2022年2月9日，美國(guó)國(guó)家工程院發(fā)布2021年度增補(bǔ)院士名單，SpaceX創(chuàng)始人伊隆·馬斯克（Elon Musk）成功當(dāng)選。這位現(xiàn)任世界首富，成功實(shí)現(xiàn)了“名利雙收”。

“粗曠硬核”的發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng) | SpaceX發(fā)布會(huì)視頻截圖

而在兩天后，SpaceX舉行了又一次新聞發(fā)布會(huì)，這位新晉院士向大家重點(diǎn)介紹了人類史上最強(qiáng)火箭星艦（Starship）的最新進(jìn)展。

發(fā)布會(huì)的地點(diǎn)就是位于美國(guó)得克薩斯州的星艦測(cè)試基地，甚至所有觀眾就圍繞在一個(gè)簡(jiǎn)易的露天講臺(tái)、投影面板和兩臺(tái)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)旁邊，果真是非常硬核的工業(yè)風(fēng)格發(fā)布會(huì)。

那么，院士馬斯克到底說了啥？

猛禽二代發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)身

SpaceX的成名絕技是低成本、可復(fù)用、高可靠性的獵鷹9號(hào)系列火箭。之所以做到這些，根源就在于它的墨林（Merlin）系列發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是成熟的1D版本。

多次重復(fù)啟動(dòng)、可變推力調(diào)節(jié)、超高推重比、多發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)工作等特點(diǎn)，使得獵鷹9號(hào)和獵鷹重型系列均使用這一款量產(chǎn)型發(fā)動(dòng)機(jī)，火箭成本由此大幅降低。

獵鷹重型火箭的27臺(tái)墨林發(fā)動(dòng)機(jī) | SpaceX

在星艦的發(fā)展過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)依然是最核心的技術(shù)突破點(diǎn)。為此，SpaceX花了很大力氣研發(fā)新一代猛禽（Raptor）發(fā)動(dòng)機(jī)。

猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)采用全流量分級(jí)燃燒循環(huán)，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓力更大、比沖更強(qiáng)、壽命更長(zhǎng)且推力更大。它采用更低成本的液氧甲烷推進(jìn)劑，沒有液氧煤油帶來(lái)的積碳結(jié)焦問題，成本更低且可復(fù)用性能更強(qiáng)。

此前的星艦測(cè)試中，猛禽一代發(fā)動(dòng)機(jī)性能優(yōu)異，單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)185噸的推力是此前墨林1D的兩倍，見證了星艦的成功原地回收測(cè)試。

猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)兩個(gè)版本對(duì)比，可見二代更簡(jiǎn)潔，推力也更大 | SpaceX

而在這次發(fā)布會(huì)中，SpaceX正式官宣了猛禽二代的研發(fā)進(jìn)展。

在測(cè)試中它的推力已經(jīng)提升到了驚人的230噸，且整體結(jié)構(gòu)大幅優(yōu)化、更加緊湊高效，成本反而會(huì)降到初代版本的一半左右。在未來(lái)的研發(fā)中，預(yù)計(jì)它的推力還會(huì)進(jìn)一步增加。

超重推進(jìn)器B4，安裝了29臺(tái)猛禽火箭發(fā)動(dòng)機(jī) ，未來(lái)作為星艦飛船一級(jí)火箭的超重推進(jìn)器將安裝33臺(tái)猛禽二代發(fā)動(dòng)機(jī) | BOCA'S BRAIN

SpaceX已經(jīng)在新建的基地生產(chǎn)這一發(fā)動(dòng)機(jī)，未來(lái)的生產(chǎn)效率預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)每日一臺(tái)。這是一個(gè)很大的突破。實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，是讓昂貴的航天研發(fā)能商業(yè)化盈利的根本。

此外，對(duì)于載人航天器至關(guān)重要的緊急逃逸能力，猛禽也給出了解決方案：未來(lái)的載人星艦飛船，將安裝9臺(tái)猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)，推重比大于1，足以在意外情況下讓飛船安全逃離。

發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)的一代（右）和二代猛禽發(fā)動(dòng)機(jī) | Everyday Astronaut

工欲善其事，必先利其器。可以說，猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)，是星艦走向成功的核心基石。

來(lái)自東方的神秘力量——“筷子”

獵鷹系列火箭的火箭一級(jí)（助推器），作為現(xiàn)役唯一可復(fù)用的火箭，回收方式可選用地面定點(diǎn)平臺(tái)和海上定點(diǎn)平臺(tái)。自2015年12月實(shí)現(xiàn)首次成功回收之后，回收技術(shù)越發(fā)成熟，目前已成功回收超過100次，有4枚助推器突破了10次重復(fù)使用，這個(gè)數(shù)據(jù)還在不斷增加。相應(yīng)的，回收精度也在顯著提升。

于是，采用更強(qiáng)推進(jìn)系統(tǒng)的星艦干脆計(jì)劃采用一個(gè)更大膽的回收方案：通過巨大的機(jī)械臂在空中接住降落回來(lái)的火箭，馬斯克本人在社交媒體更是把這個(gè)巨大的鋼鐵結(jié)構(gòu)叫做“筷子”（Chopsticks）。

軌道發(fā)射塔上夾住上邊星艦飛船的，就是“筷子” | SpaceX

不過，它的工作原理和筷子還是有一定區(qū)別。畢竟，直接用這么巨大的鋼鐵結(jié)構(gòu)像夾菜一樣夾住飛行中“薄皮大餡”的火箭，實(shí)在是充滿了風(fēng)險(xiǎn)。

