SpaceX：充满“失败”的20年远征

星舰的诞生与构成

（一）SpaceX 的创立与愿景

2002 年，马斯克卖掉 PayPal 后，怀揣着登陆火星的宏伟梦想，创立了美国太空探索公司 SpaceX。他深刻认识到高昂的火箭发射成本是人类征服宇宙的一大阻碍，而火箭的一次性使用是成本居高不下的关键原因。于是，他致力于研发可重复利用的火箭技术，期望以此降低成本，开启太空探索的新纪元。

（二）星舰的设计与性能参数

经过多年的研发，星舰横空出世。它由两部分构成，下半部是 69 米长的超重型运载火箭，上半部是 50 米长的星舰飞船，总高度接近 120 米，宛如一座 40 层楼高的庞然大物，直径达 9 米。其运载能力惊人，能将 150 吨货物运往近地轨道，或 100 吨货物送达地球同步轨道、月球乃至火星。

星舰系统的最下端配备 33 台猛禽发动机，每台发动机直径 1.3 米、高度 3.1 米，推力达 230 吨，总推力高达 7590 吨，首次试飞释放 90% 的推力，也相当于 6831 吨，是阿波罗计划时土星 5 号推力的两倍。星舰飞船内部设施齐全，设有休息室、餐厅、健身房等，为长途星际旅行提供了一定的舒适性保障。

星舰的成本控制之道

（一）可回收系统的创新

星舰最为突出的特点之一便是其独特的可回收系统。传统运载火箭在完成任务后大多废弃，每次发射都需全新制造，导致成本高昂。而 SpaceX 此前的猎鹰号火箭虽已实现部分可回收，但回收后的整修工作复杂且耗时，例如着陆腿的整修就需要大量时间和精力，且其重量占火箭的 10%。

星舰系统则进行了重大改进，取消了着陆腿，火箭回收后只需加注燃料即可再次发射，犹如公交车般实现了 “即停即走”。这一创新得益于地面发射塔架的独特设计，其拥有三条机械臂，一条用于发射前快速断开脐带连接等加注设备，另外两条则能在空中夹住火箭，配合火箭的制动和伞降系统，实现精准回收和快速再次发射，极大地降低了发射成本，提高了发射效率。

（二）材料选择的智慧

在材料选择上，星舰也别具一格。传统火箭多采用铝合金、碳纤维等轻质但昂贵的材料，而星舰则大胆选用相对廉价的不锈钢作为箭体材料。2018 年，马斯克宣布新型火箭采用 301 型不锈钢，这是一种适合制作弹簧等硬度较高元件的铁铬镍合金。

2020 年又部分采用 304L 型不锈钢，其含铬量更高，防腐蚀性能更好，在高温和低温环境下都具有出色的韧性和弹性。更为重要的是，不锈钢成本低廉，每公斤仅 4 美元，相比每公斤 130 美元的碳纤维和每公斤 40 美元的铁镍合金，大幅降低了星舰的制造和维护费用，为实现低成本太空发射奠定了坚实基础。

星舰试飞失败的原因剖析

（一）发动机并联的挑战

星舰采用 33 台猛禽发动机并联的设计，旨在为火箭提供强大推力，满足载人火星发射、大型科学设备运输和太空基地建设等任务的需求，同时提高火箭的可靠性和操控性。然而，这种设计也带来了诸多难题。发动机数量众多使得火箭整体结构更为复杂，同时点燃所有发动机变成了一个概率事件，增加了发射的不确定性。

此外，大量发动机燃烧产生的热量和压力对火箭的结构设计和热防护系统提出了极高的要求。例如，在今年 2 月 9 日的静态点火测试中，就有两台发动机未能成功点火。而此次试飞中，在发射前 8 秒钟，计算机点火时，有 3 台发动机未按计划点燃。当星舰飞行到 39 公里高度时，又有几个发动机停止燃烧，导致火箭在空中翻滚，最终发生爆炸，且爆炸前未能完成一二级分离。

（二）技术验证的复杂性

此次试飞的目标之一是验证不锈钢材料在太空飞行中的机械强度和可行性，以及测试跨大气层轨道发射的各项技术指标。尽管在飞行过程中，不锈钢箭体经受住了考验，未发生明显形变，飞控系统也表现出一定的稳定性，证明了一些技术路径的可行性，但在发动机点火、火箭分离等关键环节仍出现问题，反映出技术验证过程的复杂性和艰巨性。

这些问题的出现为后续的改进和优化指明了方向，也让人们认识到太空探索之路任重道远，需要不断攻克技术难关，才能实现安全、可靠、高效的太空旅行和探索目标。

星舰与人类太空探索的未来展望

（一）航天发展中的挫折与进步

在火箭发展的历史长河中，失败与挫折屡见不鲜。1986 年美国宇航局挑战者号航天飞机起飞 73 秒后爆炸，原因是用于密封右侧固体助推器的 O 型环失效，导致 7 名宇航员丧生，航天飞机计划中断 32 个月；2003 年哥伦比亚号航天飞机在重返大气层时解体，机上宇航员无一生还，事故源于发射阶段外储藏箱绝热材料碎片脱落击中左翼前端，损坏隔热系统。

然而，这些惨痛的失败并未阻挡人类探索宇宙的坚定步伐。2022 年，世界航天发射次数创纪录地达到 186 次，成功率达 95.7%，美国、中国、俄罗斯等国家在航天领域都取得了显著成就。马斯克的火箭研发之路也充满坎坷，猎鹰 1 号经历多次失败后才成功入轨，但其不断探索创新，为可重复利用火箭技术的发展做出了重要贡献。