整理丨刘倩

由马斯克建立的 SpaceX 在前 10 月 13 日完成了星舰（Starship）的第五次试验发射。我们约请了中国某家商业航天公司的前总体计划师陈亮，来一起聊一聊这次 “星舰第五飞”。陈亮是北京航空航天大学航空宇航推进理论与工程博士，主要研究液体火箭动力体系的流动传热问题，曾加入多项新型飞行器热防护技能攻关和干系国家级预研项目。

陈亮提到，他和许多偕行实在没有预料到，星舰第一次正式接纳 Super heavy ，能如此完善地成功，如此干脆利落，好比在 100 公里时速下，精准倒车入库。Super heavy 就是星舰的推进器部分，星舰第五次实验发射的最大进展，就是成功地用像筷子一样的发射架塔臂，稳稳夹住了掉头回到地面的 Super heavy 推进器。

星舰的全部模块可接纳，意味着将进一步大幅降低发射成本，包罗制造成本和发射时间成本。低成本，也是 SpaceX 高频发射、快速迭代的前提。低成本和高频次相辅相成，打破了航天业过去奉行的“像飞行那样去测试，像测试那样去飞行的原则”。

SpaceX 的逻辑不一定谁都合适模拟，但这个搅局者已带来实着实在的改变。

星舰第五次发射： “即便成功，也没想到是如此完善的成功”

星舰（Starship）第五次试验发射和之前最大的差别，是有一个完整的一子级接纳动作。星舰的起飞规模非常庞大，整个飞行任务的要求是：一子级（推进器 Superheavy）接纳到发射场、二子级（Starship）部分海上溅落。对于一子级火箭，它要把二子级部分送到预定的速度和高度，然后再飞回发射场，用像筷子一样的发射架塔臂夹住掉头回到地面的一子级，用这样一个完整的飞行实验动作去验证一字级的接纳技能。

星舰已超出传统火箭的范畴，传统火箭它是一次性的，星舰介于火箭和航天飞机之间。

现在传统的火箭长征二号 F，由助推器、一子级、二子级组成。它的助推器很早就分离了，一子级把火箭预送到预定的速度和高度，分离后也抛掉了，二子级把飞船运到预定轨道然后再抛掉。所有都是一次性的，发射完就抛掉，没有任何接纳的动作。

猎鹰 9 跟星舰也有差别，猎鹰 9 一子级要飞回船上或飞回陆地，它是一个接纳的火箭。它的二子级是一次性的，好比往国际空间站运人的飞船，送到预定轨道之后，二子级要抛掉。

星舰一子级跟猎鹰 9 雷同，它是要飞返来的。二子级实在是一个雷同于航天飞机的运载器，好比要执行星链发射任务，星舰舱门打开之后把星链一个个弹出去，舱门关掉，然后再返回接纳区，这实在是雷同于航天飞机的飞行状态，星舰外形也跟航天飞机雷同，只不外航天飞机是滑翔滑下来的，星舰的滑翔过程非常有限，它靠发动机反推来减速。

火箭从预备到点火、发射、着落的几道关卡

• 首先在发射台上要举行加注，就是把推进剂（燃料和氧化剂）加到火箭的储箱里边，一般会连续几个小时。
• 加注之后要举行增压，还有一些干系的测试工作。
• 进入可发射的状态后，举行一子级的发动机点火，然后离开发射台。有一个经常会在发射任务中提到的概念——Max Q（最大动压），这对布局来说是一个比力关键的磨练时间点，有些发射特殊喜欢报一下 Max Q，过了这个点，一般来说舰的布局上不会出现粉碎。
• 过了最大动压时间，火箭一子级继承飞，下一个比力紧张的点叫一二级的极歼分离，拿星舰来说，就是 Super heavy 和上面的 Starship 分开，星舰属于热分离，能看到发动机点火，相当于把它喷开，分离之后二子级继承往上飞，一字级掉头飞回发射场。
• 一子级要持三台发动机点火往回飞，等有充足的速度返回发射场之后，关掉发动机滑到预定点位。然后再去开发动机调解位置，返回到发射场。通过发动机点火减速，相当于发射的一个反向过程。这里边涉及到控制，一个是姿态的稳固，一个是飞行位置的一个调解，雷同于在 100 公里时速下，精准倒车入库。

