星舰系统今晚又约，这次能成吗？

三天前，在亿万群众围观之下，马斯克的星舰系统首次发射搞了个最热闹的“放鸽子”直播。随着时间推移，星舰系统又将再次吸引全世界的目光。

不过，目前发射场的状况好像不佳，貌似大雾弥漫。SpaceX发布推文称：“星舰团队将进行推进剂加注；团队正在关注天气。”

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当看星舰发射时，我们看什么？

在原定的北京时间4月17日21时20分起飞前不到10分钟，SpaceX宣布取消其博卡奇卡星舰基地试验场的星舰系统发射，之后报告了超级重型助推器存在增压问题。这是因为到燃料注入T-40秒时一个增压阀似乎被冻住了。结果变成了一次湿彩排。此后只能卸载燃料，至少2天后再尝试。

此次星舰的组合，据说是在推翻了数十次方案后才最终确定的，这两年都在不断地调整测试。

2020年12月到2021年5月，SpaceX测试了星舰上层平台结构的几种原型，星舰原型机进行了一系列亚轨道高空试飞，结果多次爆炸，最终在2021年实现成功垂直着陆。

增压阀被冻住不是什么大的技术问题，也并不常见。这个阀门是加注氦气或者液氦的，用于火箭贮箱增压，混入极少量水汽导致冻结。

这是迄今为止全球运载能力最大、技术最先进而且最复杂的运载火箭和宇宙飞船的首次发射。如果发射成功，将是一次壮举，成为马斯克将人和货物运送到月球和火星的目标的早期里程碑，这样就可确定这种设计方案的可行性，加速星舰系统的研制进度。

这种全复用超重运载火箭投入使用后，可以改变太空探索现状，低成本地把大质量物体送入太空，包括大规模开展载人登月甚至大规模载人登火星活动，使人类的多行星存在成为可能，并为太空经济和太空军事带来一场革命性的变化。

这次计划中的发射最大看点有3个：

首先，是看采用液氧甲烷火箭发动机的火箭能否获得全球首次发射成功。此前，中国蓝箭公司的朱雀二号和美国相对论空间公司的人族一号液氧甲烷火箭都发射失败了。这种采用液氧甲烷火箭发动机的新型火箭具有无毒环保、高比冲、低成本、易于重复使用等特点，并可在火星上原位生产，满足商业化火箭发射需求，前景十分广阔。

其次，是看该火箭第一级，即超重型火箭上的33台第二代猛禽发动机能否一起正常工作。只要有一台发动机失灵，就可能导致火箭爆炸。此前只有苏联N1火箭的第一级装了30台发动机，但4次发射均告失败，而且第2次发射在升空后不久就撞向了发射台。而马斯克最担心的就是火箭在起飞后可能立即爆炸，损坏发射台。

第三，就是看世界首个采用船箭一体的创新设计是否可行。其第二级是星舰飞船，但装有6台第二代猛禽发动机，所以推力很大，有一定的火箭功能。这次将试验它落到指定海域的能力，这可为未来回收或在地外星球着陆奠定重要基础。

马斯克打造星舰系统想干啥

星舰的全新概念是2017年9月由马斯克正式公布的一种完全可重复使用的运输系统，由超级重型助推器和船箭一体的星舰飞船组成，用于大大提高人类进入太空的能力，可以将航天员和货物运送到地球轨道、月球、火星等地。

星舰飞船发射成功后，最主要的目的是发射SpaceX公司的星链卫星。星舰与专门用于载人登月的土星五号和“航天发射系统”不同。不光用于载人登月或载人登火星，星舰凭借强大的运载能力和多用化设计，还可发射更重、更多的第二代星链卫星，甚至一次部署一个星座，因为猎鹰系列火箭目前尚无法大规模运载较重的第二代星链卫星。到2040年，星链卫星客户数量有望升至3.64亿，届时星链卫星每年将带来约800亿美元的收入。

星舰能进行地球点对点运输和在轨基础设施建设，如打造巨大的太空电站、太空旅馆等；它可以在轨道上捕获并维修人造卫星，也可以带它们返回地球，或者把它们转移至一个新的运行轨道。

当然，星舰的最大亮点是向月球和火星运送航天员和设备，以及更富科幻色彩的外星殖民和太空矿业开发等总体质量巨大的航天器，并且发射成本相当低。

马斯克透露，一旦相关试验取得成功，将启动规模化生产，以每年建造100艘的速度，打造1000艘“星舰”组成的太空舰队。每次发射可把100人同时送到火星表面，成本为1000万美元，每公斤载荷不到100美元。马斯克希望最后将把10万人和相关物资运送到火星，实现从21世纪20年代后期开始在火星移民的梦想。

