SpaceX星舰

位于星港的星舰(Starship)与超重型推进器(Super Heavy)原型机

SpaceX星舰（英语：SpaceX Starship），是由SpaceX推出的下一代发射载具，这一概念于2017年9月由伊隆·马斯克正式公布。星舰预计将代替猎鹰9号、猎鹰重型运载火箭以及天龙号太空船等载具执行地球轨道上的任务。除了地球轨道，星舰在轨道上加注燃料后，也可以完成地月转移以及直击火星的任务。<ref name="musk20170929" />

SpaceX在2012年左右开始开发火星殖民系统（MCT，即星舰前身），火箭使用的猛禽火箭发动机则在2016年开始测试。SpaceX在2018年3月开始制造BFR的首个火箭原型，随后伊隆·马斯克在一场发布会上宣布了BFR的后续计划。在发布会上马斯克重新命名了BFR，他将第一级助推器称为超重型推进器（Super Heavy），将第二级飞船称为星舰（Starship）。SpaceX同时表示其最初期望是在2022年发射货运飞船去火星，然后在2024年执行载人计划。整个计划包含了可重复使用的运载火箭以及用于支持火箭快速发射、复用的地面基础设施，SpaceX还会研发可以在近地轨道进行在轨加注燃料的技术。作为超重型运载火箭，星舰的近地轨道运力将不低于200公吨（200长吨）。

这一概念名称的演变顺序为：重型运载火箭概念（BFR）^2005年→火星殖民运输器（MCT）^2013年→行星际运输系统（ITS）^2016年→大猎鹰火箭（BFR）^2017年→星舰（Starship）^2018年

如今，SpaceX正在采用不锈钢来建造用于测试的一系列星舰原型，因为不锈钢的廉价与加工的便捷性，原型的建造变得十分迅速。SpaceX希望为原型搭建专门的生产流水线，这使得SpaceX可以在更高的频率下进行火箭测试并快速地从中发现问题，之后SpaceX就可以针对该问题迅速地做出改进。

早在2005年，SpaceX就将“BFR”作为计划中超重型火箭的名称，并称“BFR”的性能会“远远地超过Falcon系列火箭”。其目标为100吨（220,000磅）轨道运力。从2013年年中开始，SpaceX将整个任务和火箭统称为火星殖民运输器。当2016年9月12米直径设计亮相时，SpaceX就将整个系统称为行星际运输系统（ITS），并将运载火箭本身称为ITS运载火箭。

2017年9月，SpaceX公布了9米直径的新设计，该火箭改名为“BFR”。伊隆·马斯克在发布会上说“我们正在寻找正式的名称，但代称目前是BFR。”SpaceX总裁格温·肖特维尔随后表示BFR的全称是“Big Falcon Rocket”。

然而，伊隆·马斯克过去曾解释说，关于BFR的命名，他是从游戏《毁灭战士》中的BFG武器中汲取的灵感。因为BFG武器在《毁灭战士3》中的名称是Big Fucking Gun，所以BFR偶尔也被媒体称为“Big Fucking Rocket”。

火箭的第二级是一艘可独立飞行的宇宙飞船，2017 - 2018年间，第二级被称为“BFS”（Big Falcon Ship）。第一级助推器被称为“BFB”（Big Falcon Booster）。

2018年11月，在一场发布会上，第二级宇宙飞船改名为“星舰（Starship）”，第一级助推器被命名为“超级重型（Superheavy）”，而整个火箭的名字也为星舰。

发展过程

开端

早在2007年，伊隆·马斯克就表示他个人的目标就是最终能让人类得以探索并殖民火星。关于登陆火星的计划架构在2011到2015年间被陆陆续续揭露开来，其中一份2014年的声明表示最初的殖民者到达火星的时间不会早于2025年，时至2016年年中，此项计划仍然把这一日期定为不早于2025年。

2011年，马斯克在一次采访中表示他希望在10-20年内把人类送上火星。2012下半年，他表示他设想了一个人口达数万人的火星殖民地，而其中的殖民者到达火星的时间不早于2025年。

2012年3月份，新闻报道声称猛禽火箭发动机上面级已经开始研发，但当时SpaceX没有公布任何细节。

2012年10月，马斯克构思了一个高层面上的有关建造第二套运载能力远超猎鹰九号与猎鹰重型的可重复使用火箭系统的计划，而SpaceX已经在原先的系统上花费了数十亿美元。这款新运载火箭将会是对猎鹰九号火箭作出的的一次“演进”，而且将会大许多。但马斯克表示在2013年前SpaceX不会公开发表这项计划。

