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新设计的星舰和未来月球基地的概念图 | SpaceX 9月28日，对SpaceX公司和埃隆·马斯克（Elon Musk）来说，都是具有历史性意义的一天。 11年前的这一天，SpaceX的猎鹰1号第4次发射终于首次成功入轨，不仅标志着私营商业公司越过了航天发射的门槛，也让濒临破产的SpaceX起死回生；11年后的这一天，马斯克在美国得克萨斯州小村博卡奇卡召开发布会，背后的星舰原型机让他的太空殖民计划无比接近现实。 按照马斯克的时间表，星舰将比NASA官方研制的SLS火箭更早入轨，月球、火星和更遥远天体的探索，星舰将后发而先至。
组装完成的星舰Mk1（左）和11年前SpaceX首次入轨的同款猎鹰1号火箭（右）。注意，这可是实拍的照片 | Space 星舰的由来 马斯克一直有着火星殖民的梦想，他创立SpaceX公司志在圆梦。虽然公司发展相当成功，在国际商业航天发射市场上占据了大半江山，但他从未忘记火星才是终极目标。 2016年墨西哥瓜达拉哈拉举办的国际宇航大会上，他公布了行星际运输系统（ITS）的概念——这将是一种起飞重量高达一万吨级的超级火箭，如果成功的话，将使火星甚至更远的行星际殖民成为可能！ 2016年的ITS，只是一个初步想法。到了2017年的国际宇航大会上，火箭改名为大猎鹰（BFR）火箭，高度直径体积和重量都大幅度降低，方案更为现实化。
从2016的ITS到2017的BFR，设计方案变得更加现实了 | Everyday Astronaut 2018年9月，马斯克举办发布会，宣布日本富商前泽友作将付款乘坐BFR进行环月飞行。此时的BFR火箭又有了巨大的变化，马斯克当时表示这是最终设计方案。不过，马斯克的预言和时间表一向不算数。 不久后，飞船设计又一次经历了不小的改进——原本打算用碳纤维复合材料来制造的垂直起降测试飞行器星虫（Starhopper），改用301不锈钢来制造，而轨道发射系统也正式改名为星舰（Starship）。 2019年7月26日，星虫试验飞行器进行了150米高度垂直起落试飞，这也是星虫的最后一次试飞。马斯克当时表示不久后将召开发布会，公布星舰的最新动向。
垂直起降测试飞行器星虫，完成了150米高度的飞行试验 | Space 这便是9月28日，博卡奇卡发布会的由来。 星舰的最新动向 在这场发布会上，马斯克透露了星舰运输系统的最新设计方案。 星舰运输系统将分为两个部分：起飞级超重（SuperHeavy）和上面级星舰（Starship）。星舰Mk1已在博卡奇卡建成，Mk2则在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角附近的另一处工地建造，它们都是第一阶段的试验飞行器。这些早期的原型星舰将用于中高空亚轨道飞行，随后SpaceX还将建造Mk3、Mk4和Mk5，其中一些将用于发射入轨！ 根据发布会上的最新消息，上面级星舰长度约50米，直径9米。它只有两个大型控制翼面和两个较小的控制前翼，外形上进一步向传统空天飞行器靠拢，再入大气层的方式也更接近航天飞机，而不是早期的ITS/BFR系统。
星舰上面级的最新设计方案 | SpaceX 上面级星舰可以携带1200吨的液氧甲烷推进剂，虽然马斯克的幻灯片上还写着干重85吨，不过他很快口头纠正了这个错误，表示85吨空重只是他的期望值。现在的星舰原型，空重接近200吨，未来将减重到120吨。 马斯克提到了星舰的性能指标：星舰系统的超重助推器有6条着陆腿，加上着陆腿内的猛禽发动机，超重助推器将装有最多37台猛禽发动机，起飞推力约7500吨！整个星舰系统起飞重量约5000吨，这将是人类有史以来最大的航天运载器。