超级强大而又充满风险的星舰系统

此次发射的星舰被称之为最大且最强的，它主要体现在以下方面。

星舰系统的直径9米，总高度约120米，这是历史最高的运载火箭与飞船的组合体。其中作为第一级的超级重型助推器高70米，配备了33台第二代“猛禽”发动机，这是世界并联发动机最多的；作为第二级的星舰飞船高50米，配备了6台第二代“猛禽”发动机，这是世界首次采用船箭一体设计。

其近地轨道运载能力约为150吨。如果不回收第一二级，“星舰”有效载荷运载能力可高达250吨到300吨。所以其运载能力是土星5号和新研制的“航天发射系统”的2到3倍，达到世界之最。

而且，星舰外壳采用与众不同的不锈钢薄板，目的是为了更便宜，如果用碳纤维材料造要花几千万美元，而用不锈钢薄板只需花几十万美元；

星舰飞船可以在轨多次加注燃料，目的是使飞船能在太空中执行更长时间或更复杂的任务。

它的两级都可以实现垂直降落回收、重复使用，这样可大大降低成本。其中的超级重型助推器采用新颖的“筷子”回收，可省去箭体着陆支腿的重量和成本，也避免了支腿无法可靠展开和锁定的潜在风险。但这对回收精度的要求极高，而且回收失败的代价不仅仅是损失一枚芯一级，还可能搭上一座发射台。

此次发射的星舰使用十分先进的火箭发动机——第二代“猛禽”，它是SpaceX为星舰火箭研发的一种新型液氧甲烷火箭发动机，具有很高的性能，能为星舰火箭提供巨大的推力。每一台第二代“猛禽”推力达230吨，33台同时点火，总推力可达7500吨，而星舰系统总重量为5000多吨。

第二代“猛禽”推力从第一代“猛禽”的185吨骤升至230吨，几乎追平了蓝色起源正在研制的BE-4发动机；它的预燃室可稳定工作在高达30兆帕的室压下，超过俄制RD-180发动机的26.7兆帕。因此，性能十分优异。

并联使用这么多台发动机同时点火工作，是一项十分复杂的技术，会产生巨大高频震动，容易影响到火箭本身；另外，由于发动机太多，所以也容易出现“纵向耦合振动”等一系列问题。

为此，SpaceX需要攻克发动机的布置、承力结构、热防护、耦合振动等一系列技术难关。SpaceX已通过类似“猎鹰重型”首飞阶段逐渐增加静态点火发动机数量的方式，获得了振动数据，并摸索了启动时序，因而已基本解决这一技术难点，但还需要通过实际发射来检验。

对于一般火箭来说，首飞成功入轨便可“大功告成”，但对于“一箭打天下”的星舰来说，首飞成功只能算是“赛程过半”。此后，星舰的第二级还需面临再入大气层并成功着陆回收的挑战。在再入大气层的热防护系统方面，星舰像航天飞机一样在迎风面大面积覆盖了防热瓦。这是一个大考验，因为航天飞机就曾因防热瓦多次出现问题，并影响成本和发射周期。

假如接下来一切顺利

星舰整个飞行过程将是这样的：

第一级超级重型助推器（又叫B7）工作3分钟，把星舰飞船（又叫BS24）送到预定轨道高度；升空8分钟后受控在预定的墨西哥湾海域溅落；

与超级重型助推器分离后，第二级星舰飞船点火继续加速，持续向东飞，进入大约26.36度赤道倾角的轨道级飞行状态，飞越大西洋、非洲南部、印度洋、印尼群岛、太平洋上空，尽可能避开大片陆地，到达200多公里的预定高度。

星舰飞过大半个地球后，进入重返大气层阶段，此时将演示星舰独特的飞行姿态：腹部拍水式俯冲、神龙摆尾等高难度操作，最终在升空90分钟后在夏威夷群岛附近海域溅落。

如果按计划，完成上述所有预定的飞行试验任务，即完全成功。如果哪个环节出现了问题，只能算部分成功。马斯克说成功的概率只有50%，不把发射台炸毁就是成功，这是指部分成功，最多算及格吧。

如果首飞成功，预计星舰今年还会发射四次，用掉美国联邦航空局（FAA）所要求的首年发射量上限，以便通过多次实战来不断试错，累进经验，快速打磨、迭代星舰系统，从而早日研制出成熟版星舰。据报道，美国今年计划用星舰完成绕月旅游任务。

（作者系全国空间探测技术首席科学传播专家）