星艦

火箭和航天器是各國航天發射任務中的“標配”。以中國為例，風雲氣象衞星、北斗導航衞星、神舟載人飛船、嫦娥系列月球探測器、天問一號火星探測器和天宮空間站等等都被稱為航天器，它們以天體力學的運動規律在太空中飛行，並用於完成載人、探測等任務。在航天器研發過程中，研製方除了要讓航天器具備完成預定工作任務的能力，還要使其具備良好的抵抗宇宙輻射、極端温度環境和微流星體超高速衝擊的能力。

火箭則是將這些航天器安全送入太空的運載工具，航天器越重、預定到達的飛行軌道越高，對火箭的綜合能力要求也就越嚴格。鑑於大氣層中的飛行環境遠比真空中要複雜，所以在航天發射任務中，火箭點火發射及其升空後兩分鐘內是最容易發生事故的階段。世界各國都在研製性能更為強大的火箭，保障航天發射任務。

SpaceX公司作為由美國航天局NASA支持並發展的民營商業航天服務商，自成立以來，其任務就是研製可重複使用的火箭和貨運/載人航天器。降低材料成本和實現重複使用是該公司降低航天發射成本的兩項措施。由於鈦合金、碳纖維等航天材料價格昂貴，該公司就用不鏽鋼來造火箭。火箭發射一次就廢棄費用高昂，該公司就研究火箭回收重複利用。SpaceX公司的研發方式簡單直接，在美國宇航局NASA的支持下，SpaceX公司快速完成了一輪又一輪的地面試驗和發射試驗。雖然試驗中屢次失敗，一度使SpaceX瀕臨破產邊緣，但最終還是取得了進展。 ^[45] 

從2008年到2020年，經過上百次的迭代測試，SpaceX逐步掌握了貨運/載人龍飛船的降落傘濺落回收技術和獵鷹9號運載火箭的反推垂直着陸技術。通過龍飛船和獵鷹火箭的重複回收使用，馬斯克降低了航天發射成本，接了大量商業航天訂單在手。

在超重-星艦系統的研製過程中，SpaceX公司遵循快速分階段驗證迭代式研製模式，驗證設計概念和方案的可行性。從項目的公佈到首架星艦驗證機的建成僅僅用了3年的時間。該項目自2019年3月進入密集測試階段，截2022年已完成對多台9米直徑的星跳號驗證機和MK全尺寸原型機的測試，並對多架SN系列原型機進行了飛行測試。實現了原型機的150米低空飛行和10千米級高空飛行，並在試驗中實現了軟着陸。驗證了星艦導航系統、全箭不鏽鋼箭體的結構強度新型着陸支腿以及其他一些基本功能。證明了SpaceX公司採取的迭代式研製模式的有效性。

“超重”火箭級原型機的製造工作由於受到生產能力的限制，直到2020年10月才得以啓動。現已經制造三枚原型機，分別是：超重BN-1、BN-2和BN-3，其中BN-2可能將搭載星艦SN20原型機進行軌道飛行測試。 ^{[46]  [48]} 

當地時間2024年3月4日，SpaceX公司在社交平台X上分享了關於為“星艦”火箭試飛開展加註推進劑測試工作的消息，馬斯克隨後轉發該帖子並在配文中稱，“星艦”正在為第三次試飛做準備。 ^[51] 

2024年3月14日，馬斯克旗下太空探索公司SpaceX計劃進行星艦的第三次試飛，發射窗口在北京時間3月14日20:00開始的110分鐘內。這次發射將在SpaceX位於得克薩斯州博卡奇卡的發射場進行。 ^{[53]  [56]} 

星艦飛船和超重型火箭（統稱為星艦）代表了一個完全可重複使用的運輸系統，旨在將船員和貨物運送到地球軌道、月球、火星和更遠的地方。星艦是世界上有史以來最強大的運載火箭，能夠運載150噸完全可重複使用的運載火箭和250噸一次性運載火箭。 ^{[27]  [47]}  星艦是美太空探索技術公司研發的新一代超重型運載火箭“超重-星艦”的第二級。“超重-星艦”未來將承擔該公司載人登陸火星、月球進行商業旅遊的任務，是一型兩級、完全可重複使用火箭。由芯一級超重火箭和芯二級星艦飛船組成。 ^{[42]  [46]} 

