星舰(美国太空探索技术公司研发的重型运载火箭)

星舰（Starship）又称星舟，原名大型猎鹰火箭（BFR），是SpaceX（SpaceX）正在研发的全球体积最大、推力最强、可重复使用的重型运载火箭，SpaceX计划未来用它来进行载人绕月飞行、前往火星等太空探索。

星舰全系统由两部分组成，第一级是高约69米、配备33台“猛禽”发动机的“超级重型”助推器，二级则是直径达9米，长50米，配备6台猛禽发动机的星舰飞船。该系统在设计上是可回收、重复使用的运输系统，旨在将人类送往地球轨道，支持人类重返月球，并最终前往火星。星舰的可复用性使得它的发射成本可以实现数量级的降低，同时其回收模式下，近地轨道150吨运力；一次性使用模式下，近地轨道250吨的运力，也使其成为人类截至2023年11月研制出的运力最强的运载火箭。

2023年4月20日，SpaceX首次发射“星舰”，在点火升空2分40秒后，“星舰”出现故障并爆炸，首试以失败告终。北京时间2023年11月18日晚9时3分，美国太空探索技术公司新一代重型运载火箭“星舰”以及飞船集成系统实施第二次试验发射，火箭升空后一二级成功分离，但随后助推器和飞船先后发生爆炸。SpaceX公司已经官宣火箭发射失败。2024年3月14日，SpaceX第三次尝试发射“星舰”，此次发射在社交平台“X”（原Twitter）上直播，起初表现好于前两次，但SpaceX在星舰重返大气层过程中失去了“星舰”，任务提前结束。北京时间6月6日晚20:50左右，SpaceX第四次试射“星舰”以及飞船集成系统。发射成功后，SpaceX超重型助推器在墨西哥湾成功软着陆，星舰本体成功在印度洋溅落，“星舰”第四次试飞取得成功。

历史背景

火箭是将航天器安全送入太空的运载工具，航天器越重、预定到达的飞行轨道越高，对火箭的综合能力要求也就越严格。由大气层中的飞行环境远比真空中要复杂，所以在航天发射任务中，火箭点火发射及其升空后两分钟内是最容易发生事故的阶段。世界各国都在不遗余力地研制性能更为强大的火箭，保障航天发射任务。

SpaceX公司作为由美国航空航天局NASA支持并发展的民营商业航天服务商，自成立以来，其任务就是研制可重复使用的火箭和货运/载人航天器。降低材料成本和实现重复使用是该公司降低航天发射成本的两项措施。由于钛合金、碳纤维等航天材料价格昂贵，该公司就用不锈钢来造火箭。火箭发射一次就废弃费用高昂，该公司就研究火箭回收重复利用。SpaceX公司的研发方式简单直接，在美国宇航局NASA的支持下，SpaceX公司快速完成了一轮又一轮的地面试验和发射试验。虽然试验中屡次失败，一度使SpaceX濒临破产边缘，但最终还是取得了进展。

发展沿革

2012年，SpaceX开始研发大型火星移民运输船，最开始命名为火星移民运输船（MCT）。2016年9月，埃隆·马斯克正式宣布SpaceX殖民火星目标， MCT更名为太阳系行星间的运输系统ITS，概念为一款直径12米的大型运输火箭。2017年7月， ITS更名为大猎鹰火箭BFR，并于2018年3月开始制造BFR的原型火箭。2018年11月，大猎鹰火箭BFR才正式更名为星舰（Starship）。

2018年，埃隆·马斯克表示星舰的研制将人类送上火星的最终目标迈出重大的一步。

2019年1月6日，埃隆·马斯克曝光了星舰的模拟图。4月，测试星舰原型“星虫动物门”成功点火升空。

2020年，SpaceX研制的用于星际飞行的第三艘星舰原型机在得克萨斯州的测试中发生爆炸。8月4日，不锈钢材质的全尺寸星舰原型机SN5在得克萨斯州博卡奇卡测试基地完成150米跳跃，试飞时间持续约1分钟。10月20日，美国太空探索技术公司取得了一个新的里程碑，星舰原型SN8首次使用了多种福特猛禽（Raptor）发动机进行了静态点火测试。

