高天偉 | 星艦第四飛終於成功：關乎SpaceX的兩條生命線，對中國有哪些借鑑？

【文/觀察者網專欄作者 高天偉】

北京時間2024年6月6日晚，由SpaceX（美國太空探索技術公司）研製的星艦超重型火箭在德克薩斯州博卡奇卡進行了第四次飛行，並獲得成功：

火箭二級成功進入預定（亞）軌道，並在多塊隔熱瓦脱落以及部分結構破損的情況下，成功進行了海面軟着陸。一級也在使用完畢後以比較理想的垂直姿態，由發動機點火減速，在預定海區低速濺落。兩級火箭成功着陸，為後續在陸地着陸和複用創造了可能性。

本次“星艦”起飛瞬間，從左下方圓點可見第一級有一台發動機未點火

相對於今年3月份進行的第三次飛行，這次SpaceX一改以往每次試飛都突飛猛進新增大量項目的套路，反而做起減法，取消了在第三次試飛中開展了但結果不盡理想的艙門開閉和燃料轉移測試，將試驗重心完全放在一級和二級的回收驗證上，這次試驗可以説達到了預期目的。

這或許意味着星艦項目已經到了命運攸關的節點。而對中國國家隊和商業航天賽道上眾多同行來説，該項目目前已經帶來了足夠多的經驗借鑑。

星艦IFT-4發射時序  圖源：SpaceX

前所未有+幾十年未曾質變

作為SpaceX乃至美國航天的旗艦產品、人類歷史上體積和運力都是最大的火箭，星艦當前被兩個重要任務所迫切需求：

1. 美國派人重返月球的阿爾忒彌斯計劃，星艦是目前唯一明確的宇航員“着月”載具，同時也是整個項目當前最關鍵瓶頸。任務鏈條上的其它環節，例如負責地球 – 月球軌道擺渡的SLS火箭與獵户座飛船組合體、宇航服等，要麼已經驗證可堪使用，要麼相對容易研製。目前，美國載人登月時間已經從2025年左右推遲至至少2027年左右。

SLS火箭  圖源：NASA

2. SpaceX下一代星鏈衞星組網。星鏈是SpaceX自有盈利項目，是公司可預見將來最主要持續現金流來源。目前，市場已經明確下一代產品必須是具備手機直連功能的大容量衞星，單星重量超過一噸。在SpaceX技術路徑中，新一代衞星只與星艦適配。如果星艦遲遲無法投入使用，SpaceX有可能在這一輪競賽中被雄心勃勃的中國以及美國“友商”超越。

星鏈  圖源：pixabay

以上兩個項目一個關乎政治、一個關乎財務，都是SpaceX切身利益的生命線（相比之下，馬斯克畫的“移民火星”之類大餅可有可無）。

這兩個任務，都要求星艦能夠以極高密度發射（幾天一次乃至高峯時一天幾次），因此一級和二級箭體都必須能夠快速重複使用，方有可能完成周轉。而SpaceX為這箭體回收選擇的是“前所未有+幾十年未曾質變”的hard模式技術方案。

先説“前所未有”。兩級箭體完成任務後，都將先後返回發射場，在緩慢垂直下降過程中“掛”在發射塔架上的筷子造型回收臂上（看起來是夾住，其實是掛住）。回收臂隨後將兩級箭體轉移到發射台並重新組合。工作人員檢查處理箭體後，火箭再次發射。這項操作對火箭飛行精度、發動機可靠性、地面設備可靠性都提出了極高要求。一旦出現意外火箭爆炸摧毀發射設施，甚至會毀滅整個任務。

以登月任務為例，星艦需要進行5-10次接力加油，才能接力為最終登月提供足夠燃料。一旦發射中斷，登月任務只能停止。配圖是星艦掛在回收臂上的情景，箭體外部的專用掛點可以承受重量

與“前所未有的回收方式”不同，星艦二級從太空重返大氣層，用於抵抗上千度氣動加熱的技術，則是與幾十年前航天飛機類似的隔熱瓦，總計將近2萬片，一片一片貼在箭體外部。馬斯克本人表示，哪怕其中一塊破損或者脱落，都有可能導致災難，而此前的試飛中，火箭離地時瓦片就嘩啦嘩啦掉落。

