王宇光 溫旭東 張 傲 張 勇

2023年1月9日，美國SpaceX公司總裁表示，未來可執(zhí)行載人深空探索和貨運(yùn)飛行任務(wù)的星艦軌道飛行器已在進(jìn)行發(fā)射前的最后檢測。這是商業(yè)航天發(fā)展進(jìn)入航天發(fā)射領(lǐng)域、載人飛船領(lǐng)域后，進(jìn)軍載人深空探索領(lǐng)域的又一重大突破，引發(fā)世界廣泛關(guān)注。

項(xiàng)目基本情況

2016年9月，SpaceX公司正式對外公布了星際運(yùn)輸系統(tǒng)（ITS），瞄準(zhǔn)人類移民火星以及星際探索。隨后持續(xù)進(jìn)行快速迭代，每年都進(jìn)行一定程度的方案調(diào)整，從初期的星際運(yùn)輸系統(tǒng)方案到2017年的獵鷹火箭（BFR）方案，最終逐漸演化成超重-星艦運(yùn)輸系統(tǒng)。

超重-星艦運(yùn)輸系統(tǒng)由星艦軌道飛行器級和超重火箭級構(gòu)成，采用不銹鋼箭體，并由自主研制的猛禽（Raptor）發(fā)動機(jī)提供動力，軌道飛行器級和火箭級都將返回地面，完全可重復(fù)使用。超重火箭級可在發(fā)射數(shù)分鐘后回收，并具備在1小時內(nèi)再次發(fā)射的條件。星艦軌道飛行器級可通過軌道加注（主要是加氧）實(shí)現(xiàn)到達(dá)火星的目標(biāo)。再入大氣層熱防護(hù)用的隔熱罩耐用且成本低，可重復(fù)使用。

猛禽發(fā)動機(jī)

隨著研制過程的推進(jìn)，星艦軌道飛行器級和超重火箭級的尺寸及性能參數(shù)一直在變化。星艦軌道飛行器級高度50米，直徑9米，推進(jìn)劑裝載量1200噸，推力1500噸，有效載荷能力約為100～150噸，取決于軌道高度。星艦軌道飛行器級安裝6臺猛禽發(fā)動機(jī)，未來可能會增加至9臺，其中3臺設(shè)計(jì)用于地面反推著陸，6臺用于真空。超重火箭級高度69米，直徑9米，推進(jìn)劑裝載量3400噸，未來可能增加到3600～3800噸，推力7590噸。最初的超重火箭級有29臺猛禽發(fā)動機(jī)，未來將配備33臺。

超重-星艦運(yùn)輸系統(tǒng)兩級都由自主研發(fā)的猛禽發(fā)動機(jī)提供動力，該發(fā)動機(jī)采用全流量分級燃燒循環(huán)、液氧甲烷推進(jìn)劑以及雙泵雙預(yù)燃室。富燃預(yù)燃室驅(qū)動燃料泵，富氧預(yù)燃室驅(qū)動液氧泵，并研發(fā)SX500系列合金以承受富氧預(yù)燃室的高溫燃?xì)?。該發(fā)動機(jī)具有推力大、比沖高、壽命長、可復(fù)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。外形材料采用了類似于304L的不銹鋼，在低溫下具有更強(qiáng)的延展性和韌性，在重返大氣層時的高溫狀態(tài)下，具有表現(xiàn)更好的可用強(qiáng)度和質(zhì)量比。該系統(tǒng)為完全可重復(fù)使用運(yùn)載器，其中星艦飛船級采用了新的回收方案，以60°傾斜的姿態(tài)以及25倍聲速的超高速度“躺著”進(jìn)入大氣層，最大限度地利用了空氣制動。

研制進(jìn)展

2020年1月，馬斯克在說起火星拓殖野望時，第一次提到千艘星艦這一想法，以達(dá)到每年億噸級載荷入軌能力。

2021年8月6日，星艦首次實(shí)現(xiàn)了合體，2022年2月9日、3月18日、10月12日，星艦分別進(jìn)行了三次合體，先是利勃海爾超級起重機(jī)吊著星艦進(jìn)行堆疊，現(xiàn)在已經(jīng)完全由“筷子”捕捉機(jī)械臂來擔(dān)當(dāng)大任了，在起起落落間，技術(shù)已經(jīng)十分嫻熟。

