上周六，SpaceX公司庆祝了它的“猎鹰9号”火箭在四个半月内的首次飞行，该火箭从加利福尼亚州顺利发射升空。“猎鹰9号”此前自9月起停飞，此前其中一枚火箭在佛罗里达州的一个发射台进行例行加油程序时发生爆炸。尽管周六的发射风险很大，但任务的成功并不能减轻SpaceX的压力。

关于事故原因的问题已经在公司里盘旋了几个月，公司两周前才披露了爆炸的可能来源。故障显然很复杂，包括极冷推进剂罐中材料的复杂相互作用。这还不是全部：SpaceX使用推进材料的方式与竞争对手不同，这可能是导致失败的部分原因。

美国联邦航空管理局已经接受了SpaceX对故障的解释，该公司表示已经采取措施修复。因此，SpaceX需要上周末的发布会顺利进行，以重新赢得客户的信心。但在航天领域，信心并不仅仅建立在一次发射上。9月的爆炸是该公司一年多来的第二次重大故障，降低了“猎鹰9号”的可靠性评级。

SpaceX计划明年为美国宇航局搭载火箭搭载人员。当这种情况发生时，失败可能带来的不仅仅是经济上的影响；人们的生命将岌岌可危，该公司必须确保在乘客开始乘坐“猎鹰9号”飞机之前，不会再有打嗝的情况。SpaceX需要在未来一年持续发射火箭，以确保其运载工具的可靠性。

发生了什么

9月的爆炸始于火箭上部的液氧罐。这就是储存“超冷”液氧推进剂的地方，这是火箭上部发动机所需的燃料。液氧是航空航天公司常用的推进剂，但SpaceX使用的那种推进剂甚至比大多数在-298华氏度左右徘徊的液氧推进剂还要冷。SpaceX将氧气保持在-340华氏度，接近其冻结温度，因为它使推进剂更加致密。首席执行官埃隆·马斯克说，这样一来，更多的氧气可以装进油箱，增加了SpaceX火箭可以使用的推进剂数量。

问题是寒冷使液氧变得易怒。首先，它升温很快，有沸腾的危险。这就是为什么SpaceX在发射前半小时到45分钟装载推进剂——以尽可能防止大部分推进剂沸腾。这一被称为“加载并启动”的程序导致了几次发射延迟：由于起飞前液态氧温度升高，SpaceX发射已经停止。

在9月份的爆炸中，超冷液氧与推进剂罐内的某种物质发生了不良反应——三个装着非常冷氦的小容器中的一个。这些燃料箱被称为复合材料包覆压力容器，或COPV，它们是猎鹰9号推进系统的重要组成部分：它们有助于保持液氧燃料箱中的压力。储存在COPV中的氦被用来填充飞行中液氧离开油箱时留下的空间。

工程师喜欢使用COPV，因为它们相当轻。在SpaceX的案例中，COPV由包裹在碳纤维中的铝内衬组成。这样，当加压的氦气被装入容器时，铝内衬可以膨胀，而碳覆盖层可以防止整个容器爆裂。以前，工程师们使用全金属容器在火箭中储存加压氦，但这种设计比COPV更重。而且越轻越好，以逃避地球的引力。”美国宇航局退休工程师格伦·埃科德（Glenn Ecord）曾在航天飞机项目中与COPV合作，他告诉《边缘》（The Verge）杂志说：“碳包覆压力容器是你能**的最轻的压力容器，而且有着长期成功的历史。”。

然而，SpaceX的问题是，COPV的设计可能是这次事故的部分原因。有什么东西导致了容器的铝衬里皱缩或弯曲，从而在金属中形成丘陵和凹陷。然后液态氧从碳纤维外包装和铝衬里之间渗出——这是不应该发生的事情。然后，液氧汇集在凹槽中，紧靠着衬垫。这成了一个问题。根据SpaceX公司的说法，COPV中的氦气温度非常低，可能导致截留的液氧凝固，这会增加由于摩擦而着火的几率。碳纤维外包装的摩擦可能导致了点燃氧气所需的火花，导致连锁反应，最终摧毁了火箭。

为什么spacex是独一无二的

COPV长期以来一直用于航空航天工程，在许多火箭中都很常见。它们被其他主要火箭**商，如联合发射联盟，用来给推进剂罐加压。甚至美国宇航局也在航天飞机上使用了多达24架COPV来储存加压气体。

