「筷子夹火箭」，实现火星生活的关键一步

10 月 13 日，Space X 公司的「星舰」火箭第五次试飞发射。此次试飞相当成功，在发射约 7 分钟后，其超重型助推器成功穿越大气层，返回发射塔，被机械「筷子」牢牢夹住。星舰飞船则成功入轨并在印度洋再入溅落。再入也就是航天器或其部件从太空重新进入地球大气层的过程，是航天任务中一个关键且具有挑战性的步骤。

星舰此次试飞，被评论称为是「开启了人类太空探索的新起点」。

为什么要开发可复用火箭？中国商业航天发展的未来又是什么样的呢？中国商业航天企业蓝箭航天朱雀三号可复用火箭型号副总师董锴，给出了详细解读。

以下为对话要点，文末还有完整音频，也可在各大音频、播客平台搜索「科技早知道」收听，不要错过。

星舰到底是一个什么样的航天器，为什么它受到那么多关注？

星舰从自身技术特点来讲，属于重型火箭，另外一个非常关键的特点是「完全重复使用」。在星舰之前，大多数火箭是一次性使用的，把航天器送入轨道后，使命就完成了。SpaceX 的猎鹰 9 号火箭引入了部分可重复使用的概念，2023 年在全球发射百余次，占美国约 80% 的运力。星舰在猎鹰 9 号的基础上更进一步，实现了完全可重复使用，这样它就变成了像飞机和汽车一样，成熟的、能够实现大规模空间投放能力的产品。

星舰受到广泛关注其实不止这一次。从猎鹰 9 号成功开始，业内从业者就一直对 SpaceX 的技术进展保持密切关注，尤其是从 2023 年 4 月星舰的第一次飞行开始，每次飞行都带来进步和惊喜。在第五次飞行中，星舰完美实现了一级火箭（助推器）的新型回收方式，这种新的回收方式未来可能不仅适用于星舰，还可能应用于猎鹰 9 号。

同时，二级火箭的技术也取得突破，不仅能够高速再入，还能精确降落在预定位置，最后在印度洋上的着陆跟预测的误差控制在 10 米之内。

关于完全重复使用的概念，我们会用「可回收」「可复用」这些词，但更准确的说法是「可重复使用」。现在星舰已经证明了产品能够安全返回。下一步的关键是验证这些产品是否能够在简单维护后复飞，这是完全重复使用的最终目标。

目前，星舰的结构被完整回收，但能否执行下一次飞行，类似于汽车行驶 10 万公里后的保养，还需要经过一系列检查和维护。Space X 也是第一次回收成功，可能也会对发动机、结构、阀门等关键部件全面检测和维护，必要时还会更换部分零件，这是一个迭代和优化的过程。

星舰经历过多次迭代，每一次有哪些迭代？

最早在 2005 年，还处于 PPT 阶段，连正常的 SpaceX 入轨飞行还没有完成一次，当时叫大猎鹰。2019 年大猎鹰更名为超重星舰，当然公布的运力是 150 吨。与之相比，我们国家目前运载能力最大的长征五号火箭的单次运输能力大概是 25 吨，150 吨相当于 2023 年整个中国航天全年的发射总量。

真正开始进入到我们能看见的实验阶段，是从 2019 年星虫首次试跳开始。发动机不停迭代，从猛禽一代到三代，从很复杂的结构变成极端简洁。后来 SN 系列对整个气动减速控制防热结构，以及整个推进器转换、姿态变化、防热都进行了迭代升级。

2023 年星舰首飞，起飞后地面发射台有大量碎石飞溅，刚起飞发动机就失效了好几台，一级解体分离后安控也没有及时启动，打了几个圈之后才爆炸。所以经过了前面那么多迭代，第一次全系统检验还是出现了几十个问题，之后挨个在第二次飞行时候再局部改进，局部再升级。到第四次，它正常完成了二级的工作，大家认为作为非重复使用火箭来说，基本上已经算很成功了。可能第四次也进行了落点测试，发现整个控制精度达到了，所以在第五次大胆使用发射塔来尝试全新的回收方式。