2021年5月5日，美国太空探索技术公司成功完成了对其星舰最新原型SN15实施的第五次高空飞行测试。原型SN15号星舰在发射后成功着陆。5月14日，SpaceX计划对星舰开展首次轨道级试飞，从得州发射，然后在夏威夷一个岛屿的沿海溅落。

2022年3月，埃隆·马斯克在社交媒体上表示，SpaceX开发的大火箭星舰可发射有效载荷最高达300吨。10月12日，美国太空探索技术公司的星舰第2次绕月商业飞行前2名机组人员确定，分别是美国富商Dennis Tito和他的妻子Akiko。

2023年2月9日，SpaceX完成了“星舰”的首次全面静态点火测试。测试中，SpaceX首次尝试同时点燃了超重型助推器上装载的全部33台“猛禽”发动机。最终，有31台成功点燃约10秒。4月14日，美国联邦航空局（FAA）宣布，已批准美国太空探索技术公司（SpaceX）的请求，允许该公司在得克萨斯州南部的发射场进行“星舰”（Starship）火箭的无人飞行测试。4月17日，美国太空探索技术公司进行星舰首次发射测试。美国中部时间当日8时10分左右，由于压力阀出现问题，星舰在得克萨斯州南部发射的计划暂停。”4月20日，SpaceX星舰进行首次轨道试飞，于点火升空约4分钟后在墨西哥湾上空发生爆炸。事发后美国太空探索技术公司称，由于在星舰发射后推进器未能成功分离，因此工作人员主动引爆了星舰。4月26日，美国监管机构发布的调查报告表示，爆炸对当地环境产生了影响，碎片落在批准范围以外，可能落在了濒危物种的栖息地。4月27日，SpaceX认为公司可以修好“星舰”首次飞行使用的发射台，并在夏初前做好第二次发射的准备。6月，埃隆·马斯克表示，SpaceX计划在6到8周内进行星舰的第二次轨道试飞。9月，美国宇航局计划将进入地球轨道的“星舰”改造成为近地轨道空间站。

2023年10月，美国太空探索技术公司创始人埃隆·马斯克表示，第二艘星舰飞船已经准备好了。但要等待美国联邦航空局（FAA）颁发新的发射许可证，最早可在10月颁发，美国太空探索技术公司可能会在三到四年后将一艘星舰飞船送上火星。11月17日，马斯克在旗下社交平台X上发布消息称，因需要更换格栅翅片执行器，“星舰”的发射日期推迟到11月18日。此前原定是11月17日21时发射。

北京时间2023年11月18日晚9时3分，SpaceX于得克萨斯州博卡奇卡进行第二次“星舰”（Starship）重型运载火箭的无人飞行测试。火箭发射升空后，一级助推的33台发动机均正确启动，并达到工作时序，但是在一二级热分离成功后不久，二级火箭却发生故障，最终爆炸。12月7日，埃隆·马斯克在个人社交媒体上表示，其会在2033年登陆火星。

2024年3月4日，SpaceX公司在社交平台X上分享了关于为“星舰”火箭试飞开展加注推进剂测试工作的消息，马斯克随后转发该帖子并在配文中称，“星舰”正在为第三次试飞做准备。3月14日，SpaceX第三次尝试发射“星舰”，此次发射在社交平台“X”（原推特）上直播，起初表现好于前两次，但SpaceX在星舰重返大气层过程中失去了“星舰”，任务提前结束。第三次飞行测试的目的包括：火箭两级的上升段燃烧、打开和关闭“星舰”的有效载荷舱门、在星舰滑行阶段进行推进剂转移演示、第一次在太空中重新启动“猛禽”发动机、“星舰”受控重入大气层。3月17日，太空探索技术公司（SpaceX）创始人埃隆·马斯克表示，计划在5年内把星舰飞船送上火星。4月5日，马斯克在社交平台转发了星舰第三次试飞视频。

美国当地时间2024年6月4日，美国联邦航空局向SpaceX颁发第四次星舰轨道试飞的发射许可证，此次试飞的主要目标是在墨西哥湾用超级重型助推器执行着陆点火和软着陆，并实现星舰的受控再入大气层。北京时间6月6日晚20:50左右，SpaceX星舰点火成功，开启第四次试飞任务，随后按计划与助推器分离。发射约9分钟后，星舰成功进入预定轨道。随后，SpaceX超重型助推器在墨西哥湾成功软着陆，星舰本体实现可控再入，成功在印度洋溅落，SpaceX宣布第四次试飞取得成功。