2022年8月9日，星艦SN24完成首次靜態(tài)點(diǎn)火測試，測試了2臺猛禽發(fā)動機(jī)的靜態(tài)點(diǎn)火。

2022年9月8日，星艦SN24完成第2次靜態(tài)點(diǎn)火測試，成功完成6臺猛禽發(fā)動機(jī)的靜態(tài)點(diǎn)火，點(diǎn)火時長8秒，最大推力達(dá)1380噸，具備進(jìn)行飛行測試的基礎(chǔ)。

2022年10月12日，星艦SN24與助推器B7首次完成合體，完成首次組合體總裝測試。

2023年1月9日，星艦SN24與助推器B7再次完成合體，并進(jìn)行了推進(jìn)劑加注測試，著手進(jìn)行發(fā)射前的最終檢測。

2023年4月20日，星艦SN24首次發(fā)射?；鸺晒ζ痫w，但3分鐘后，當(dāng)火箭上升到36千米高度時，發(fā)生失控爆炸，未能進(jìn)入軌道。

影響分析

搶占商業(yè)航天發(fā)射市場。美國SpaceX公司獵鷹9號火箭在投入運(yùn)營后，其年發(fā)射次數(shù)逐步攀升，已經(jīng)從2021年的31次升至2022年的61次，基本占據(jù)了商業(yè)航天發(fā)射市場。一旦星艦運(yùn)載項(xiàng)目投入使用，其航天運(yùn)載成本將繼續(xù)降低，進(jìn)一步強(qiáng)化其在世界商業(yè)航天發(fā)射市場主體地位。而主要依靠政府投資的國家若無法獲得商業(yè)航天發(fā)射訂單，則一方面會造成航天發(fā)射總數(shù)不足，不能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、批量化生產(chǎn)來達(dá)到降低成本的目的，另一方面會造成研發(fā)投入資金不能通過市場運(yùn)營的回哺，使航天可持續(xù)發(fā)展的難度加大。

2023 年 11 月 18 日，星艦在德克薩斯州博卡奇卡的第二次試飛中發(fā)射升空

增強(qiáng)美軍全球投送能力。星艦項(xiàng)目雖然由美國SpaceX私營公司研制開發(fā)，但是該公司的項(xiàng)目一直受到美國軍方關(guān)注。該公司研制的獵鷹9號火箭已經(jīng)通過軍方認(rèn)證，打破了長期以來由“統(tǒng)一發(fā)射聯(lián)盟”公司壟斷軍事航天發(fā)射的局面，使美軍天基力量布設(shè)進(jìn)入太空的成本減少一半。而此次星艦運(yùn)載項(xiàng)目研制一旦取得成功，結(jié)合其可重復(fù)使用的特點(diǎn)，將形成低成本、大運(yùn)力、高頻次的運(yùn)載能力，有望用作地球點(diǎn)對點(diǎn)運(yùn)輸工具，為美軍提供一小時內(nèi)經(jīng)太空投送百噸級物資的后勤補(bǔ)給新手段。

削弱競爭對手航天領(lǐng)域影響力。美國自2001年哥倫比亞航天飛機(jī)失事后，載人航天事業(yè)發(fā)展陷入低谷。美國載人航天發(fā)展目標(biāo)，隨著政府兩黨政治的斗爭，在“重返月球”和“登陸火星”之間搖擺不定。然而，美國家航空航天局（NASA）一直為星艦運(yùn)載項(xiàng)目提供資金與技術(shù)的扶持，將其視為“阿爾忒彌斯”計(jì)劃的運(yùn)載工具。一旦美國率先實(shí)現(xiàn)重返月球，將使大國競爭對手實(shí)現(xiàn)載人登月的轟動效應(yīng)顯著減弱。