SpaceX 星舰第五飞超出预料，大部分从业者并没有预料到第一次接纳就可以成功。相当于时速 100 公里倒车还恰好停在刹车线的位置上，这个难度是非常夸张的。在接触前的两三秒，包罗陈亮在内的一些从业者认为要失败了，从直播中显着看到它是斜着插下来的，没想到在末了时间把它调正了，钩子和火箭的相对位置都调的恰到长处，末了非常稳的落在 “筷子”上。“即便成功，也没想到是如此完善的成功。固然我并不是在吹嘘什么，但作为一个技能人员，我确实认为这个接纳做的确实非常锋利。”陈亮说。

Starship 第四次的姿态已经比力稳固了，固然第四次也是一个跌荡起伏的过程——返回时翼的局部布局被烧穿，防热失效，中间还有一些遥测数据的丢失，图像有一段时间没传返来。第五飞实在也差不多，只不外这次热防护做得更好。第四次的过程有点绝地反击的感觉，中间 Starship 的那部分觉得可能快不可了，可能不是以所设想那个姿态到海里，由于隔热板都已经烧了。但是过了一段时间，等影像又可以往回传的时间，发现还可以调解姿态，是非常“皮实” 的一个火箭。第五次 Starship 的软着陆比第四次要好，没有出现严峻的热防护的问题，整个接纳姿态各方面都比力稳固。

SpaceX 的逻辑：低成本+高频次发射=快速迭代

星舰发射频次非常麋集，一共发了 5 次，此中两次是在 2023 年，有 3 次都是在本年。星舰这种模式是一个快速迭代的研发模式，有几个前提，第一是成本相对低，不锈钢的储箱也好、发动机也好，都是大批量生产的，生产速度非常快，可以或许保证快速的实现第二次、第三次或第四次这样高频次发射，必须是低成本才气可能满意这要求，如果活跃成本非常高、发射一次代价非常大，就没法迭代起来。另外一个是高频次的试验，高频次才气实现快速技能迭代，低成本和高频次相辅相成。

传统航天业则是“像飞行一样测试，像测试一样飞行”。就是按照飞行的状态来做地面测试，飞行就完全按照地面测试两个状态来飞，这是传统的研发的概念。即便是美国的火箭公司，雷同于ULA，也是按照传统的研发方式来做的，其 CEO 也是一样观点——把所有的失败都停留在纸面上、停留在地面实验状态下。这样就把飞行失败的可能性降到最低，这是它的研发逻辑，由于它的成本要高一些、生产效率要低一些，如果要通过飞行去做测试的话，生产成本和时间成本是无法承受的。

低成本实现高频次发射，才气保证快速的迭代。如果低成本保证不了的话，那就实现不了高频快速生产、发射，也实现不了快速迭代，就不能把所有问题留到飞行当中去验证，必须得在地面把问题解决，这是差别的研发逻辑， CVCX 就坚持了这样一个逻辑。

但陈亮并不发起初创公司模拟 SpaceX，由于差别的状态、差别阶段的企业它面对的问题或者面对的风险是不一样的。当年猎鹰的失败也差点拖垮公司，它连续失败了三次，第四次才获得成功，这是非常困难的一件变乱，很少有火箭企业可以或许承受三次失败。对于一个初创企业来说，用这种模式的风险是极大的，第一承受的风险能力比力高，第二不要求一开始就有很高的成功率，在许多初创公司这两个条件可能都无法满意。