一般来说，COPV被保存在油箱外，很少保存在如此寒冷的温度下。但是SpaceX对COPV的使用是不同的。它将COPV放入超冷液氧罐中。”“这当然是一个独特的特点，”南加州大学宇航学副教授迈克尔·凯齐里安（Michael Kezirian）告诉《边缘报》（the Verge）他们以这种方式设计这个系统可能有很好的理由，但我不记得以前在使用COPV方面遇到过这种情况。”

SpaceX可以这样做以减轻重量。将COPV储存在液氧罐中可以使氦容器变得格外冷。这使得他们可以建造更小，因此，更轻。但是将COPV置于如此寒冷的环境中还有另一个副作用。这样的低温会导致COPV的碳包层膨胀，而铝衬里收缩，在两个衬里之间形成间隙。凯齐里安认为，这可能就是氧气被困在外包装和铝之间的原因。

Kezirian说：“**这些容器的方式是，班轮绝不会与外包装分离，因此流体没有机会进入班轮和外包装之间。”随着温度的下降，任何COPV的趋势都是金属材料收缩，碳纤维膨胀。一个非常低的温度的结果可能是创造一个机会，这种压缩将失去。“然而，这是知情的猜测；SpaceX还没有说明氧气是如何被困在两个衬垫之间的。

我们确实从航天飞机计划中知道，COPV会发生屈曲。美国航天局在模拟飞行压力后对每一架COPV进行了测试，测试过程被称为“验证测试”。测试会使衬里产生应变，当压力释放后，COPV可能会在恢复正常形状时发生屈曲。Ecord说：“SpaceX有可能通过避免验证测试来避免屈曲。”如果你在验证测试中没有扣上油箱，那么任何氧气进入里面都不会积水，”Ecord说。

SpaceX拒绝就如何防止屈曲发表评论。该公司还没有说明如何防止氧气进入COPV飞机，理由是专利问题和国际武器贸易条例的限制。但该公司表示，已经确定了导致故障的“可靠原因”，并将从长远考虑解决这些设计问题。与此同时，SpaceX将在更高的温度下装载氦气，并恢复到以前成功装载氦气的旧方法。这样可以防止氧气变成固体，降低推进剂着火的几率。

目前尚不清楚SpaceX将如何防止COPV屈曲或阻止氧气进入复合材料外包装和金属内衬之间。”我个人建议在外包装和内衬之间不要有氧气如果氧气不能进入皮带扣，就不会再发生了。我不知道他们对此做了什么；也许改变热环境可以保持这种紧密性。”Ecord说，尽管如此，他相信SpaceX已经完全解决了这个问题。

对推进剂装填的担忧

9月份的事故也引起了人们对SpaceX装载程序的担忧。去年11月，美国宇航局的一个专家顾问小组对SpaceX计划将推进剂装载到“猎鹰9号”（Falcon 9）上的人员表示担忧。过去，美国宇航局的宇航员只有在装上推进剂后才登上航天飞机。但当宇航员乘坐SpaceX飞行时，他们的计划是在推进剂装好之前登上火箭顶部的宇航员舱。这种不寻常的事件顺序是必需的，这样超冷液氧就不会在发射台上加热太多。

咨询小组的忧虑在最近一份来自美国宇航局航空航天安全咨询小组的报告中得到了回应，该报告还讨论了更好地了解与SpaceX装载程序相关的低温的必要性。

ASAP在报告中写道：“我们认为，调查的重点绝不能仅仅是确定和解决这起事故的具体原因。”它还必须着重于提高对系统如何在与“负载和运行”相关的动态热环境中运行的理解，以便发现其他先前未识别的危险。这不是一个微不足道的努力。”

看这个问题是否真的解决了还需要时间。SpaceX现在能做的最好的事情就是发射成功——很多次。发射越成功，“猎鹰9号”的可靠性等级就越高，而且随着这一等级的提高，人们对火箭的信心也随之增强。SpaceX将迎来忙碌的一年：《华尔街日报》最近获得的财务文件显示，SpaceX希望在2016年发射20次，但只成功完成了8次任务。因此，现在SpaceX的任务积压，这使得“猎鹰9号”今年可能会频繁发射。只有很少的犯错空间。