2013年6月，马斯克表示他打算在“火星殖民运输器”定期飞行之前推迟对SpaceX的首次公开募股。

2014年8月，有媒体消息人士推测，SpaceX超重型运载火箭的最早试飞最早可能会在2020年进行，以便在太空轨道飞行条件下对发动机进行全面测试。

2015年初，马斯克表示他希望在2015年底发布有关火星殖民运输系统“全新架构”的细节。马斯克的这些计划最终因为一次SpaceX的发射意外被推迟，而SpaceX公司直到2015年十二月下旬才恢复发射。

2016年9月，马斯克公布了一项SpaceX的设计概念，该概念为一款直径12米（39英尺）的大型运输火箭：ITS运载火箭。ITS运载火箭将会专门用于行星际运输。同时马斯克还讨论了SpaceX火星运输任务的整体细节。这其中包括ITS运载火箭的一部分数据（核心直径，火箭结构材料，发动机的数量和类型，推力，货物和乘客有效载荷能力），在轨推进剂 - 油轮补充装置，运输所需的大概时间和火星侧与地球侧基础设施的一部分。为了完成火星运输任务，SpaceX需要建造一组共三架飞行器。

构成2016 ITS运载火箭概念的三种不同的火箭是：

ITS助推器，运载火箭的第一级

ITS宇宙飞船，一个用于长期居住/载货的太空飞船，作为火箭的第二级

ITS油轮，另一个第二级，设计用于携带更多推进剂，为太空中的其他ITS火箭加油

该演讲也提出了更大的愿景，希望其他感兴趣的各方（无论是公司，个人还是政府）能够利用SpaceX所希望建立的，新的，成本低得多的运输基础设施，以便在火星上实现可持续的人类文明。

2017年7月，马斯克表示ITS的设计已经“改进了很多”。改进后的设计使该系统对大量的地球轨道和顺式发射更为有利，这样系统可以通过近地空间区域的航天经济活动来收回成本。

揭幕

2017年9月，在国际宇航大会第68届大会上，SpaceX公布了最新的火箭设计。马斯克在大会上说：“我们正在寻找正式的名称，但目前代称是BFR。”采用甲烷分级燃烧火箭发动机技术，最初会用于地球轨道和地月飞行环境，将来也可用于飞往火星的任务。

SpaceX于2017年修订的设计是一种直径为9米（30英尺）的碳复合材料技术火箭，它的后端包括一个小三角翼，其中一个是用于控制俯仰和滚转的分瓣。其三角翼和分裂襟翼能够扩大飞行包线，以使飞船能够在各种大气密度（无，薄或重的大气层）中降落，并可供各种有效载荷（小型，重型或无载荷）放置在飞船的鼻锥里。该火箭的第二级有三种版本：BFS货运，BFS油轮和BFS载人。货物版本将用于发射卫星到低地球轨道 - 提供“比以前更为量大的撒土豆行为” - 还能运输货物到达月球和火星。在高椭圆形地球轨道上重新加油后，宇宙飞船的设计将使其能够一次性登陆月球并返回地球而无需再次加油。

此外，BFR系统在理论上被证明能够以快速地对地的方式运载乘客或货物，并在90分钟内将其有效载荷运送到地球上的任何地方。

截至2017年9月，猛禽火箭发动机已经过42次主发动机测试，共计有1200秒的测试点火时间。测试发动机在 20MPa（200bar; 2,900psi）压力下运行，而飞行发动机的室压目标则是25 MPa（250 bar; 3,600 psi），SpaceX预计在后续迭代中让发动机达到30 MPa的室压（300 bar; 4,400 psi）。

2017年11月，SpaceX总裁兼首席运营官Gwynne Shotwell表示，大约一半的BFR开发工作都集中在猛禽火箭发动机上。

2017年SpaceX的目标是在2022年将前两个货运载荷送到火星，这两个货运载荷的目标是“确认水资源并识别危险”，同时为未来的航班安装“电力，采矿和生命支持基础设施”。其次是2024年的四艘船，包括两艘载有人员的BFR太空船与两艘装有货物的船，两艘货运飞船将带去额外的设备和用品，其目的是在火星建立推进剂生产厂。