馬斯克曾表示，2027年即可完成42000顆星鏈部署

增加對競爭對手太空安全的威脅。馬斯克的星艦一旦成功，美國開發(fā)利用太空的時代就真的到來了。星艦一次性發(fā)射300顆星鏈衛(wèi)星，也可以一次性發(fā)射300顆微型低軌軍事偵察衛(wèi)星、幾十個中軌道/高軌道大型軍事遙感衛(wèi)星，特別是星艦的量產(chǎn)化趨勢讓這些衛(wèi)星的發(fā)射和補(bǔ)充速度非?？?，獵鷹9號在重復(fù)使用模式下，LEO載荷發(fā)射能力為18.5噸，而星艦則能達(dá)到100噸，可以實(shí)現(xiàn)一箭射300星的壯舉，馬斯克豪言的2027年即完成42000顆星鏈部署并非不可能。星鏈計(jì)劃一旦成功，美軍以后作戰(zhàn)時，再也不用出動額外的通信支援飛機(jī)、中繼飛機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)全球聯(lián)合一體化作戰(zhàn)。位于美國本土的指揮部可以無縫指揮太平洋前沿的有人-無人三軍作戰(zhàn)力量聯(lián)合作戰(zhàn)，其戰(zhàn)力提升可謂是革命性的。一旦美國將太空站軍事基地化，變成太空作戰(zhàn)衛(wèi)星，那現(xiàn)有的所有防空反導(dǎo)系統(tǒng)都不可能對這么快的武器做出反應(yīng)，其他國家現(xiàn)有防線將會難以抵御，美國對競爭對手國防將造成極為嚴(yán)重的威脅。太空軍事化一旦成真，戰(zhàn)略縱深將不再存在。

思考與建議

持續(xù)加強(qiáng)對美星艦跟蹤監(jiān)視。星艦項(xiàng)目的產(chǎn)生，是瞄準(zhǔn)美國“重返月球”計(jì)劃實(shí)施而推出的，由NASA的“商業(yè)現(xiàn)貨采購”（COTs）計(jì)劃予以扶持，并與NASA正在研發(fā)的重返月球運(yùn)載工具——航天發(fā)射系統(tǒng)（SLS）形成競爭關(guān)系。如果研制成功，是否能被美國政府列入采購還有待繼續(xù)關(guān)注。

深入分析星艦新技術(shù)新理念。美國SpaceX公司在航天領(lǐng)域不斷推陳出新，主要是研發(fā)上采取了一系列新技術(shù)與新理念，如在運(yùn)載火箭發(fā)射中引入可重復(fù)概念。此次星艦項(xiàng)目研發(fā)也采取了諸多新技術(shù)。例如，使用多臺發(fā)動機(jī)并聯(lián)，其優(yōu)點(diǎn)在于利用批量化且單臺故障不會造成整體失效，但也存在缺陷，致使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)剛性降低。又如采用不銹鋼箭體機(jī)構(gòu)，雖然和鋁合金材料相比單位質(zhì)量增加，但是由于防熱性能更好，減少了防熱材料質(zhì)量，整體上看降低了成本。應(yīng)借鑒其用于創(chuàng)新的發(fā)展理念，加緊星艦這種可重復(fù)使用火箭推進(jìn)器的研發(fā)和建造力度，促進(jìn)航天力量又好又快發(fā)展。

優(yōu)化完善太空作戰(zhàn)理論體系。推進(jìn)技術(shù)戰(zhàn)術(shù)結(jié)合，加快作戰(zhàn)理論創(chuàng)新是反制作戰(zhàn)、奪取制天優(yōu)勢的重要環(huán)節(jié)。應(yīng)在研究技術(shù)運(yùn)用的同時加強(qiáng)對戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用的研究，在基于網(wǎng)絡(luò)信息體系的一體化聯(lián)合作戰(zhàn)框架內(nèi)，加強(qiáng)太空攻防戰(zhàn)法研究，緊盯美星艦突出特征，探索出適合新型武器裝備作戰(zhàn)運(yùn)用的戰(zhàn)法理論，最大限度發(fā)揮武器裝備的體系作戰(zhàn)效能。

加快推進(jìn)載人登月實(shí)施進(jìn)程。載人登月具有成為劃時代工程的潛力。為此，應(yīng)密切美國“重返月球”計(jì)劃進(jìn)展，合理評估其研制進(jìn)度，科學(xué)制訂載人登月計(jì)劃，爭取搶在美國之前成為新世紀(jì)首個實(shí)施載人登月的國家，使工程實(shí)現(xiàn)的影響與意義更為深遠(yuǎn)。