为什么SLS 可以登月但星舰不能？由于星舰要举行多次的在轨加注，好比一个战斗机飞行员去执行任务，要经历 5 次的空中加注燃料，在那个状态下是非常困难的，人会受不了，所以现在达不到安全性要求。而 NASA 新火箭项目 SLS 作为一次性火箭，虽然从项目上不成功，但它是满意美国载人登月时间表的唯一火箭。 现在从载人任务来说， Space LAX 也非常的审慎，它不会随意启动载人任务，管理流程、质量管控也都非常严酷。现在来说，星舰是肯定无法满意 NASA 的登月计划周期的。但从长远来看，它一定会胜过 SLS，这是大势所趋，在未来的 5 到 10 年，它将具备非常可靠的载人能力，那时间 SLS 就毫无价值。

科学狂人的激进

马斯克总是会说出一个非常离谱计划，但是终极会实现，只不外把时间线往后推了三年或者五年，他要对公司、投资人或者公众说出他的“疯狂”计划，他才有可能去实现。星舰确实超出了各人的认知，不管是从方案照旧计划来说都是非常疯狂的，固然前提是有深厚的底子（猎鹰 9）和一个庞大的企业做支持，从财力、人力或技能上来说，它都有非常好的基础。

马斯克大概很疯狂，但 Space Age 时更疯狂——二战末期人类还开着螺旋桨飞机开战，69 年就登上了月球，这个技能跨度好比今的技能跨度还要大得多。

由于马斯克本身就自带流量，所以星舰发射在全球又重新点燃热潮。星舰发射过程中间还有一个小插曲，原来第五次发射是计划在 9 月份举行，FAA（联邦航空管理局）一度推迟星舰发射，马斯克对此意见很大，并试图在特朗普上台后主持技能发展提效部分，去增长新技能应用的效率。关于新技能管理，FAA（联邦航空管理局）理论上来说是对发射行为起到一个羁系作用，不应该对技能举行羁系，马斯克认为其技能的应用太过守旧。但从政府层面上来说，出于对安全、法律、环保等因素的思量，也没有什么可以责怪的问题，“科学狂人”的想法要受到一定的限定和束缚。

SpaceX 的航天矩阵：猎鹰、星舰、龙飞船、星链

SpaceX 研发的猎鹰火箭+龙飞船组合，目标是把相应的货品送到国际空间站，这是最早的火箭和飞船的来源。厥后美国人想既送货又送人，航天飞机从 2011 年退役一直到 2020 年龙飞船初次载人飞行的这段时间里，美国航天员进入国际空间站要靠俄罗斯，这对美国人来说是很大的打击。

星舰研发的核心目标是用火箭把人类送到火星去，要想载人的话，猎鹰或猎鹰重型这样火箭都无法满意这个需求，重型猎鹰做不到运那么大的飞船，它只能运雷同龙飞船这种比力小的飞船。SLS 也无法把人送到火星去，它的运载能力也不敷，所以要研发这样一个巨型火箭。但前提是需要在近地轨道举行 5 次燃料加注，由于像星舰这种火箭，它的二子级（Starship）进入轨道之后推进器根本耗光了，它要发射多个 Starship 上去，加注完成之后再重新点火飞往火星或其他星球，这是一个非常复杂的任务。马斯克处于研发频率特殊高的状态，关于人类去火星的愿景，马斯克说需要 5 年，悲观看 10 年，NASA 的设想是 2050 年。

总结而言，不管是星舰照旧之前的猎鹰系列火箭， SpaceX 最为人称道的一点是控制成本非常锋利，它快速迭代的研发逻辑也是建立在低成本的前提上，好比把阿波罗 11 号飞船送到月球的土星 5 号要 5400 美元一公斤，猎鹰 9 号只要 2600 美元，猎鹰重型是 1500 美元。有机构测算说星舰有可能会把这个成本打到只有 200 美元。

