如何评价SpaceX SN15 试飞成功？

如何评价SpaceX SN15 试飞成功？

前两次都鸽了，今天足足看了6个多小时的直播，终于给我等到了！

今天Boca Chica的天气是多云。官方直播很卡（振动导致无线信号传输不稳定），其他几家自媒体只拍摄到了起飞和降落的镜头，因为SN15刚刚起飞就钻进云层里了。令我比较惊讶的是NASASpaceflight和Everyday Astronaut的油管直播间人气很高，NASASpaceflight开播很早，到发射前直播间同接数超过了10万，Tim Dodd那边则是接近6万，这还是先鸽了两次的数据，所以说Vtuber跟SpaceX比简直就是渣渣啊，这边建议SpaceX直接Vtuber出道，搞不好每次starship试飞，光是收SC就能回本（逃）。过两天可能有on-board video出来（很可惜，前面4次都没能回收火箭上的记录），应该会流畅一些。

差点忘了，这次有一台摄像机放在了forward flap上，100%是故意的，怪不得马斯克说自己不需要公关和营销（狗头.jpg）

从目前各家直播的视角看，大半的试飞流程跟SN8-SN11其实并无太大区别：点火起飞->先后关闭两台引擎->单引擎高点悬停->翻转90°，bellyflop减速机动

但是之后的流程存在比较明显的区别。

首先是引擎再次点火的时机似乎提前了。与SN10对比（SN11没有公开可靠的记录），SN15明显提前了点火的时间。我手头没有数据，但是如果假设SN10和SN15的飞行路径大致相同，那么根据官方发布的视频，SN10和SN15的landing burn点火时机分别是T+6:00 和 T+5:43，尽管这种粗浅的视频分析很难做到精确，但是即使只有10秒的时间差，点火高度也会有很明显的区别。

其次是参与landing burn的引擎数量不同。SN10采取的策略是“3引擎翻转+1引擎降落”；SN15采取的是“2引擎翻转+2引擎降落”。更多引擎显然意味着更快的减速，事实上，图二的镜头中，SN15降落速度显然比SN10“一屁股坐到地上”要更慢更优雅。

这里其实可以说道说道。

不考虑SN11的经验（SN11你白死啦，泪目），SN10的硬着陆（同时导致了下方管线泄漏和几分钟后出乎意料的爆炸）说明了单引擎不够用吗？Yes and no。首先，并不是单引擎不够用，不论是SN10还是SN15，单引擎都能产生向上的净加速度，都可以实现减速的目的。但是SN10的接地速度仍然太快的原因有两个：landing burn开始时机太晚（高度太低），或者单引擎的推力不足（可以减速，但是减速不够快）。这两个因素不好说哪个更重要，因此改进方案很容易想到：要么提前开始landing burn，要么更多引擎负责landing burn——而SpaceX选择了双管齐下。

同时采取更早的翻转时机和更多的引擎负责减速，毫无疑问，SpaceX在经历了4次失败后，采取了相对保守的landing burn策略。但是这样做的代价就是，少许降低了火箭的性能，而且随着landing buring点火时间越早，这个性能损失越大，原因如下。

首先，我们讨论的是“降落”，时刻要抵抗重力做功，

可见，在越低的位置点火反推，所需能量就越小，即更加节省dV。

而Raptor引擎的节流能力有限。目前比较可信的消息是，Raptor引擎的节流能力在40%-100%（88t到220t），接近空载的Starship重量约140t。假如使用单引擎降落，就需要更多的减速时间，即在更高的高度点火（否则结果就是SN10那样触地速度过快），更多燃料会被浪费在对抗重力上（如果目标是耗尽header tank中的储备燃料，那么目前的Starship最高可以在2.5km左右开始landing burn）。

反过来，如果采取“三引擎降落”方案，虽然这是最省dV的做法，但是由于最小推力也太大，所以需要极低的高度点火，最多可以低至300m，但是这个高度不用说，太危险了；我们是地球人，不是坎巴拉人，受不了这个惊吓。

因此，某种折中方案是必要的。只不过，答案并不是“双引擎降落”这么简单；整个反推的过程中可以有很多策略和组合，因为Raptor引擎开关相对简单迅速（用的火花塞）。

再回到这次试飞，首先，提前几秒点火会让点火位置提高到什么程度呢？

在针对SN10的模拟中，[1]提前10秒点火意味着点火高度从500m直接上升到1.4km左右。SN15和SN10实际点火高度可能不会差这么多，因为我是对着视频时间戳猜的，不过目测还是会高一些。

那么，这个提前点火可能造成多少性能损失呢？

对于轨道飞行，Everyday astronaut模拟了不同点火高度带来的dV需求[2]。假如在2.5km（header tank容积允许的最高位置）点火，则所需dV多达620m/s，差不多等于20t的LEO运力。550m是SN8-SN11的大致点火位置，SN15应该还要高一点，dV需求可能在300m/s左右（纯估计），这个损失还是可以接受的。

综上所述，尽管“2引擎翻转+2引擎降落”在SN15上成功了，这并不代表此降落策略是SpaceX唯一或者最优的选择，随着对Bellyflop机动的理解的深入，SpaceX应该会持续优化降落策略，甚至缩小header tank的尺寸（目前header tank的体积有较多冗余），最终为不同的Starship变种（常规载人版，登月版，在轨加油版，货运版，火星版，等等）设计不同的landing profile。

SN8-11在降落阶段的主要课题其实就是对于降落曲线（landing profile）的微调和优化，SN8就已经证明了Bellyflop机动并没有原理上的问题。微调landing profile主要就两个方向，性能优先or安全优先，SpaceX一开始应该是希望尽量性能优先，但是现阶段的Starship并不需要极限压榨性能，相反，由于另外两家的抗议[3]，Starship还没有最终确保Human Landing System的合同，SN15的成败也因此带上了一些政治意义。SpaceX两度推迟试飞，我认为与此不无关系。

现在SN15已经成功了，与其重复歌颂SpaceX的成就，不如看看未来还有多少挑战：BN2、BN3试飞，SN20+Super Heavy试飞，Starship再入和降落，Super Heavy降落......对于SpaceX来说，真正的挑战才刚刚开始。

PS：最近常常被人指责是马斯克的信徒，是SpaceX路线的信徒，我本来想辩解几句...看完今天的直播，我觉得吧，算了，信徒就信徒，哪天SpaceX成了新的ULA，我再改宗，easy peasy~

PS2：还有个细节忘记说了，这次降落以后依然有明火，持续了好几分钟，我看的时候还是有点害怕的，希望以后能优化掉