初代星舰最后一飞，为何“二级没炸反而可惜”？

本文来自微信公众号：果壳 （ID：Guokr42），作者：跆拳道大灰狼，编辑：Steed，原文标题：《初代星舰最后一飞！直播间惊叹：二级没炸太可惜了……》，题图来自：视觉中国（马斯克和特朗普都去了发射现场）

北京时间今晨6点整，美国太空探索技术公司（SpaceX）研发的、代号为“星舰”的重型运载火箭，在得克萨斯的“星际基地”（StarBase）发射场进行了第6次试验性发射。

星舰是SpaceX正在研制的一款可完全重复使用的重型火箭，起飞重量超越当年的阿波罗登月火箭——土星五号。

星舰第六次试飞，点火升空 | SpaceX

这是今年星舰的第4次试射，也是初代星舰的谢幕演出。距离上次成功进行“筷子夹火箭”的第5次星舰发射，时隔仅1个月。

即使放在人类航天最疯狂的冷战时期，如此重型的火箭一月一发，这样的频率都是难以想象的。

而SpaceX高管更是放出豪言——明年将发射数量提升至25发，即半个月一发。甚至，“未来4年内发射400发星舰也不足为奇”。

承上启下，V1星舰谢幕发射

第6次发射的星舰组合体，作为一级火箭的超重型助推器代号为B13，作为二级火箭的星舰飞船代号则为S31。后者是SpaceX规划中现役V1版星舰的最后一发，S32被取消，下一发S33将会迎来星舰的“V2大改款”。

因此，第6次发射的飞行流程整体继承自第5次发射，仍然是一级发射台筷子回收，二级为跨大气层亚轨道，在印度洋无人海域反推软着陆于海面之上。

由于一级的发射和回收已相对成熟，为攻克未来难度更高的二级回收，更好地收集二级再入大气层和调姿、反推、着陆过程的数据，也使预先设置的浮标可以更好拍摄直播画面，SpaceX特意调整了发射时间，从前几次的日出时分调整到了日落之前，使二级再入的预定落区仍处于白天，有充足的光照。

星舰第5次和第6次发射时序对比|数据来源：SpaceX

在今天的发射中，一级火箭成功点火，33台猛禽发动机全部点燃，正常工作，并完成了全部的升空燃烧过程。

随后，在一级火箭关闭大部分发动机（留了3台）后，星舰飞船成功点燃了6台猛禽发动机，并完成了一二级的分离。

一二级热分离|SpaceX

分离后，一级火箭通过一系列操作，包括翻转机动和返场推进，朝发射塔方向飞回。不久，顺利抛掉热分离环。

按照原计划，一级火箭应该像上次发射一样飞回发射塔，被“大筷子”当空架住回收。据马斯克爆料，此次一级火箭回收速度更快，难度也更高。

为防止回收失败+炸平发射台这种“两败俱伤”的结局，SpaceX仍采用了跟上一次类似的流程：一级火箭在返回过程中，系统会不断检查发射台和火箭状态。只有当状态良好，且发射人员手动下达回收指令时，一级火箭才会飞回发射台尝试捕获回收。一旦火箭异常，比如栅格舵卡涩，推进剂泄露，或者是着陆安全区闯入人员时，火箭将调整姿态，改在墨西哥湾的海面上软着陆。

今天的发射大概就出现了这样的意外。一二级分离后不久，飞控团队发出指令取消一级回收。升空后约7分钟，一级火箭飞回墨西哥湾上空，成功进行了着陆燃料减速之后，缓缓在墨西哥湾海上软着陆成功。