2024年6月8日，SpaceX公布星舰助推器软着陆外部视角埃隆·马斯克发第五次试飞预告。SpaceX第五次星舰轨道试飞任务（IFT-5）预计8月底或9月初进行。9月8日，马斯克发文称，首艘前往火星的星舰飞船在2年后发射，以测试完整登陆火星的可靠性，若着陆顺利，那么首批载人火星在4年后进行。9月11日，SpaceX在官网发布长文称，因美国政府审批比最初预期的时间多花了几个月，星舰预计将在2024年11月底才能获得美国联邦航空局(FAA)的许可，进行第五次试飞。

总体设计

性能和参数

星舰的独特之处在于其火箭及“超级重型助推器”（Super Heavy Booster）的壳体选材。SpaceX最初计划采用最先进的碳纤维材料制造该飞船，但后来宣布用闪闪发光的300系列不锈钢材料来取代碳纤维。因此，星舰整体呈银色，像一枚光滑的子弹头。测试版星舰直径9米，但相比于最终版的星舰更短，也没有舷窗。最终版的载人星舰与测试版大致相同，但其将会有舷窗。

星舰系统整体为两级构型火箭，一级火箭名为“超重助推器”，二级火箭名为“星舰”。火箭全长约120米，箭体直径9米，起飞质量5000吨。最新的设计指标为，重复使用状态下近地轨道（LEO）运载能力150吨，可运送50吨载荷返回地球，一次性使用状态下LEO运载能力250吨，大大超过土星5号近地轨道140吨的运载能力。

一级火箭通过悬停的方式回收到发射塔，二级火箭在气动阻力和自身动力控制作用下，垂直着陆到指定地点，实现火箭整体的完全可重复使用。一级火箭又名“超重助推器”，安装33台猛禽“天鹊”发动机，起飞推力超过7000吨。二级飞船部分安装6台猛禽液氧甲发动机。全箭主体结构采用不锈钢，二级火箭设有前部鸭翼和尾部气动舵，用于地球大气层再入时进行气动控制。

SN5是SpaceX第二枚完成跳跃的“星舰”原型机。SN5配备了一台美国太空探索技术公司下一代大推力猛禽发动机。

原型机SN8配备3台猛禽发动机，也会增加头部的锥状物，采用航空外表，SN8有一个鼻锥、一个襟翼和三个“猛禽”发动机，原型机外观则类似飞行筒。

星舰直径达9米，长50米，6台猛禽发动机，全重达到1300吨，近地轨道运力过120吨，可搭载超过100名宇航员、普通乘客，可进行深空探测载人。配合也在研发的大猎鹰火箭作为一级，星舰作为二级，二者结合总重超过5000吨，甚至远超目前人类最强火箭土星五号（3000吨）。

参考资料

航行流程

星舰的开发和制造在“星际基地”（Starbase）进行，“星际基地”位于得克萨斯州卡梅伦县，这是世界上第一个为太空轨道任务设计的商业太空港之一。星舰将从这里出发，输送卫星、航天人员和各种物资。

按照SpaceX的设想，星舰将利用油轮(本质上是星际飞船减去窗户)在近地轨道补充燃料，然后出发前往火星。在轨加油可以将多达100吨的燃料一路运送到火星。油轮有很高的再利用能力，主要的成本就是氧气和甲烷的成本。

2021年，SpaceX在Starbase的发射和捕获塔破土动工。该塔高约480英尺，是世界上最高的发射塔，旨在支持超级重型火箭助推器的发射和回收捕获，该设备能够快速重复使用火箭。

升空后，在两个阶段分离飞行，超级重型火箭将返回发射场，重新点燃发动机以减慢飞行器的速度，塔的两臂将抓住火箭助推器，然后将其重新堆放在轨道发射架上，以备下一次飞行。

星舰6层构造

第一层设在燃料罐正上方，第二层可能用于存储和实验室，而第三层包含健身中心和盥洗室，专为长时间失重状态设计。第四层是机组人员的卧室，适应不同旅行需求。第五层是豪华餐厅，为宇航员提供欣赏星空的场所。最顶层是驾驶舱，专为船只状态监控和导航控制而设。