芯一級超重火箭級為助推器，高71米，直徑9米，推進劑加註量為3400噸，採用28台“猛禽”液氧/甲烷火箭發動機，總推力約7590噸，規模遠超“土星五號”運載火箭。該級火箭箭體設有4個柵格舵（外形由矩形改為菱形），並設4個固定尾翼兼着陸支架。 ^{[27]  [46]} 

芯二級星艦為可重複使用飛船，高50米，總重約1350噸，推進劑加註量約1200噸。“超重-星艦”具備將100噸貨物運送至近地軌道的能力，成為有史以來推力最大的可重複使用運載火箭。 ^{[27]  [42]}  該級飛船採用6台猛禽液氧/甲烷發動機，採用雙鴨翼+雙尾翼外形設計，尾部設6個可伸縮着陸支腿。飛船鴨翼和尾翼均改成梯形，以提高着陸時的翼面控制效率。迎風面防熱由氣膜主動冷卻改為防熱瓦設計。 ^[46] 

SpaceX公司宣佈打造“星艦”計劃用於載人登月甚至是火星移民，該計劃本質是利用可重複回收的火箭，以極低成本讓人類實現大規模的星際遷徙，成為跨星球的物種，從而解決人類面臨的環境和能源問題。 ^[40] 

馬斯克計劃通過製造20個星艦原型機進行測試，以便掌握巨型火箭的發射和回收能力。按照此前計劃，距離真正建造出星際火箭Starship還需要迭代到SN20。這些迭代，都要在三年內完成。 ^[40] 

太空探索技術公司已在“獵鷹”系列火箭上實現對芯一級超重火箭的可重複使用，研發重點集中在星艦飛船上。作為芯二級，星艦比芯一級超重火箭的再入速度快，返回後僅需少量翻修檢查即可再次發射，因此對熱防護系統提出極高要求。星艦結構使用不鏽鋼材料，並採用主動冷卻技術。不鏽鋼材料雖具備較高的耐熱温度和較好的高低温性能，但密度較大。因此，如何滿足結構輕質化要求，成為星艦研發面臨的難題之一。從“跳躍者”到“SN系列”，太空探索技術公司不斷改進工藝，迎來SN5、SN6星艦原型機測試成功。在此基礎上，該公司將繼續試驗，對不鏽鋼材料特性進行驗證。另外，SN8星艦原型機也基本完成組裝，有望首次裝配3台“猛禽”發動機，挑戰20千米高空飛行。“超重-星艦”芯一級超重火箭也已開建，後續進行低空測試。 ^[42] 

2019年1月6日，SpaceX首席執行官埃隆·馬斯克（Elon Musk）在社交媒體上曝光了星際飛船（Starship）的模擬圖，並表示計劃在4至8周內進行試驗飛行器的首次下降測試（Hopper test）。正式的星際飛船測試計劃有望於2019年3月或者4月進行 ^[3]  。

2020年2月，SpaceX星際飛船原型SN1在一次液氮壓力測試中發生爆炸 ^[4]  。

2020年8月4日（當地時間），SpaceX不鏽鋼材質的全尺寸“星艦”原型機SN5在得克薩斯州博卡奇卡測試基地完成150米跳躍，試飛時間持續約1分鐘 ^[1]  。

2020年9月，美國得克薩斯州博卡奇卡基地，太空探索技術公司的SN6星艦原型機完成繼SN5之後“SN系列”的第二次150米跳飛測試。整個測試時長不到1分鐘，SN6星艦原型機的起飛與降落控制較SN5更平穩。外界分析，這次跳躍測試的成功，標誌着太空探索技術公司已基本掌握星艦依靠單台發動機的跳飛技術，為後續測試奠定基礎。 ^[42] 

北京時間2020年12月9日6:30左右，美國得克薩斯州，SpaceX星艦SN8挑戰12.5千米高空試飛。馬斯克隨後發推稱，飛船着陸過程中，頭部燃料罐壓力較低，因此導致着陸速度較快，飛船撞地爆炸。“但是研製方已經拿到所有所需的數據，恭喜SpaceX團隊。” ^[2]  。

