是SpaceX新一代液氧甲烷发动机猛禽Raptor，大幅领先于自家的液氧煤油发动机墨林/Merlin。
按照未来的构想，Starship将配合超级重型且可回收的火箭一级，总重达到5000吨级别，成为人类史上最强火箭。
Starship就是目前测试的主角。事实上，如果算上Starhopper，它的测试仅仅从2019年3月份才开始，按照SpaceX的做事方式，根本不需要担心失败，需要的是从失败中找到问题，然后快速迭代。
这也是这个商业航天公司成功的秘诀：全靠炸出来。
所以从一开始，Starship就计划了多个试验机，目前任务期内总共有过Starhopper、MK1、MK2、MK4、SN1（MK3）、SN2、SN3、SN4共计8个了，其实都是一个系列，只是命名改了几下。此外，还有SN5、SN6、SN7预计将在1-2个月内继续投入使用。
提供一个细节：Starship的测试，基本都在过去一年内而已。而SN2到SN4这三个任务，就是最近两个月刚投入的。SpaceX的迭代速度非常惊人。
由于主要出于测试目的，甚至是就注定用来炸的，这些远远不如PPT效果图的试验机简直“丑陋不堪”，主要的金属结构竟然就是不锈钢做的，其他部分也是能糙就糙。
第一版Starhopper，看起来多像一个报废的水塔。。
其实早在去年Starhopper时期，相关测试已经取得了巨大的成功，在2019年4-8月间，它从能飞起来一直突破到了能飞150米高并悬停、顺利降落。
而后续的这几个SN系列，则基本上是更全面的测试，包括火箭发动机、推进剂系统、控制系统、电子系统等。由于还处在预研阶段，失败也是很惨烈，例如著名的加压测试（Pressure test）就炸掉了前三个SN。
而这个SN4已经实现了重大突破，此前失败的测试全部成功，也迈入了至关重要的静态点火阶段。这方面我以前写过科普，SpaceX火箭一大特色是静态点火，这与他们火箭发动机能复用、推力可控、带擒纵机构等一系列技术是分不开的。SN4一下子突破了5次静态点火试验，这是非常了不起的成就，虽然最后可能因为推进剂泄漏（等官方消息吧）等原因炸了，但已经可以用功德圆满来形容这个任务。
爆炸的极其惨烈。。
但没那么大影响，因为按照计划，SN5、SN6和SN7都在建造中，能在6月份恢复测试。有了前面这么多经验，相信能在静态点火的基础上再进一步，实现从低到高的飞跃，进行完整的亚轨道试验。最终建造完整原型机挑战入轨试验，到那一天，SpaceX就真可以用别人难以望其项背来形容了。
NASA当然很清楚SpaceX什么水平，一点也不客气，即将进行的重返月球载人登月任务，SpaceX几乎毫无争议拿到了重要的载人登月合同，Starship将会抵达月球表面。
航天是一个高精尖的系统性工程行业，甚至不能用木桶理论来解释。木桶理论最多是短板决定上限，决定能装多少水，而航天领域哪怕有一个短板结果就是爆炸。所以有时候大家会开玩笑说，一枚成功的火箭都是炸出来的，从发动机设计一直到最终试飞。目前还不存在没炸过、只有成功的主力火箭，联盟、长征、宇宙神、德尔塔、猎鹰、H-II、阿里安都是这样。
SpaceX在这个领域，更是炸得五花八门，曾经一个著名视频“How Not to Land an Orbital Rocket Booster“是SpaceX把各种火箭回收爆炸时视频配上欢快的音乐，也是如此。猎鹰火箭还有过静态点火、任务期间多次爆炸，早期的更是惨不忍睹。
在Starship这么多测试任务时，SpaceX也不介意，并不保密，所有测试都是现场直播，让观众一起看着放烟花。这次SN4炸的时候，我也围观了一下，确实很刺激。。。这种开放的态度也让人欣慰，本质上也代表了他们的信心，这也是为什么所谓的“爆炸失利”发生之后，所有人一种“噢耶”的感觉，并没有人指责他们。
这一点，是非常值得我们学习，甚至反思的。航天爱好者们也没必要过于苛责失败，否则会让航天人更加畏手畏脚。整体进入死循环。
按照未来计划，Starship将成为人类征服火星的工具，我在写《下一站火星》时最喜欢的插图之一，就是他们未来想象的starship征服火星场景。也非常感谢SpaceX，作为一家商业航天公司，他们不仅制作出了超一流的图片，还全部放到公共版权领域，这个态度让人叹服。
最后，日常安利小书书
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