星舰入轨的必修课：在轨点火

在一级火箭海上软着陆的同时，本次发射的二级火箭，也就是星舰S31，在6台猛禽发动机的推进下也顺利进入太空，继续执行预定测试任务。

有趣的是，此次星舰的载荷舱内携带了一位特殊的“乘客”——一根香蕉，用作所谓的“零重力指示器”。

星舰二级滑行过程中，香蕉在舱内飘浮 | SpaceX

本次发射不仅“承上”，为了更好地“启下”，还重新恢复了第3次试飞中未能成功实施的重要试验——发动机在轨点火试验，从而为后续V2星舰的真正入轨发射打下基础。

在2024年3月的星舰第3次发射中，星舰二级进行完推进剂转移试验后，姿态失稳开始旋转，SpaceX研发团队保险起见，被迫取消了在轨点火试验。在此后的第4和第5次试飞中，该试飞项目也并未进行。换句话说，在今天的试飞之前，SpaceX并未向美国联邦航空局证明，星舰具备入轨后可靠离轨的能力。

假设在未证明有能力可靠离轨的前提下，监管机构就允许星舰进行轨道发射，一旦入轨后准备返回地球时离轨点火失败，又或者像第3次试飞那样姿态失控开始翻滚，那星舰就有可能滞留太空，变成人类航天史上最大的单体太空垃圾。如此，后果将不堪设想。

等自然轨道衰减，那是万万不能的，因为如此一来，落点完全不可控，存在砸到有人区的极端风险。毕竟这是一个50米高、直径9米、重100多吨、半身铺满隔热瓦、且主体采用熔点高达1400度不锈钢制成的庞然大物。

那在轨道上引爆自毁呢？也不可行。目前这种跨大气层亚轨道试飞，可以随时引爆自毁，因为碎片马上就会再入大气层烧毁，哪怕有烧不完的残骸，也会落入无人海域。但入轨的星舰就完全不同了，引爆后会产生在轨碎片云，继续在轨道上运行并扩散开来，严重威胁近地轨道安全。

正因为如此，星舰必须先完成在轨点火试验，然后才有可能获得许可，真正尝试入轨发射。

运载火箭末级或上面级的在轨点火和滑行段推进剂管理，一直是火箭研发的难点之一。回顾历史，即使是进入成熟期的火箭，在轨点火失败导致发射功败垂成的例子也比比皆是。这是因为发动机一次关机后，滑行期间推进剂处于失重漂浮状态，残余推进剂随机分布在贮箱中。在轨时如何抑制低温推进剂沸腾和蒸发损耗，点火前如何使推进剂可靠沉底以防止发动机吸入气体，如何进行管路吹除和预冷，都是关键的挑战。

猎鹰9火箭二级在轨滑行时贮箱内推进剂漂浮的情况 | SpaceX

在今天的试飞中，升空后大约38分钟，在太空滑行的星舰S31成功实施了首次在轨点火，证明星舰不仅“入得了轨”，也能“离得了轨”。这一看似不起眼的试验，给未来星舰入轨发射打下了基础。

星舰S31完成首次在轨点火|SpaceX

考虑到后续星舰还要在轨加注，要载人登月，要在月面动力着陆和起飞，这些任务都需要猛禽发动机能够可靠地在轨点火。今天首次在轨点火成功，算是给星舰的未来开了个好头。

拆掉隔热瓦，挑战极限再入

发射后大约47分钟，星舰S31在印度洋上空再入大气层。而此次的再入过程，相比前几次试飞，可以说是更为“凶险”。

再入大气层的星舰S31，被漂亮的等离子体包裹|SpaceX

目前的星舰仍在迭代完善，因此多见的是针对弱点的“补强”和“加法”，然而本次发射中，基于此前星舰飞船3次再入的经验数据，SpaceX已经开始做减法了。

经过评估，星舰迎风面边缘的热流密度并无此前估计或仿真模拟的那么高，因此SpaceX选择拆除了星舰S31两侧的部分隔热瓦，只用不锈钢贮箱壁硬扛。这些位置未来也可能用于设置二级的返回捕获点。