技术特点

不锈钢材质

从2016年首次方案公开到2018年底，SpaceX公司一直都宣称该星际运输系统采用碳纤维复合材料。但在2018年末突然宣布，改用近些年并不常见的不锈钢材料，并立即报废了曾经用重金购买的复合材料工装。给出的理由是从太空超低温到重返大气层的高温状态，全不锈钢箭体的可用强度与质量比，要比碳纤维、钛合金等航天材料表现更好，只是在常温时不如后两者。不同于火神半人马座火箭上面级的不锈钢气压设计，超重-星舰采用轴压设计，贮箱在不加注时仍可以保持结构完整。同时，贮箱还要反复加注泄放过冷甲烷和液态氧这都是之前业内鲜有应用的设计。最初，星舰验证机所采用的是高质量301级不锈钢。但在2020年6月，SpaceX公司利用SN7原型机贮箱进行了低温加压试验，验证了另一种不锈钢材料（据称与304L类似），得出结论是这种不锈钢材料在低温下具有更强的延展性和韧性。

发动机

超重-星舰采用的福特猛禽液氧/甲烷发动机为全流量补燃循环发动机。该发动机设计推力为1993千牛，约为法尔肯9火箭使用的猛禽1D发动机的2.5倍。发动机比冲330秒，主燃烧室压力超过25兆帕，具备高比冲、深度节流的特点。一旦投入使用，有望成为第一款投入实用化的液态氧/甲烷发动机，也是第一款全流量补燃循环发动机。根据埃隆·马斯克的说法，单台猛禽发动机设计可执行1000次飞行，几乎无需维护。采用甲烷燃料具有以下优点：首先，燃烧起来比法尔肯9火箭使用的煤油更清洁，因此发动机上的焦化更少，有利于重复使用。其次，价格便宜并且可以在火星上提取，能够满足未来探火的需求。

回收方式

超重-星舰系统为完全可重复使用运载器，其火箭级与飞船级均可回收。其中，星舰飞船级设计采用了与此前截然不同的回收方案。

当从轨道返回时，星舰不以垂直姿态进入大气层，而是以60°倾斜的姿态及25倍音速的超高速度“躺着”进入大气层。星舰由四个单独控制的襟翼精确引导下降。其中两个为鸭翼在鼻锥上，两个尾翼在船尾部分。根据埃隆·马斯克的说法在超音速状态下产生升力，这对限制峰值加热非常重要。星舰将尽可能最大限度地利用空气制动。最终在接近地面时还将进行一次大幅机动，点燃猛禽发动机进行翻转，最后垂直到达地面进行精确着陆。星舰的回收比法尔肯9火箭一子级的回收要困难得多，但如果SpaceX公司能做到这一点，将会是革命性的突破。

2024年9月，SpaceX公司在第五次发射前测试“星舰”，首次尝试高风险的塔架接力，即对超重型助推器进行捕获回收的可能性进行前期研究。捕获回收方式是利用发射塔的两根捕获臂作为“筷子”，对超重型助推器用“筷子夹火箭”的方式进行回收。捕获回收方式一方面将会取消星舰超重型助推器的着陆腿设计，从而减少周转时间；但另一方面对航天器的控制精度、抓取机械臂的强度等提出了更高的要求。

防热瓦设计

由于不锈钢的熔点较高，新的不锈钢超重-星舰设计与碳复合材料相比，需要的热防护措施较少，从而弥补了钢具有更高质量的这一缺点。飞船从低轨道返回时，表面约20%的部分将暴露在最高温度约1476℃的环境中，另外20%最高温度至1326℃，其余表面最高温度将低于1176℃，这是不锈钢无需任何额外冷却即可承受的温度。再入时箭体所承受的温度最高不超过330℃，发动机部分周围的温度不超过925℃，可采用被动辐射冷却来应对。这意味着星舰的背风侧不需要任何隔热层。

而在迎风面，最初埃隆·马斯克曾设想使用双层不锈钢外壳+液膜冷却来实现防热。但最终SpaceX研发团队还是决定采用坚固的并可重复使用的防热瓦，从而使系统整体更轻。迎风面防热结构大部分由六边形防热瓦组成。选择这种形状是因为这样“它没有能够让热流加速通过的直线路径间隙”。