这一次试飞为什么会被认为是人类太空探索的新起点？

火箭成功还属于应用创新，还达不到工业革命或基础科学的突破。但作为应用突破来讲，马斯克在过去一段时间经常把理想变为现实，包括太阳能电动车、人形机器人、脑机接口、星链等，把这些拼在一起会有种感觉：这些东西似乎不仅仅是为了在地球上生活，更像是为了实现他火星退休的愿景。超重型火箭突破了太阳系内规模化运输的约束，为他整个版图中重要的一部分拼上了最后一块拼图。所以，从这个角度可以说是所谓新时代的开始。

这一次大家特别关心「筷子」夹火箭，它的难点具体在哪里？

首先，33 台发动机同时起飞，在星舰项目一开始就已经让人觉得很了不起。这不仅仅是简单地将多台发动机捆绑在一起，而是涉及到多台发动机并联飞行所产生的起飞环境的影响，以及由此衍生的一系列系统性问题。

这种多台发动机并联的方案可以追溯到苏联时代的 N1 火箭。但 1969 年美国实现了载人登月，苏联多台发动机并联设计的方案没有成功。我们通常会用成败因果论来分析问题，所以多台发动机并联被认为是不可靠的，并且还有各种理论支持这一观点。然而，马斯克首次成功实现了 33 台发动机并联，向我们展示了这是可行的。这是解决的第一个难点。

第二个值得关注的点是整个飞行过程中的级间分离。星舰首飞时还是冷分离，之后马斯克在提及方案变化时，特别强调改成了热分离。所谓冷分离热分离，就是指二级发动机是先开机再分离，还是先分离后再点火。在过去中国的航天领域，特别是对于大型火箭来说，我们通常倾向于采用冷分离方式。这意味着先进行分离，然后再点火启动二级火箭。这主要取决于运载能力和分离安全性之间的权衡。为了保证运力，星舰这种超重型火箭采用了热分离技术，增加了技术难度。从第四次飞行开始，星舰在这方面的表现已经相当完美了。这个突破实际上是整个项目的一个重大难点和亮点。

星舰与猎鹰 9 号的一个显著区别在于它更大程度地利用了气动控制。星舰的舰体上有一些边条翼，这些结构不是为了美观，而是专门用于气动滑行控制。大部分箭体再入时，这个角度越大，就能越好地利用气动力实现减速。但同时也会带来更大载荷，如果角度过大，可能会导致舰体在完成减速前就被返回时的气动力掰断了。这么大的箭体如果完全依靠发动机推力减速，会消耗大量推进剂，运载能力就会降低。如何在运力损失跟舰体强度当中找这个平衡，也是它的细节和亮点之一。

我们能看到的最后一步，是这么大的舰体能够精确控制在几米范围内着陆，这需要位置和速度的高度精准控制，涉及一整套地面电力和通讯系统的配合。在一级火箭返回过程中，地面控制人员会根据火箭的飞行状态决定要不要它返回。如果飞行状态不好，可能就放弃返回。这种地面与火箭之间的通讯配合也是项目中的一个亮点。

还有一个容易被忽视的方面，是二级火箭再入。一级分离后，二级火箭的飞行速度非常高。而速度越快，再入过程中的破坏风险就越大。这次飞行中，二级火箭以 60 度攻角、25 倍音速再入，并且一直坚持到落地后才发生爆炸坠毁，已经是了不起的壮举了。更令人惊叹的是，在之前的几次试飞中，星舰就已经展现出非常厉害的高空通讯能力。也就是说除了火箭本身，整个配套的辅助保障系统也在不断带来惊喜。

但即使这次星舰回收成功了，还是有人在讨论到底有没有必要开发可复用火箭。您怎么看待这个问题？

运载火箭的核心本质是运载工具，也就是空间投放能力。提高空间投放能力有不同路径，但最终目的都是相同的。现在在可见范围内，回收复用火箭是提升投放运力最容易实现的路径。SpaceX 能够承担 2023 年美国 80% 的投放量，就是靠回收复用火箭实现的。