超重助推器的最新设计方案，请注意尾部的37台猛禽发动机 | SpaceX 二级完全重复使用的星舰，将具备将150吨重的载荷送入地球轨道的能力，而下行货运能力为50吨。这意味着，之前有人开玩笑说，星舰能把哈勃空间望远镜抓回地球来，可能真不是开玩笑的！ 他还进一步指出，最早的星舰运力只有约100吨，随后会努力提高到150吨。毋庸置疑，星舰系统在未来要实现这样的性能跃升，不仅需要SpaceX的工程师付出艰苦卓绝的努力，从时间上看也还是很遥远的事情。 在星舰进一步减重之前，马斯克提过的30吨GTO轨道运力指标，现在的星舰仍力不从心。好在现在也没什么30吨的大型静地轨道卫星要发射，早期的星舰用于发射6、7吨重的静地轨道卫星完全不成问题。 至于更遥远的月球和火星发射，就要使用太空加注燃料的技术了。马斯克表示，星舰对接要比现在龙飞船对接国际空间站更简单，不过超大规模的超低温推进剂在轨转移，难度可不小，还是不得不为老马捏一把汗。
前往月球和火星的话，星舰需要在轨道上加注燃料 | SpaceX 不锈钢箭 马斯克还再次解释了举世瞩目的不锈钢结构问题。 星虫、试验版星舰和轨道发射的星舰，都使用301不锈钢制造。按照常识，钢要比铝合金重得多，更不要说跟碳纤维材料相比了。不过，按照马斯克的说法，使用密度更大的不锈钢来制造星舰，反倒能够减轻结构重量。
星舰Mk1通体用不锈钢打造，在阳光下显得亮晶晶的 | Austin Barnard 马斯克在发布会上解释了原因。 首先，低温下不锈钢的强度会提高到原来的几乎两倍，缓解了不锈钢密度大的问题。 其次，星舰的热防护方式回归到了航天飞机式的防热瓦设计，只不过采用的是新一代的TOFROC防热材料。不锈钢熔点约1500度，要比铝合金约400度高得多。这样一来，星舰的背风面甚至无需专门的防热处理，而在迎风面，由于不锈钢熔点高，也可以使用更薄的防热瓦。相比之下，整个星舰的结构反倒比使用铝合金更为轻便。 此外，不锈钢材料每吨才2500美元，而碳纤维每吨高达13万美元，约50倍的采购成本差距意味着，使用不锈钢造星舰，可以大大节省制造成本。 最后，不锈钢材料易于焊接加工，而猎鹰9号使用的铝锂合金或是更先进的碳纤维就太娇贵了。它们强度的确很高，可万一坏在了火星上，你要怎么修它呢？火星开拓阶段使用这些娇贵的材料，实在不太现实。
星舰上面级的热防护，回归到了航天飞机式的防热瓦设计 | SpaceX 马斯克的疯狂节点 星舰系统作为SpaceX公司研制的、人类历史上最强大的航天运载器系统，其先进性、规模和复杂程度都是空前的。按照常理，这样的大项目不仅花钱多，更是要认真研讨、扎实预研和长期研制，才能保证项目的圆满成功，但这一传统思路受到了马斯克的挑战。 马斯克的星舰研制大计，如果从2016年的ITS算起，那设计真可谓朝令夕改，让人看得眼花缭乱了——光是名字就换了好几次，规模和方案也都屡屡推倒重来。如果说传统火箭开发是瀑布开发模式，那么星舰的研制已经使用快速迭代开发模式了。星舰研制起步阶段，并没有高瞻远瞩一览无余的顶层设计，而是轻松上阵先实现部分功能，快速迭代试错逐步完善星舰的设计方案和工程实现。 举例来说。直到2018年10月，也就是为前泽友作环月飞行的发布会开完、马斯克金口玉言设计冻结之后，星舰系统才确定改用不锈钢材料。临阵推翻设计改用全新材料，这在传统火箭研制中是从未有过的疯狂举动。
星舰系统的大小对比图，从左往右分别是：人、星虫试验机、千年隼号飞船（咦？！）、星舰Mk1和星舰发射系统 | SpaceX 马斯克毫不讳言星舰快速迭代的研制模式，以及他对研制进度的追求。在博卡奇卡发布会上，他明确表示：“如果时间表太长远，那一定错了；如果（时间表）很紧，那就对了。”换句话说，他认为妄谈长远大计只是闭门造车。星舰的研制也有效贯彻了这一方针，其研制进度时间表让人瞋目结舌！ 星舰Mk1和Mk2使用钢板拼接而成，将在未来1到2个月内进行20公里高度的试飞。星舰Mk3将在1个月后开始制造，使用卷制钢环作为箭体，这样无需将钢板焊接为钢环，制造箭体时只需要在一圈圈钢环之间进行单缝焊接，不仅箭体将更薄更轻，而且将极大地提高制造速度。马斯克表示，Mk3号星舰将在3个月内造出来，Mk4和Mk5需要4个月。他希望在半年内能够使用Mk4或Mk5号星舰实现发射入轨！ 你没看错，在马斯克的时间线里，半年内星舰就将进行首次轨道飞行！ 