它的實(shí)際作用更像是一個(gè)巨大的吊車，可復(fù)用的火箭飛回來(lái)并逐漸減速懸停，塔架結(jié)構(gòu)與火箭柵格舵末端結(jié)合鎖定，從而吊起巨大的火箭。

回收模擬動(dòng)畫非常科幻 | SpaceX

這種設(shè)計(jì)的好處顯而易見：火箭不需要設(shè)計(jì)巨大沉重的著陸腿，火箭整體運(yùn)輸效率更高；火箭直接回收到發(fā)射塔架，無(wú)需經(jīng)歷轉(zhuǎn)運(yùn)、維護(hù)和再組裝等過程，復(fù)用周期能極大縮短。

不過缺點(diǎn)也很明顯，萬(wàn)一在回收過程中出現(xiàn)什么意外，整個(gè)發(fā)射塔架怕是要被炸沒了。

發(fā)布會(huì)前，“筷子”吊起星艦飛船，完成了與超重推進(jìn)器的合體組裝，也算是小試了一把身手 | NASA Spaceflight

可以說，這是一個(gè)極具創(chuàng)新性的“天馬行空”回收策略。期待“不斷把大膽想法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)”的SpaceX，能夠繼續(xù)給我們帶來(lái)驚喜。

新一代隔熱瓦

星艦的目標(biāo)是全箭回收，這意味著飛出大氣層已經(jīng)入軌的飛船本身也必須再入大氣層并完整飛回地表，難度遠(yuǎn)超現(xiàn)有的僅回收火箭一級(jí)。

畢竟，火箭一級(jí)速度更慢、高度更低、回收過程不必經(jīng)歷劇烈的空氣摩擦和產(chǎn)熱。而從大氣層外飛以軌道速度返回就是另外一番光景了，劇烈的空氣沖擊是所有航天器的噩夢(mèng)。

航天飛機(jī)的隔熱瓦，是航天飛機(jī)維護(hù)費(fèi)用高昂的原因之一 | NASA

此前最為成功的策略是同樣可復(fù)用的航天飛機(jī)，它的核心在于遍布底部和關(guān)鍵部位的隔熱瓦/毯。重量低、體積小卻能隔絕上千攝氏度高溫，也導(dǎo)致這種小小的瓦片價(jià)格極高且維護(hù)更換成本暴增。

正因如此，隔熱瓦也是星艦研發(fā)中的核心技術(shù)。過去幾年，SpaceX在這方面的研發(fā)取得了一系列突破性進(jìn)展，NASA和美國(guó)空軍也都給予了研發(fā)合同支持。

星艦飛船上使用的隔熱瓦，形狀更統(tǒng)一，方便批量生產(chǎn)和維護(hù)，從而將成本降到更低 | SpaceX

在可以預(yù)見的將來(lái)，這些隔熱瓦不僅SpaceX自用，也會(huì)應(yīng)用到美國(guó)的其他航天器上。

何日入軌

眼下值得期待的就是星艦的首飛時(shí)間。

不過這可不是SpaceX研發(fā)進(jìn)度說了算的，還需要等待聯(lián)邦航空管理局（FAA）的全面環(huán)評(píng)。畢竟，這個(gè)近5000噸的龐然大物首飛可不是個(gè)小事件，它甚至遠(yuǎn)超了曾經(jīng)3000噸級(jí)的土星五號(hào)登月火箭。

從發(fā)布會(huì)透露的信息來(lái)看，順利的話今年3月就有可能獲批，鋪平年內(nèi)入軌首飛測(cè)試之路。未來(lái)還會(huì)有位于肯尼迪航天中心的發(fā)射場(chǎng)，甚至還有海上發(fā)射場(chǎng)。

星艦全箭發(fā)射模擬動(dòng)畫 | SpaceX

有了上述作為基礎(chǔ)，這次發(fā)布會(huì)提出的一系列“奪人眼球”大新聞就不奇怪了，例如：

• 星艦整體成本甚至大幅低于獵鷹9號(hào)火箭，單次發(fā)射費(fèi)用約為1000萬(wàn)美元；
• 超重助推器能在發(fā)射后數(shù)分鐘成功回收，并在1小時(shí)后再次發(fā)射；
• 未來(lái)可實(shí)現(xiàn)3天生產(chǎn)一套星艦和超重助推器，且1天能發(fā)射3艘星艦。

目前來(lái)看，這些遠(yuǎn)景并不算“馬式吹牛”。星艦已經(jīng)獲得了NASA的載人登月合同，這算是官方肯定。日本富豪前澤友作早已拍下了星艦的首次月球之旅，他也剛用一次國(guó)際空間站之旅證明了自己乘坐星艦的決心。

而前往火星，則是SpaceX既定的計(jì)劃，并未動(dòng)搖過。在發(fā)布會(huì)中，火星城市、火星航班、火星開發(fā)，是所有人預(yù)期中的內(nèi)容了。

除此之外，擁有超強(qiáng)客運(yùn)和貨運(yùn)能力的星艦，在能實(shí)現(xiàn)高頻率發(fā)射和簡(jiǎn)易回收方式后，本身也將變成一種高效的地球上洲際運(yùn)輸方案。

或許，未來(lái)，我們的天空會(huì)頻繁出現(xiàn)星艦的身影。它們中有的在前往另一個(gè)大洲，有的則在飛向另一個(gè)星球。