重大事件

试飞过程

2019年4月，测试星舰的原型机“星虫动物门”成功点火升空。

2020年5月，美国太空探索技术公司首次使用单个猛禽发动机成功测试了SN4的全尺寸燃料箱部分。8月，测试了SN5和SN6－短距离飞到150米。9月，美国得克萨斯州博卡奇卡基地，SpaceX的SN6星舰原型机完成继SN5之后“SN系列”的第二次150米跳飞测试。整个测试时长不到1分钟，SN6SN15的起飞与降落控制较SN5更平稳。10月20日，美国太空探索技术公司取得了一个新的里程碑，星舰原型机SN8首次使用了多台福特猛禽（Raptor）发动机进行了静态点火测试。

2021年5月5日，美国太空探索技术公司成功完成了对星舰最新原型SN15实施的第五次高空飞行测试。SN15在发射后成功着陆。

2023年4月至2024年3月，SpaceX“星舰”共进行了三次试飞任务，均以失败告终。北京时间2024年6月6日晚20:50左右，SpaceX星舰点火成功，开启第四次试飞任务。在前三次试飞的基础上，“星舰”飞船成功在升入地球轨道后返回地球，“超重”火箭也成功实现可控软溅落。第四次试飞取得成功。同时，星舰也首次按计划销毁助推器。6月8日，SpaceX星舰首次公布星舰助推器软着陆外部视角视频。同日，埃隆·马斯克预告第五次试飞，星舰助推器会在着陆时被塔臂抓取降落。美国当地时间7月28日，马斯克在X Takeover直播活动上透露，SpaceX第五次星舰轨道试飞任务（IFT-5）预计8月底或9月初进行，即超重助推器（B12）及星舰飞船（S30）的组合体。马斯克预测，此次任务中对“超重助推器”的捕获回收成功率仅有50%，而星舰隔热瓦/隔热罩重返大气层后仍能完好无损的概率约为60%。

发生事故

2020年3月1日，美国太空探索技术公司制造的星舰原型机SN1在周五的一次压力测试中发生爆炸。

2020年12月9日，SpaceX在德州南部的测试中成功发射星舰原型机SN8。SN8飞船成功升空后6分钟坠落，最终发生爆炸。埃隆·马斯克随后表示，“飞船着陆过程中，头部燃料罐压力较低，因此导致着陆速度较快”。

2020年12月10日，美国太空探索技术公司首席执行官埃隆·马斯克视察了准备测试的星舰原型机SN9号，但该原型机因为太重压垮了支架撞在了生产中心的墙上。

2021年2月2日，美国太空探索技术公司的星舰的原型机SN9在试飞时落地爆炸。

当地时间2021年3月3日，SpaceX SN15SN10在成功着陆数分钟后发生爆炸。

2021年3月30日，美国太空探索技术公司的SN11原型机在降落时坠毁。

2021年，埃隆·马斯克声称，美国太空探索技术公司下一代重型运载火箭星舰的原型机SN11，在3月底的试飞中发生爆炸的原因是甲烷泄露。

2023年4月20日，美国太空探索技术公司星舰重型运载火箭从美国得克萨斯州博卡奇卡的发射基地升空后爆炸。9月8日，美国联邦航空管理局（FAA）宣布结束了对SpaceX公司超重型火箭“星舰”发射事故的调查。最终报告列举了2023年4月20日事故的多个根本原因，以及SpaceX必须采取的63项纠正措施，以防止事故再次发生。

2023年11月18日，美国太空探索技术公司（SpaceX公司）的“星舰”超重型火箭发射升空。同日，SpaceX与星舰助推器失去联系，推定火箭故障。Spacex公司表示，它可能在飞行过程中丢失了一枚星舰。同日稍晚，SpaceX证实，在“星舰”发射几分钟后，其自毁系统被迫触发并爆炸。随后埃隆·马斯克表示，试飞失败的原因是装载了过多燃料，不得不从飞船中排出过量的氧气引发了爆炸。

2024年1月9日，美国航空航天局再次推迟其载人登月任务，将美国宇航员重返月球的时间推迟至2026年9月。这是因为由私企承包的载人航天器和宇航服开发受阻，现有载人飞船也存在安全隐患。