當地時間2020年12月10日，美國“太空探索”（SpaceX）公司首席執行官埃隆·馬斯克視察了準備測試的“星際飛船”（Starship）SN9號，不過很快，SN9就因為太重壓垮了支架撞在了生產中心的牆上。 ^[5] 

2021年5月6日6時24分，美國太空探索技術公司（以下簡稱SpaceX公司）的SN15星艦原型機從得克薩斯州博卡奇卡試驗場起飛，上升到10千米高度後，完成“腹部拍水”“神龍擺尾”“反推着陸”等一系列動作，隨後成功降落在發射場指定位置。整個測試持續約6分鐘，標誌着 SpaceX公司已掌握二級星艦安全着陸的部分關鍵技術，此次測試也成為星艦系列原型機的重要節點 ^[30]  。在着陸後星艦原型機底部有起火現象，火勢在數分鐘後被控制。此前星艦原型機進行過4次試飛測試，但均以失敗告終。 ^{[6]  [12]} 

2022年3月消息，馬斯克在社交媒體上表示，SpaceX開發的大火箭星艦可發射有效載荷最高達300噸。 ^[7] 

財聯社2022年3月23日電，SpaceX CEO馬斯克透露，SpaceX下月將製造39部可用於飛行的引擎，再用一個月時間整合，因此其研發的新一代巨型運載火箭“星艦”（Starship）有望在5月進行軌道飛行測試。 ^[8] 

當地時間2022年6月14日，SpaceX公司創始人馬斯克稱，“星際飛船”可能於7月完成首次軌道飛行。 ^[13] 

2022年6月，據今日俄羅斯電台（RT）報道，一份美軍內部報告揭示，如果再次發生類似美國駐利比亞班加西領事館遭襲的那種情況，美軍設想如何將其援救兵力快速投放過去的方式，正是埃隆·馬斯克（Elon Musk）名下SpaceX公司“星艦”飛船的潛在軍事用途之一。 ^[9] 

2022年7月13日，馬斯克在推特表示，如果之前的測試順利的話，“星際飛船”（Starship）的首次軌道飛行最快將在8月舉行。 ^[14] 

2022年9月22日，據報道，SpaceX公司首席執行官埃隆·馬斯克（Elon Musk）稱，外界期待已久的SpaceX星艦（Starship）航天器和超級重型（Super Heavy）助推器的首次軌道試飛最快可能在10月底到來。 ^[10] 

2023年，美國SpaceX公司將對“星艦”（Starship）飛船和“超重型”火箭（Super Heavy）進行首次軌道飛行測試，該測試將使用首次配備33台猛禽V2發動機的B7原型機和6台猛禽V2發動機的星艦S24原型機。 ^[15] 

當地時間2023年2月9日，美國SpaceX公司完成了對“史上最大運載火箭”星艦進行的首次全面靜態點火測試。此次測試也是其首次嘗試同時點燃全部33台猛禽發動機。馬斯克隨後在推特上發文證實，此次測試中只有31台發動機成功點燃，但他表示，僅憑這31台發動機也能進入軌道。 ^[16] 

2023年4月，美國東部時間17日21時19分，SpaceX“星艦”重型運載火箭在首次試飛發射前大約40秒的時候宣佈推遲發射，原因是超重型助推器的加壓系統出現問題。 ^[20] 

2023年4月7日，美國聯邦航空局（FAA）網站發佈消息表示，美國太空探索技術公司（SpaceX）的“星際飛船”（Starship）發射定於4月17日進行。 ^[17] 

當地時間2023年4月14日，美國聯邦航空管理局（FAA）宣佈，已批准美國太空探索技術公司（SpaceX）的請求，允許該公司在得克薩斯州南部的發射場進行“星艦”（Starship）火箭的無人飛行測試。SpaceX本次發射將不搭載任何貨物和宇航員。 ^[18-19] 

當地時間2023年4月17日，據美國太空探索技術公司（SpaceX）稱，“星艦”飛船（Starship）首次試飛因技術問題被取消。 ^[21] 