加之S31本身就是初代星舰的尾货，没有载荷，打完拉倒，所以团队决定“浪一把”——如果成功，就能有效减重；即使翻车，倒也并无损失。

S31隔热瓦拆除前后对比

事实上，在第5次发射中，星舰S30曾用局部的铝制瓦片（或许不能称之为隔热瓦）代替边缘附近的标准隔热瓦。而铝的熔点（660℃）正好接近不锈钢强度大幅降低的温度。以304不锈钢为例，超过700℃后，其抗拉强度和屈服强度会迅速下降40%左右，该温度下若无隔热瓦保护，贮箱将存在结构解体风险。这些替代性的铝制“牺牲”测试瓦片，可能给了SpaceX拆除隔热瓦的勇气和信心。

目前，星舰二级采用约18000块六角形隔热瓦，二级箭体表面温度最高约为1400摄氏度，再入时的高温分布并不均匀，这与航天飞机时代近似。相对航天飞机采用的多种异形隔热瓦，星舰除翼面转角和头锥等部分外，采用了尺寸统一的六角形隔热瓦，每片隔热瓦下有三个固定点，中间夹胶，底层挂网。统一尺寸的隔热瓦减少了生产和维护压力。

此前发射中，隔热瓦虽然整体耐受住了大气层的考验，但脱落、破碎仍难以避免，尤其是翼面转轴处的设计明显需要改进。因此第6次发射前，SpaceX再次对S31的热防护系统进行了全面返工，用新一代隔热瓦、备用烧蚀层替换了整个二级的热防护系统，并对翼面转轴处的防热和密封进行了额外补强。

与拆除隔热瓦类似，本次星舰二级还在再入的最后阶段刻意以更高迎角飞行，尝试4个翼面对星舰姿态控制的极限能力，以获得未来再入和着陆的飞行包线。

所谓飞行包线，简单来说就是安全飞行的界限——只要在这个区域内，飞行就是安全的，而超出范围则可能会有危险。

这一过程与战斗机为绘制飞行包线而进行的极限试飞类似，但好在星舰是无人试飞，无需考虑试飞员的安全性，甚至连星舰本身也不用考虑，毕竟这是初代星舰“清库存”的最后一飞。

从实际发射情况来看，这些改进措施是基本有效的。星舰S31又一次扛过了再入大气层，但是否能实现免维护再次发射，还要等V2版的新翼面投用并实现二级回收才能全面评估。

星舰S31落海前的翻转机动和着陆燃烧|SpaceX

飞行约1小时05分钟后，星舰S31成功完成了落水前翻转机动和着陆燃烧，首次在光天化日之下，通过直播画面清晰展示了星舰在印度洋上精准而又优雅地海上软着陆的全过程。

就连SpaceX直播间里的主播都连声惊叹，星舰S31的这一飞超出了预期——“我们移除了超过2100片隔热瓦，用的是较早一代的热防护层，前翼面鼻锥侧有缺失，还飞了一次非常陡峭的飞行剖面来测试尾部襟翼，没人预料到星舰飞船能撑下来”。

看起来，今天的极限测试还是不够极限，保守了。

星舰S31前翼面的前端，再入时还是被烧红了——这个问题要留给二代星舰来解决了。| SpaceX

2025：V2首飞、带载入轨、在轨加注

本次之后，星舰发射可能要陷入一段沉寂，因为下一次发射，即第7次发射，将是新版V2星舰S33的首飞，拥有多处设计改进，需要更长的时间进行测试和准备：

• 从实物来看，星舰S33前翼面进行了明显调整，更小、更靠前，且位置明显向背风面移动，在再入大气层过程中可以更好地躲在箭体的背风面，降低热流峰值，防止出现第4次发射中热量汇聚并烧穿翼面的情况。

星舰V1版和V2版的对比，前翼面变小、前移且向背风面移动 | StarshipGazer

• S33二级整体稍有拉长，随之带来更大的推进剂贮箱，载荷空间反有所缩水。考虑到星舰短期内并无真正的大体积载荷需要发射，合理分配级间比，有效提升运力水平更加紧迫。