2019年版星舰飞船的发射模拟动画 | SpaceX 马斯克时间表一贯不靠谱，比如星虫首飞和150米高度悬停飞行，都推迟了一两个月才得以进行。但是，对于马斯克的这个疯狂计划，即使马斯克时间×2，也是极为了不起的成就。 如果这种起飞重量5000吨、起飞推力是土星五号火箭两倍多的星舰系统，真的能够在2020年发射入轨，它将成为土星五号火箭1973年退役后，美国第二种百吨级运力的空间运输系统。 对比下，已经花了180亿美元，2020财年预算还要再花25.86亿美元的SLS火箭，即使波音号称加班加点赶进度，2020年底能不能发射仍然是未知数，几乎所有传闻都指向SLS火箭2021年才能首飞。 如果星舰在2020年首飞成功的话，波音不知道还有什么脸面继续研制SLS火箭。 大航天时代 这次发布会的前一天，即9月27日，NASA局长吉姆‧布里登斯廷（Jim Bridenstine）推特发文含蓄表示了不满。他认为，SpaceX高调研制星舰有些不务正业。SpaceX拿到了NASA的合同研制载人龙飞船，结果进度推迟好几年了，他敦促SpaceX公司拿了纳税人的钱，要好好干活，赶紧交工。
NASA局长对SpaceX高调研制星舰的表态 | 推特截图 布里登斯廷的表态，得到了大家的踊跃吐槽。哈佛大学教授麦克道尔的吐槽就很有代表性。他指出，担忧SpaceX最好的工程师去搞星舰而不是载人龙，是可以理解的。换句话说，研制载人龙飞船缺乏挑战性和工作激情，给你干活慢是因为你太low。 作为第三方的麦克道尔可以百无禁忌，作为当事人的马斯克在发布会上还是做了解释。他表示SpaceX公司大部分资源投入在猎鹰火箭和龙飞船上，星舰只投入了大约5%，并没有因私忘公。
网友吐槽，局长大人是不是忘了NASA自家研制的SLS大火箭了？ 事实上，作为航天爱好者，我觉得哪怕SpaceX公司为星舰投入更多资源，也是理所应当的。Mk1和Mk2号只是第一批原型，后续随着箭体制造工艺的改进，从Mk3开始，星舰的制造速度会显著加快。这时候，猛禽发动机的产能就成了关键制约性因素，不投入资源解决能行么？ Mk1和Mk2都只有3台猛禽发动机，Mk3开始将增加到6台发动机。而现在猛禽发动机产能是8到10天一台，光是准备Mk3和Mk4的12台发动机就需要三四个月。至于第一级的超重助推器，少则24台发动机，也可能是31台发动机，最多可以装37台发动机。光是一枚第一级的发动机，就需要造多久？ 好消息是，马斯克表示，明年第一季度猛禽发动机有望实现日产一台的产能，发动机产能瓶颈的解决，将为星舰的生产铺平道路。
按照现在的设计，星舰底部将安装6台猛禽火箭发动机 | SpaceX 马斯克表示，由于无需制造新的超重一级和星舰二级，理论上超重助推器每天可以发射20次，星舰也可以飞4次，也就是说每天能进行至少3次发射。 完全可重复使用的星舰，带来的发射运力是前所未有的。每天3次发射意味着每年1000次发射，即每年能向地球轨道上运送15万吨物资。考虑到现在全世界每年入轨质量不过是2、300吨，星舰理论上带来的发射能力太惊人了。 届时布里登斯廷局长也不用烦心美国人上太空的问题了，甚至月球门户站也可以用星舰整体运过去，月球着陆器和月球基地同样简单廉价水到渠成。
星舰和未来人类火星殖民地的概念图 | SpaceX 当然，马斯克鼓吹的这串数据只是最理想的理论推算，现实世界暂时找不到那么多需要发射入轨的载荷物资，但星舰无比强大的发射能力带来了无限的畅想空间。 如果星舰能在未来数年内成为现实，并初步验证它的复用能力，无论是进行近地轨道工业化，还是建立月球前进基地，开始建设火星殖民地，乃至于更遥远的深空探索，都不再是遥不可及的梦想。
星舰的最终目标，是要载100人展开长期的星际航行 | SpaceX 马斯克还在发布会上展示了月球基地，火星殖民地以及星舰飞近土星光环的画面，期待这些场景能在我们有生之年里成为现实！ 作者：Lsquirrel 编辑：Steed
果壳 果壳整天都在科普些啥啊！ 吓得我二维码都歪了！ 为啥这样的二维码也能扫？ 喜欢就点个“在看”呗~↘ |
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