隔熱瓦破損脱落是“星艦”面臨的重大困擾

2003年，哥倫比亞號航天飛機由於隔熱瓦破損而在返回途中失事，因此航天飛機大小的航天器也被認為是目前隔熱瓦技術的邊緣。星艦二級尺寸遠大於航天飛機，而目前除了“蠻力把瓦片貼牢一些”以外，還暫時看不出SpaceX有本質性革新解決方案。今天的試驗，直播中依然可見隔熱瓦大量破損並導致翼面等結構出現破損。最後的“成功”依然有僥倖因素，估計未來SpaceX和監管方仍然“緊盯”其可靠性。

2003年2月1日，哥倫比亞號解體後碎片劃空而過

讀過《馬斯克傳》的朋友或許記得，馬斯克是“追求極限自加壓”的典型。客户、監管機構或者同事要求做到100分，馬斯克總會設法“逼迫”團隊做到120分甚至更高。星艦第四次試飛項目“縮水”好像與此背道而馳，或許説明可靠回收複用已經到了火燒眉毛的地步，以至於馬斯克都排除了無關試驗，以便集中火力解決主要矛盾。下一次試驗，這點或許依舊。

星艦即便止步當前，亦具有重大借鑑意義

“前所未有+幾十年未曾質變”的星艦最終能否達到讓各方徹底滿意的可靠性，讓我們拭目以待。不過，就算星艦止步於目前狀態，對於美國航天來説也已經是巨大進步，對我國也有重大借鑑意義。

星艦證明了超重型火箭的可行性和經濟性。

如果我們不考慮回收複用，而是把星艦當作一次性火箭，按照美國和中國通行標準，之前的第三次試飛即已滿足“進入預定（亞）軌道併發出星箭分離信號“，可以算作試驗成功。據我國天儀研究院負責人楊峯以及國外航天諮詢人士測算，目前星艦單次飛行的成本應該在1.5億美元以內，僅相當於另一型登月火箭SLS單次發射成本22億美元的不到1/10，而SLS還是由美國航空航天局NASA抓總研製、設計運力只有大約2/3；除此以外，多台發動機並聯、不鏽鋼箭體等關鍵技術也在通過星艦項目得到驗證。

因此，即便一次性使用的星艦，也足夠穩固美國全球航天運力頭號強國地位（把單箭入軌能力從100噸拉高到200噸），也為我國超重型火箭發展提供了虛心觀察、學習、理解、創新乃至超越的對象。

也許正是在這個意義上，中國航天科技集團在去年的一篇文章中提及：

對標SpaceX，集團公司在發展理念上、科研生產模式上、關鍵核心技術上、質量效率效益上存在明顯差距和不足，整體上大而不強、大而不優，這與我們在航天領域率先實現強國目標還相去甚遠，每個航天人對此要懷有深深的危機感，堅決克服驕傲自滿的情緒，堅決摒棄盲目自大的心態，永不自滿、永不自大。

外國網友製作的部分重型火箭對比。最右側為星艦，中間SLS Block 1是當前的SLS火箭，最左側的是航天飛機

星艦給科研帶來了啓發。哪怕短短10年前，30餘台發動機並聯的設計由於力熱環境過於複雜，被認為是航天工程禁區；不鏽鋼密度較大，被認為不適合用於製造火箭。但目前，這些禁忌都已經被星艦打破。如果把範圍擴大到全公司，SpaceX還把火箭回收複用、超大規模低軌星座、高密度發射等以往未曾實用的產品或者做法變成現實。

事實上，其中相當一部分突破，包括我國在內的世界其它航天力量也早有所認知甚至嘗試，例如火箭回收技術，上世紀60年代的教材即有論述；大型低軌星座，我國在2018年前後就有構想甚至發射了驗證星，但最終率先形成氣候的，只有SpaceX一家。背後原因，是企業領袖個人能力？是美國航天技術存量優勢？是官方與市場有機融合的體制機制？還是另有其他？

星艦的研製，為我們探索航天戰略、管理、技術和運營的更優路徑提供了一扇觀察窗——無論該項目最終是否成功。

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