當地時間2023年4月20日，美國太空探索技術公司在美國得克薩斯州進行第二次“星艦”（Starship）重型運載火箭的無人飛行測試，火箭發射升空。 ^[23]  20日發射的“星艦”重型運載火箭在發射升空3分鐘後，於墨西哥灣上空發生非計劃內的解體，在半空中爆炸，航天器未能成功進入預定軌道。 ^[24]  北京時間2023年4月20日21:44分左右，SpaceX星艦發射失敗，在空中發生爆炸。 ^[22] 

2023年4月26日，美國監管機構發佈的調查報告表示，爆炸對當地環境產生了影響，碎片落在批准範圍以外，可能落在了瀕危物種的棲息地。 ^[25] 

《華爾街日報》2023年4月27日消息，美國國家航空航天局（NASA）局長比爾·納爾遜表示，SpaceX認為該公司可以修好“星艦”首次飛行使用的發射台，並在夏初前做好第二次發射的準備。 ^[26] 

2023年9月，美國宇航局計劃將進入地球軌道的“星艦”改造成為近地軌道空間站，星艦空間站預計在21世紀30年代投入運營。 ^[32] 

2023年10月，馬斯克表示，SpaceX可能會在三到四年後將一艘“星艦”飛船送上火星。 ^[33] 

2023年11月，據媒體報道，為了給下次星艦試飛做好準備，SpaceX已經制造了近400台猛禽發動機。 ^[34] 

當地時間2023年11月16日，馬斯克在社交平台X上表示，因需要更換格柵翅片執行器（grid fin actuator），星艦發射推遲到11月18日。 ^[35] 

2023年12月7日，馬斯克在個人社交媒體上表示，其會在2033年登陸火星。 ^[49] 

當地時間2024年3月6日，計劃最早14日進行新一代重型運載火箭“星舟”第三次試飛。 ^[52] 

當地時間2024年3月，美國聯邦航空局（FAA）授予SpaceX公司許可，允許該公司從得克薩斯州測試發射“星艦”火箭系統。SpaceX表示，和前兩次測試不同的是，此次測試飛行將以飛往印度洋的軌道發射。 ^[54] 

北京時間2024年3月14日晚21時25分，馬斯克旗下美國太空探索技術公司（SpaceX）的星艦重型運載火箭發射升空。 ^[57] 

北京時間2024年3月14日晚21時29分，馬斯克旗下美國太空探索技術公司（SpaceX）的星艦重型運載火箭第三次試飛在發射4分鐘後，已完成一二級分離。21時40分，星艦“已達到環繞速度”。 ^[58-59] 

北京時間2024年3月14日晚22時16分，馬斯克旗下美國太空探索技術公司（SpaceX）發佈消息稱，星艦重型運載火箭調整角度，正重新進入地球大氣層。 ^[60] 

北京時間2020年12月10日6時45分，美國得克薩斯州博卡奇卡基地，太空探索技術公司的SN8星艦原型機（以下簡稱SN8）進行飛行測試。測試中，SN8的3台發動機同時工作，推動其上升至12.5千米高度後熄火，SN8開始降落，先後完成掉頭、減速、翻轉等一系列複雜動作。隨後，兩台發動機再次點火，箭體轉為垂直狀態並開始降落，但在降落過程中的最後一刻，由於發動機推力異常，箭體失速墜地爆炸。 ^[41] 

當地時間2021年3月3日，馬斯克旗下太空探索公司SpaceX啓動星際飛船（Starship）原型SN10的10千米飛行測試。在德克薩斯州進行高空試飛後，首次成功着陸，但幾分鐘後在着陸台發生爆炸。 ^[43]  這是SpaceX“星艦”高空試飛第三次發生爆炸。 ^[11] 

美國中部時間2023年4月20日8時33分星艦火箭點火起飛，火箭第一級33台“猛禽”發動機中，有多達6台未能正常工作。升空約兩分鐘後，“星艦”出現姿態搖擺，最終失控爆炸。SpaceX公司隨後承認，“星艦”在分離階段失敗。 ^[44] 