星舰降成本的法宝是“接纳+利用民用部件+造就多面手”。首先马斯克一直在做接纳技能的发展，完全的重复利用，这雷同于飞机的概念，这样就相当于只消耗了推进去的成本或者人力资源的成本，把资源损耗降到最低，这是最核心的一个前提；另一个层面是它大量采用了民用技能，马斯克重新审阅了 NASA 及美国空军的一系列标准，他认为这些标准从物理和工程的本质上并不具备公道性，他从本质出发选择一些民用的元器件或民用技能，好比民用阀门、民用计算机等，这是降低成本的一个有效的方式，这实际上需要工程人员或者马斯克做大量的游说工作，说服评审专家用这个基础是公道的；末了一点是它在人力资源应用上也对成本控制非常严酷，马斯克对多专业能力非常看重，好比一个布局工程师可能既做火箭布局又做卫星布局，马斯克在一些人员应用上效率会更高，这也是低成本计划的一个方式。

关于全球火箭发射竞争格局，现在来看是中美最强，欧洲近来扶持力度增大。印度火箭的运载效率与国内有较大差距，日本和欧洲火箭都做得不错，但整个产业规模太小了，发射频次低，规模、体量、发展速度都受到很大制约。像俄罗斯的话，它受近几年战争等因素的影响，航天领域相比之前的投入少了许多，在技能上已经比力落后了。

我们能看到，从客岁开始欧洲有一些小公司逐渐走上正轨，取得一些还不错的成绩。欧洲现在的趋势是，官方非常支持初创公司，它不像国内给一个开放情况或者政策性的支持，欧洲有些是直接给真正的资金支持，NASA 也给了 SpaceX 许多钱以及技能上的支持，有一种新的薪酬时代要到来的感觉。

中国的商业航天实践

2010 年到 2020 年，中国航天连续启动紧张项目，北航的“宇航学院”每年招生在 150-160 左右，几乎 60%-70% 结业生进入航天业，仅有不到 1/ 3 的人不在这个领域。 近年中国航天结果也比力麋集，好比中国空间站发射、嫦娥五号探月工程、天问火星探测器等。

中国商业航天和 SpaceX 的差距——中国公司取得 Milestone 的时间更短。拿接纳这一块来说， SpaceX 做接纳实验、高空实验大概在 2015 年前后，国内做雷同这种垂直起降实验大概在 2023 年，起点要晚一些，如果拿技能去衡量的话，差距在八九年的时间。另外，国内实现火箭完整接纳预计在 2025 年-2026 年，这样看的话国内也就差 10 年，而且还有缩小的趋势。从中国开始有真正民商航天开始，到取得一系列里程碑的周期上来说，比美国人要略短一些。

这仰赖于“政策支持+航天基础+人才储备”。首先国家出台了许多有利的政策，开始先后涌现一些企业。第二层面是中国的整个供应链建设，无论是人照旧生产能力，现在有转好的趋势，对商业行情的开放水平也在进步。第三就是人才储备，中国的人才储备照旧可以的，在世界上来说可能是仅次于美国的水平。我们的后发优势会让周期比美国稍微短一些，或者美国相当，但 SpaceX 也在指数级发展，星舰出世将开启新一轮追赶。

从 SpaceX 上我们也可以学到一些东西，好比接纳模式、工程实现。一子级接纳这种模式，让各人坚定了走这条路线。SpaceX 的开放度照旧可以的，SpaceX 并未公开任何图纸，它的开放在于不会追究学他的人，在一些思绪上，我们可以借鉴、少走弯路。好比猎鹰接纳时的辅助支持腿，我们能看到它着陆的方式、打开方式等一些细节，虽然路径不一样但物理的过程是同等的，这需要做大量的动力学方针，好比腿着陆的时间承载要求是怎样的、怎么去计划阻力、它的缓冲能力形成是多少等，这些都是根据我们火箭的需求去计划，但是腿的大概情势及尺寸是可以借鉴的。

中国商业航天发展需要的更多支持——资金+更多容忍失败。钱是所有发展的前提，这个变乱又跟经济有关系，需要政策的一些支持或者引导，让更多的人去关注这个行业，把有限的资金投入到航天里边，推动它发展；另一方面，国内管理部分现在也给予了很大的容忍和支持。