• 换用更新一代的隔热瓦和热防护系统，隔热瓦的分布根据实际再入经验反馈进行了优化，部分媒体更是拍到SpaceX在隔热瓦的机械性贴敷工作中已经引入机械臂。

有媒体拍到厂房内机械臂已经开始用于隔热瓦的敷贴 | NasaSpaceFlight

• V2版本星舰最重要的核心任务是，进行首次实际带载荷的轨道级发射。星舰二级将真正进入绕地球的近地轨道，随后释放SpaceX积压已久的新版星链卫星，之后星舰再调头进行离轨点火，降低近地点，再入大气层并返回发射场。

• V2星舰一级最主要变化是级间段，热分离结构彻底集成化设计，而非V1的可拆式结构，但V2版一级的生产编号尚未最终确认。后续，星舰一级将在目前33台发动机基础上继续增设发动机到35台。由于星舰一级外圈发动机已无间隙，增设发动机只能在内圈“想办法”。

B13推出时，厂房内清晰可见B14和B15两枚一级 | SpaceX

• 按照NASA的载人登月舱计划，2025年中还要进行两艘星舰的在轨无人对接，并进行吨级的推进剂在轨转移测试。

因此，对于V2版星舰来说，虽有V1版6次试飞打底，看似成竹在胸，但测试压力丝毫不减。

第6次发射刚刚结束，后续第7次星舰发射所使用的S33早已制造完毕，正在测试场开展一系列测试，近期已经安装了相对成熟的二代猛禽发动机。

SpaceX宣称V2版星舰运载能力为复用状态不低于100吨，也坐实了目前V1版星舰结构超重导致运力水平低下的传闻。有媒体称，V1版星舰实际运力可能仅有50吨左右。

星舰各版本数据对比|数据来源：SpaceX

明年25发星舰，后年自费探火星

SpaceX不仅放话，明年要进行高达25次星舰发射，更规划在2026年执行基于星舰的无人火星探测任务。

这次任务是相对务实的。按照目前进度，在两年时间内准备一次无人火星任务是可行的。此外，由于大概率是近乎空船着陆火星，所需在轨加注次数也不是很多，可能仅需5次左右，甚至更少。

但也要看到，此次任务的技术挑战非常艰巨，需要突破或验证在轨加注、深空长期在轨、火星大气EDL等技术。

SpaceX在模拟的火星大气环境中测试星舰隔热瓦 | SpaceX

这次火星任务其实并非临时起意，而是SpaceX“蓄谋已久”。

早在星舰官宣之前，重型猎鹰刚完成首飞的时代，SpaceX就曾规划过一个“红龙”任务——自费将改造的龙飞船发射至火星表面，然后利用龙飞船的反推着陆功能降落火星表面。

当时SpaceX曾将该方案提交给喷气推进实验室，拟作为“火星采样返回任务”方案的一部分。最后因为星舰迅速上马，加上龙飞船反推着陆取消，该项目只得作罢。

现如今随着星舰的成熟，这一计划重装上阵。

为实现这次任务，星舰必须突破大规模推进剂在轨转移技术，势必需要第二座轨道发射台进行周转和交替发射。

SpaceX第二座发射塔已基本竣工，配套的发射台又做出了新的改进。第二座发射台上，“水冷钢板”可能会用“水冷导流槽”替代，发射台上的固定点火机构可能又将重新集成进火箭当中。

用于第二座星舰发射台的主要承力构件正在组装，考虑到未来V3版星舰将在这座发射台起飞，起飞推力将高达万吨。

组装中的第二座发射台部件 | NasaSpaceFlight

2025年，星舰将正式成为一款实用化的火箭，承担起单星超过1吨重的二代星链部署任务，从一个吞金巨兽项目逐步成为SpaceX的又一款中流砥柱。

同时，星舰还需要挑战难度更高的二级回收，并在此基础上挑战大规模低温推进剂在轨加注这一高难项目。这不仅是NASA设定的重要里程碑节点，更是星舰登月和登火的“必修课”。

SpaceX宣称，2025年计划进行高达25次星舰发射，作为一款起飞推力超过7000吨，运力超过100吨的重型火箭，这样的发射数量将超过人类此前发射过的所有重型火箭之总和。

或许重型火箭的新时代，就将从下一次星舰发射开始。

让我们拭目以待。

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