2023年9月8日，美國聯邦航空管理局（FAA）宣佈結束了對SpaceX公司超重型火箭“星艦”發射事故的調查。最終報告列舉了2023年4月20日事故的多個根本原因，以及SpaceX必須採取的63項糾正措施，以防止事故再次發生。 ^[31] 

北京時間2023年11月18日晚9時3分，美國太空探索技術公司於德克薩斯州博卡奇卡進行第二次“星艦”（Starship）重型運載火箭的無人飛行測試，火箭已經發射升空，33台發動機均正確啓動。星艦發射升空，然而，在一級火箭達到工作時序後，二級火箭發生故障，火箭失去聯繫。SpaceX公司已經官宣火箭發射失敗。 ^[36]  該公司證實，發射升空幾分鐘後任務控制中心與“星艦”失去聯繫，被迫啓動自毀系統。 ^[37] 

2024年1月，據新華社消息，美國國家航空航天局9日再次推遲其載人登月任務，將美國宇航員重返月球的時間推遲至2026年9月。這是因為由私企承包的載人航天器和宇航服開發受阻，現有載人飛船也存在安全隱患。 ^[50] 

北京時間2024年3月14日晚，太空探索技術公司（SpaceX）的星艦火箭在重返大氣層期間與地面失去信號近14分鐘，SpaceX評論員稱，“我們可能失去了星艦”，星艦的第三次試飛提前結束。直播畫面顯示，美國東部時間14日9時25分，“星舟”重型運載火箭從位於得克薩斯州博卡奇卡的研發、測試和發射基地升空。兩分多鐘後，火箭第一級“超級重型”助推器和第二級飛船成功“熱分離”。在太空滑行階段，“星舟”完成了開關有效載荷艙門、推進劑轉移等技術演示。隨後，“星舟”嘗試在太空中重新點燃“猛禽”發動機以及受控重返大氣層。但在飛行49分鐘後，“星舟”再度穿越大氣時所有聯繫中斷。美媒分析稱，飛船可能已經解體。 ^{[61]  [63]} 

美國聯邦航空管理局（FAA）2024年3月14日公告稱，當天SpaceX公司的“星艦”第三次試飛期間發生事故。目前尚未收到公共傷害或公共財產損失的報告。FAA正在監督SpaceX領導的事故調查，以確保該公司遵守FAA批准的事故調查計劃和其他監管要求。 ^[62] 

2024年3月25日，SpaceX 公司宣佈，位於得克薩斯州南部星際基地 (Starbase) 的一艘 50 米高的星艦上層級成功點燃了全部 6 台猛禽發動機，進行了全時長的“靜態點火”測試。“靜態點火”測試是一種常見的火箭發射前測試，發動機在地面點火併保持一定時間，但火箭本身並不會升空。 ^[64] 

從2016年首次方案公開到2018年底，SpaceX公司一直都宣稱該星際運輸系統將採用碳纖維複合材料。但在2018年末突然宣佈，改用近些年並不常見的不鏽鋼材料，並立即報廢了曾經用重金購買的複合材料工裝。給出的理由是從太空超低温到重返大氣層的高温狀態，全不鏽鋼箭體的可用強度與質量比，要比碳纖維、鈦合金等航天材料表現更好，只是在常温時不如後兩者。不同於火神半人馬座火箭上面級的不鏽鋼氣壓設計，超重-星艦採用軸壓設計，貯箱在不加註時仍可以保持結構完整。同時，貯箱還要反覆加註泄放過冷甲烷和液氧這都是之前業內鮮有應用的設計。最初，星艦驗證機所採用的是高質量301級不鏽鋼。但在2020年6月，SpaceX公司利用SN7原型機貯箱進行了低温加壓試驗，驗證了另一種不鏽鋼材料（據稱與304L類似），得出結論是這種不鏽鋼材料在低温下具有更強的延展性和韌性。 ^[46] 

