“Starship飞船爆炸的原因：COPV”

Ship 36事故的元凶：COPV

最近，SpaceX公布了36号飞船事故的元凶——COPV。COPV 代表复合材料包裹压力容器。它是一种轻质高压容器，通常由铝制成，并包裹在碳纤维复合材料中。它的作用是储存氮气或氦气等气体，用于给火箭的不同部件加压。

在星际飞船上，COPV 位于有效载荷部分或鼻锥内，帮助支持氮气吹扫和发动机旋转启动程序等关键操作。

内部压力导致COPV破裂，引发连锁反应

轻量化设计是保持性能的关键，因此在第9次飞行后，有几个COPV被冲上海滩。尽管COPV拥有诸多优势，但它们结构非常复杂，在极端条件下容易失效。初步数据表明，Ship 36有效载荷舱中的氮气COPV在其耐压前失效。应该是内部压力超过了容器的极限，导致COPV破裂。

由此产生的力足以在航天器迎风面炸出一个洞，并损坏关键结构，包括燃油管路和前穹顶。最终导致燃油泄漏、燃烧，并最终引发摧毁36号飞船的巨大爆炸。这是该设计首次出现此类故障。

Starship的COPV不同于猎鹰9号

SpaceX 随后在其官方更新中确认，星际飞船和 SpaceX 猎鹰火箭使用的COPV 之间没有通用性。这一澄清至关重要，尤其是考虑到猎鹰 9 号在2015年的CRS-7任务和2016年的AMOS-6任务中都曾出现过与COPV相关的问题。

COPV本身设计复杂，制造过程可能产生缺陷

COPV在Starship上出现问题的原因很多。首先，COPV本身设计复杂，尤其是在复合材料方面。这些容器用于承载极高压气体，需要复杂的复合材料包裹层。如果制造或操作不当，这种复杂性可能会带来一系列安全隐患。例如，内衬粘合不当、纤维敷设不均匀或缠绕过程中的缺陷等细微缺陷都可能损害容器的结构完整性。

在某些情况下，复合材料层可能会在应力作用下发生翘曲，形成可能滞留液氧或加压气体的空腔。这种情况可能变得非常不稳定，在适当条件下甚至可能导致灾难性的故障。

Starship内，COPV面临的环境更严苛

第二个因素是星际飞船使用的COPV与其他火箭（包括SpaceX的猎鹰9号）使用的COPV之间存在显著差异。SpaceX和马斯克反复强调，星际飞船的系统是独一无二的。鉴于星际飞船是迄今为止建造的最大、功率最强的火箭，其压力和热负荷与猎鹰9号截然不同。星际飞船必须承受更大的发动机推力、更大的推进剂体积和更强烈的结构振动，这给所有部件，尤其是COPV，创造了更严酷的环境。

Starship使用液氧、液态甲烷，低温加剧材料压力

另一项重大挑战源于星际飞船对低温燃料的使用。与猎鹰9号使用液氧煤油混合物（RP1）不同，Starship使用液氧和液态甲烷，这两种燃料都必须保持在极低的温度下。这进一步加剧了COPV复合材料的压力，增加了冷致脆性、分层或开裂的可能性，所有这些都可能导致其在压力下失效。

更重要的是，星际飞船的设计目标是完全可重复使用，并可执行长期任务，例如太空加油、登月，甚至火星殖民。这意味着包括COPV在内的每个组件都必须能够承受多次压力、温度变化和物理应力的循环。这对耐用性和可重复使用的要求带来了新的工程挑战。星际飞船的规模、任务目标和运行环境使其成为一种完全不同的飞行器。因此，需要新的解决方案和测试方案。

快速开发带来更多的挑战

除了技术压力之外，时间压力也不容小觑。SpaceX 的快速开发模式意味着星际飞船的建造和测试周期非常短，设计、建造和发射尝试之间的时间间隔通常非常有限。在2025年，星际飞船就已经遭遇了多重挑战，包括谐波振动、推进剂意外混合、飞行过程中飞行器失控，以及现在的COPV故障。SpaceX快速迭代可以更快地产生结果，但也使系统面临更高的意外故障风险。

未来的目标带来Starship的开发压力

此外，星际飞船还面临着来自目标的压力。它不仅仅是一枚普通的火箭，更是未来任务的支柱，这些任务包括两级回收着陆、在轨加油，以及参与NASA的Artemis计划和火星移民计划。这些目标要求严格的时间表，有时会导致测试或改进过程中走捷径。快速推进的需求可能意味着某些部件（例如COPV）无法在飞行过程中可能遇到的各种条件下进行压力测试。

测试条件和实际飞行存在差距 & NASA缺少COPV的监管经验

更独立、更严格的测试活动或许能够发现导致S36失败的COPV缺陷。更重要的是，星际飞船仍是一款研发中的火箭。NASA对其COPV系统的监管力度尚不及猎鹰9号任务。这意味着SpaceX主要在内部管理星际飞船的组件测试和质量控制。

原型机上的COPV可能没有正确安装

还有专家推测近期原型机上的 COPV 可能未正确安装或固定，这增加了运行过程中发生机械故障的风险。此外，将 COPV 安装在鼻锥体靠近加压燃料管路的位置会增加风险。如果其中一个发生故障，可能会引发连锁反应，同时影响多个系统。

未来可能重新设计COPV系统

一旦确定了事故的根本原因，下一个步骤就是确定潜在的解决方案并实施必要的纠正措施。首先是彻底调查并可能重新设计COPV系统。这将在很大程度上取决于正在进行的调查结果。如果发现根本性缺陷，SpaceX可能需要彻底改造当前的COPV设计。这可能涉及加固外壳、提高结构完整性，甚至调整内部布局。

SpaceX预计将增强测试流程

SpaceX还可能增强测试流程本身。SpaceX可能需要扩展其测试方案，将COPV系统的独立评估和综合评估纳入其中。提高测试标准，突破压力和热条件的极限，以便及早发现漏洞。此外，从设计、制造到安装和系统验证，每个生产阶段都会加强质量控制程序。参与这些阶段的人员可能还需要在停机期间进行更新培训。由于S36试验场已失效，Massie试验场正在进行清理和修复，预计S37试验场将紧随其后，其COPV系统将在Mega Bay 2内接受严密检查。

不排除开发替代技术

不排除SpaceX会探索替代技术，以彻底减少对COPV系统的依赖。一种方案是利用发动机提供的空气进行某些增压任务，从而可能降低COPV系统的运行需求。然而，这将带来新的工程挑战，包括支持系统的设计和集成，这可能会增加整体架构的复杂性。

COPV会成为未来几周的工作重点