马斯克痛定思痛，补救方案更大胆，在火箭内点火，星舰不怕爆炸？

美国太空探索公司星舰飞船首飞失利。于是太空探索公司痛定思痛，对星舰进行了大量的改进，而其中最大胆的一个决定，就是分离方式的变化。

改进之后的星舰将摒弃现有的“冷分离”技术，而采用“热分离”技术，以提高火箭飞行可靠性和稳定性。简单来说，“冷分离”是在上一级的所有发动机全部停止工作后，再进行级间分离，然后启动下一台发动机。“热分离”则比较简单粗暴，不等上一级的发动机停止工作，甚至不等级间分离，二级的发动机就直接开始点火启动了。也就是说，“热分离”时的二级发动机是在火箭内部直接点火，而一级更像是被喷出去的。

那么为何星舰要换成这种风险更大的模式？有什么技术优势？是进步了，还是退步了？

（热分离过程示意图，可以看到火箭还没分开，二级发动机就已经点火了，随后才推动分离）

热分离这个设计，并非是太空探索公司的新发明，反而是一种堪称古老的技术。这种粗暴的分离方式主要用于早期的火箭和弹道导弹，比如我国的东风5液体动力洲际导弹，就使用了“热分离”。现代火箭大多都采用“冷分离”技术，包括太空探索公司自己的猎鹰系列，原因是“热分离”的危险性较高，运载火箭对安全性的要求远高于导弹。

（火箭一般都是二级三级设计，很少有一级直接入轨，就是因为结构重量太大，不经济）

“冷分离”装置包括爆炸螺栓、冷推装置和二级辅助小发动机等等。优点是技术成熟、安全系数高、难度小、分离冲击载荷低、级间段可以设计的很短。

但它也有一些缺点，首先是会降低火箭载荷。火箭分离的时候，一级火箭的发动机已经停车，而二级火箭的发动机尚未点火，此时的火箭短暂处于无动力状态，而这个高度上仍有空气阻力，因此会略微降低火箭的速度和加速度，因此最大载荷量会低一些。

此外，火箭处于无动力状态，姿态保证的难度也稍大一些，一定程度上会影响飞行和入轨精度。另外分离机构的体积和重量，也会随着火箭重量增加而迅速提高，因为要推开更重的火箭，就需要更大更有力的分离机构，从这又进一步增加了火箭的结构重量，影响火箭运载能力。

（冷分离过程示意图，火箭发动机先停止工作再分离，然后下一级发动机才点火）

星舰飞船火箭联合体起飞重量高达5000吨，几乎相当于1艘大型护卫舰的排水量。其中仅第一级“超级重型”火箭的重量就达到3000吨，单纯的结构重量又200多吨。如果采用传统冷分离结构，那么星舰的冷分离结构体积和重量也非常惊人，只有这样才能将数百吨与上千吨的两个部件尽快推开。

太空探索公司为首艘星舰设计了复杂的沉底/分离固推设计，同时采用复杂的飞行航迹，帮助火箭分离。发射失败后，公司对星舰分离机构进行了检讨，他们认为冷分离机构虽然便于第一级回收，但是太笨重，体积也大，影响火箭的运载能力和飞行精度。因此决定在第二艘星舰上采用热分离进行尝试。

（星舰吨位太大，常规路线已经难以满足实际需求）

热分离顾名思义就是分离之前，下面火箭发动机还在工作，上方的火箭发动机就已经点火，直接利用高温高压燃气把火箭强行拆开分离。

它的优点非常明显，不再需要级间分离装置，简单化了分离机构和步骤，提高了火箭的可靠性。两级火箭推力无缝衔接，没有无动力飞行段，火箭飞行期间无能量损失，有助于提高火箭运载能力，这两点对于重型火箭尤其重要。此外，火箭始终处于有动力可控状态，加上分离速度大、分离时间短，对于火箭姿态影响较小，保持火箭姿态更加容易，可以提高火箭飞行和入轨精度。

（一种星舰热分离设计的想象图，内部发动机点火后，多余的燃气从中间这里喷出）

热分离也有自己的缺点，那就是它的工作原理太简单粗暴了，直接利用发动机喷出的剧烈燃气来撕开火箭，具备一定的危险性。

除此之外，火箭燃气就像超大号的气焊枪，对下方火箭顶部设计及材料要求较高，就怕二级火箭的发动机点火那一下，把一级的箭体给烧穿，从而引发爆炸。尤其现代火箭第一级要求重复使用，热分离必然给设计和使用带来不利影响，一级火箭即便省去了分离机构，肯定还是要增加其他成本的。

（火箭发动机的冲击与热量，可不是一般材料能抵挡的）

发动机点火后，高温高压燃气在两级火箭中间高速喷射，流场也比较复杂，有可能对一、二火箭造成损害，这也是大家普遍不愿意使用热分离的主要原因。

还有一点非常重要，那就是热分离对于控制系统要求更高，因为两级火箭分离的时候，第一级火箭还在工作，此时由于载荷突然大幅度降低，有可能会让一级火箭突然加速，撞上第二级。

太空探索公司自己都有这样的前车之鉴。2008年猎鹰1号火箭发射，在第一、二级分离时就遇到了这个问题，当时一级火箭失控，发动机没有完全关机，于是继续加速后追上了第二级，两者碰撞，导致发射功亏一篑。

（一级二级同时工作，如果协调出问题，或者二级发动机突然坏了几个，可能会相撞）

从这里我们可以看到，太空探索公司考虑到星舰巨大的重量，不得不重新采用热分离技术来提高发射可靠性。当然这样想法能否成行还需要实际发射来验证，所以星舰第二次发射对于太空探索公司至关重要，对于全球航天业也有很强的借鉴意义。

我国从星舰研发过程中，可以在这些细节抉择里总结经验，或许能在国产巨型火箭整体设计方案里，提前布局避开这些大坑，少走一些弯路。