超重-星艦採用的猛禽液氧/甲烷發動機為全流量補燃循環發動機。該發動機設計推力為1993千牛，約為法爾肯9火箭使用的猛禽1D發動機的2.5倍。發動機比衝330秒，主燃燒室壓力超過25兆帕，具備高比衝、深度節流的特點。一旦投入使用，將有望成為第一款投入實用化的液氧/甲烷發動機，也是第一款全流量補燃循環發動機。根據馬斯克的説法，單台猛禽發動機設計可執行1000次飛行，幾乎無需維護。採用甲烷燃料具有以下優點：首先，燃燒起來比法爾肯9火箭使用的煤油更清潔，因此發動機上的焦化更少，有利於重複使用。其次，價格便宜並且可以在火星上提取，能夠滿足未來探火的需求。 ^[46] 

超重-星艦系統為完全可重複使用運載器，其火箭級與飛船級均可回收。其中，星艦飛船級設計採用了與此前截然不同的回收方案。

當從軌道返回時，星艦不以垂直姿態進入大氣層，而是以60°傾斜的姿態及25倍音速的超高速度“躺着”進人大氣層。星艦將由四個單獨控制的襟翼精確引導下降。其中兩個為鴨翼在鼻錐上，兩個尾翼在船尾部分。根據馬斯克的説法在超音速狀態下產生升力，這對限制峯值加熱非常重要。星艦將盡可能最大限度地利用空氣制動。最終在接近地面時還將進行一次大幅機動，點燃猛禽發動機進行翻轉，最後垂直到達地面進行精確着陸。星艦的回收比法爾肯9火箭一子級的回收要困難得多，但如果SpaceX公司能做到這一點，將會是革命性的突破。 ^[46] 

由於不鏽鋼的熔點較高，新的不鏽鋼超重-星艦設計與碳複合材料相比，需要的熱防護措施較少，從而彌補了鋼具有更高質量的這一缺點。飛船從低軌道返回時，表面約20%的部分將暴露在最高温度約1476℃的環境中，另外20%最高温度至1326℃，其餘表面最高温度將低於1176℃，這是不鏽鋼無需任何額外冷卻即可承受的温度。再入時箭體所承受的温度最高不超過330℃，發動機部分周圍的温度不超過925℃，可採用被動輻射冷卻來應對。這意味着星艦的背風側不需要任何隔熱層。

而在迎風面，最初馬斯克曾設想使用雙層不鏽鋼外殼+液膜冷卻來實現防熱。但最終SpaceX研發團隊還是決定採用堅固的並可重複使用的防熱瓦，從而使系統整體更輕。迎風面防熱結構將大部分由六邊形防熱瓦組成。選擇這種形狀是因為這樣“它沒有能夠讓熱流加速通過的直線路徑間隙”。

SpaceX並未透露防熱瓦所採用的材料，而根據SpaceX與NASA Ames研究中心的合作協議推測，SpaceX很可能在星艦上採用該中心所擁有的新型TUFROC防熱材料（增韌型單片纖維增強抗氧化複合材料），該材料用於美國空軍試驗航天器X-37B的翼面前緣，經過飛行驗證，且TUFROC-X可直接貼敷於不鏽鋼材料，工藝上相較碳纖維結構有所簡化。 ^[46] 

美國宇航局主導研製的SLS重型運載火箭（又稱：太空發射系統），原計劃於2017年首飛，由於動力系統試車數次推遲等原因，首飛被延後至2022年。這種以“SLS模式”為代表的國家主導發展模式以完成任務為目標，通過嚴密的研製流程，確保每個產品質量。因此，整個SLS重型運載火箭的研製過程未出現過較大的方案調整。整體研製進度雖慢，但火箭綜合性能和技術仍保持較高水平。

另一種是以“SpaceX模式”為代表的商業航天模式。這種發展模式以產品開發為目標，通過頻繁的產品迭代實現功能優化，達到縮短開發時間，節約成本的目的，缺點是失敗率較高。因此，無論是“獵鷹”系列運載火箭，還是SN星艦系列原型機，試驗失敗似乎已成為“家常便飯”。然而，無論是“以穩妥換可靠”的“SLS模式”，還是“以風險換效益”的“SpaceX模式”，均各有優缺點。在未來相當長一段時期內，這兩種發展模式將在世界航天領域內並存。 ^[39]  （中國軍網 評）