2024年3月14日晚21时30分左右，星舰重型火箭进行第三次试飞，火箭发射升空。但“星舰”火箭在重新进入大气层后失联，“星舰”被证实同时失去了两个关键通信：与SpaceX的互联网服务Starlink的联系，以及与TDRSS（即跟踪和中继卫星系统）的联系。同时失去这两者暗示“星舰”可能已经解体。21时40分，SpaceX创始人埃隆·马斯克发文，向星舰团队表达祝贺，称星舰“已达到环绕速度”。22时46分，马斯克发文称，“星舰将让生命多行星化”。同日，美国联邦航空局（FAA）公告称，SpaceX公司的“星舰”第三次试飞期间发生事故。截至该日尚未收到公共伤害或公共财产损失的报告。FAA正在监督SpaceX领导的事故调查，以确保该公司遵守FAA批准的事故调查计划和其他监管要求。FAA还表示，事故调查旨在进一步增强公共安全，确定事件的根本原因，并确定纠正措施以避免再次发生。FAA会参与事故调查过程的每一步，并且必须批准SpaceX的最终报告，包括任何纠正措施。

影响意义

整体而言，星舰的意义主要可以归结为两方面：可复用性与运力。

可复用性

星舰的目标是两级运载火箭皆可回收并重复使用。若这一目标实现，它将取代SpaceX的其他所有运载火箭和航天器（猎鹰9号、猎鹰重型火箭与龙飞船），接下卫星发射与载人运输的重担，甚至在未来飞向月球与火星。运载火箭可复用技术推动了发射成本实现数量级上的降低，SpaceX通过突破发动机重启与推力控制技术、火箭下降控制系统技术及重复使用火箭着陆系统技术，实现了火箭的垂直回收。

SpaceX在回收一级和整流罩后的复用火箭，单次发射成本仅为全新火箭的30%。一二级火箭均呈现硬件成本占比高、推进剂占比低的特点。若在实现可回收的条件下，火箭可重复使用的次数足够多，那么硬件成本分摊到单次发射的成本将明显下降。

运力

运载是进入太空空间的入口，也是连接卫星制造与卫星应用的中枢环节。星舰的近地轨道运载能力约为150吨；在不考虑回收的情况下，其有效载荷高达250吨-300吨。SpaceX的猎鹰9号最大运载能力为22.8吨，猎鹰重型火箭最大运载能力64吨，而星舰的运载能力较它们实现了数倍提升。飞行验证成功后，星舰有望成为运力最大的运载火箭。

全球卫星互联网建设

星舰强大的运载能力和低廉的发射成本或将服务于各大星座的部署，进而加速全球卫星互联网建设，推动手机、汽车等终端直连卫星。此外，作为美国航空航天局月球着陆器唯一中标方案，星舰有望服务阿尔特弥斯计划，美国航天能力提升将促使其他航天强国在航天领域投入更多关注和资源，或将加速全球航天竞赛。星舰无论从设计理念及后续行业发展方向上，都将对全球商业航天事业发展产生积极影响。

媒体评价

这次飞行在很多方面都是成功的。SpaceX进行这些试飞的原因并不是（仅仅）为了给大众留下深刻印象，而是为了收集关于航天器性能的数据。随着人们逐渐接近看到 "星舰 "实现其作为未来下一代火箭的承诺，会有更多像本周看到的爆炸一样的 "失败"，但成功的比例也会越来越高。（环球网评）

“星舰”的未来道阻且长，其激进的设计思路能否使其实现目标，基于“星舰”的登月舱能否让航天员安全往返月面和出发站，“星舰”能否帮助仍在亏损的“星链”项目渡过难关，“星舰”又能否促进“火星梦”成真，这一切都有待时间去验证。（界面新闻评）

另一种是以“SpaceX模式”为代表的商业航天模式。这种发展模式以产品开发为目标，通过频繁的产品迭代实现功能优化，达到缩短开发时间，节约成本的目的，缺点是失败率较高。因此，无论是“猎鹰”系列运载火箭，还是SN星舰系列原型机，试验失败似乎已成为“家常便饭”。然而，无论是“以稳妥换可靠”的“SLS模式”，还是“以风险换效益”的“SpaceX模式”，均各有优缺点。在未来相当长一段时期内，这两种发展模式将在世界航天领域内并存。（中国军网评）