我们国家的商业航天是在什么历史背景下发展起来的？现在处于什么阶段？

在 1969 年载人登月后，人类对进入外太空有着非常高的期待，但实际上随着美苏解体，并不像大家发展得那么快，甚至热情也没有以前那么高。在这期间，中国发展的速度比较快，是因为我们国家从 1956 年开始就提出要赶上并超越世界先进水平，这对中国航天来讲是一个永恒的誓言。

商业航天其实包含很多部分，比如火箭、卫星、地面测控，甚至包括为航天所做的各种配套。从这个角度来讲，我们国家很早就有民营企业参与。2015 年印发的《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015—2025年）》，鼓励社会资本步入航天领域，这一年也就被视为「中国商业航天元年」。火箭公司也就在那个时候成立起来。

美国的商业航天法 1984 年正式立法，明确允许私营企业参与。我们今天耳熟能详的商业航天公司大部分都分布在中美两国。

SpaceX 有自己的制造优势，才发展那么快。中国作为一个制造大国，是不是能够帮助我们加速发展？

如果讲工业基础和科技积累，我认为中国并不逊于美国。由于我们拥有庞大的人口基数，特别从工程师群体数量和年龄群来看，我认为我们是有潜力的，甚至从目前的发展速度来看，我认为我们是唯一有资格追赶美国的。妄自尊大和妄自菲薄都不是中国航天人的态度，我们的精神内核一直是认清差距，奋起直追。

关于回收火箭，无论是国家队还是民间商业公司，都在努力实现这个目标。按照我们目前的预计，乐观来讲，我们可能在 2025 年实现。虽然与 SpaceX 在 2015 年首次完成回收火箭相比有 10 年的差距，但这已经比 1969 年的时候好多了。我们正在缩小差距。

火箭技术存在马太效应（强者越强，弱者越弱）。拥有回收技术的公司，产品迭代速度会快得多。只需要回收火箭，就可以进行下一次迭代。而没有这项技术的公司，需要不断制造新火箭，即使生产速度再快，也需要几个月的时间。马斯克的星舰早期迭代时，每次进展之间需要间隔一个月，因为他们需要一边制造一边试验。一旦突破了回收技术，迭代速度会很惊人。

中国航天发展有商业化目标吗？目标是什么？

我们认为，商业火箭公司存在的价值和意义，还是技术创新，甚至可以称之为产业升级。我们以前在国家队做火箭时，从来没觉得发射卫星是赚钱的生意，而是一直把它视为一项事业。以长征五号火箭为例，近十年的研制带动了我国许多原材料基础和工业基础升级。回到商业航天领域，虽然我们的生产供应链系统无法像国家队那样引发基础科学研究，但在局部领域还是能产生显著影响。

比如 3D 打印技术。过去 3D 打印技术主要应用于医疗领域，而现在几乎所有商业航天公司的火箭发动机都会大量应用这项技术。在 3D 打印技术出现之前，我们主要依靠精加工和焊接。虽然这项传统工艺在不断进步，但效率和成品率都有上限。而 3D 打印技术可以大大减少人工依赖，只要设备运转，扩大产能就变得非常简单，有设备运转就行了。

在讨论市场和需求时，我们这些搞工程的可能想得没有那么全，难以超越现实认知。但是我们作为工程师起码要先解决最核心的投放能力问题。当我们解决了天地运输通路的问题之后，会有很多应用场景考虑怎么应用。

从工程师的视角出发，火星生活就不再是科幻场景，而是每一步都可落地的清晰路径。

此次星舰发射给你留下了什么印象？你对中国商业航天又有怎样的期待。来评论区聊聊吧。

以上对话整理自

声动活泼旗下播客「科技早知道」

想更多了解星舰技术

欢迎点击收听

也可在各大音频、播客平台搜索本期节目

监制/徐涛

编审/东君

编辑/Riley

排版/Riley

运营/George