到2018年初，SpaceX已在洛杉矶港开始建造一座新的永久性生产设施，用于制造其直径9米的碳纤维复合材料箭体。2018年3月，第一艘船的制造工作正在港口的一个临时设施中进行，该公司继续公开表明其最初的理想目标是在2022年就能执行BFR去往火星的载货任务，随后是2024年飞往火星的首次载人任务，这符合2017年末提到的时间表。

早在2015年，SpaceX就一直在寻找制造设施的地点，以供建造大型火箭，并在加利福尼亚州，德克萨斯州，路易斯安那州，截至2017年9月，SpaceX已经开始制造运载火箭的部件。“我们已经订购了用来制作储料罐的工具，该设施正在建设中，我们将在2018年第二季度开始建造第一个原型。”

在2018年3月，SpaceX宣布将在2018 - 2019年在洛杉矶港海滨大道建造的新工厂生产下一代9米直径（30英尺）的运载火箭和太空船。SpaceX租用了18英亩的土地10年，可以进行多次更新，并将利用该场地来制造箭体，在海上着陆后复查箭体，以及对助推器和宇宙飞船进行翻新。新工厂分别在2018年4月和5月份由海港事务委员会与洛杉矶市议会通过最终监管批准。那时，大约已有40名SpaceX员工正在设计和建造BFR。随着时间的推移，该项目预计将有700个技术职位。洛杉矶的临时设施是一个203500平方英尺（18910平方米）的建筑物，大约有105英尺（32米）高。完全组装的运载火箭预计将通过驳船运输，通过巴拿马运河，运往佛罗里达州的卡纳维拉尔角进行发射。

2018年8月，美国军方首次公开讨论了使用BFR的兴趣。美国空军空中机动司令部负责人，对BFR在30分钟内点对点地将150吨载荷投放到世界上任何一个地方的能力十分感兴趣。他们预计这类大型运输能力“可能在未来五到十年内拥有”。

在2018年9月宣布的2023年月球环游任务计划中 - 一架名为#dearMoon私人环游任务的星舰展示了第二级和星舰的新设计概念，其中有三个后鳍和两个前鸭鳍，用于大气进入，取代了在一年前显示的三角翼和分裂襟翼设计。修订后的BFR设计在第二级使用了七个相同尺寸的猛禽发动机；与第一级使用的发动机型号相同。第二级设计在船头附近有两个小的驱动式鸭鳍，在底部有三个大鳍，其中两个将启动，所有三个都用作着陆腿。此外，SpaceX还在本月下半月表示他们“不再计划为Falcon 9升级可重复使用的第二级”。BFR运载火箭的两个主要部分在11月份被赋予描述性名称：第二级/上面级的Starship和第一级/助推级的“Super Heavy”，马斯克指出“建造Super Heavy是为了远离地球的深重力井”（在其他行星或卫星可以不用第一级）。

新的设计思路

2018年12月，在开始建造第一个碳复合材料测试部件九个月后，马斯克宣布将采取“违反直觉的新设计思路”：SpaceX主要用于制造火箭结构和推进剂罐的材料将是“相当重的……但非常坚固”的金属。这随后被证明是不锈钢。

继马斯克个人去到博卡奇卡的SpaceX南得克萨斯州发射场后，马斯克便透露，第一个星舰试验品“星斗”已经建造了几个星期。正如先前所想，星斗将由300系列不锈钢而非碳复合材料制成。根据马斯克的说法，使用不锈钢的原因是“不锈钢明显便宜，而且建造起来很快。它并不是最轻的，但它实际上是最轻的。如果你看一下高品质的属性不锈钢，不明显的是，在低温下，不锈钢的强度提高了50％。”300系列不锈钢的高熔点仍然意味着星舰的背风侧在重返大气层时不需要绝缘陶瓦，而更热的迎风面将可以使用更少的绝缘陶瓦以隔绝热量。

星斗将用于火箭原型测试与开发着陆/低空/低速控制算法。测试火箭只会安装三台猛禽火箭发动机，飞行高度不超过5公里，预计最初飞行时间不会早于2019年上半年。

到2019年3月，SpaceX已经取消了他们从Ascent Aerospace购买的数百万美元的碳复合材料生产工具，放弃了所有在洛杉矶港的生产计划，并关闭了复合材料制造厂。

Super Heavy原型建造原本计划在2019年第二季度之前开始。第一批建造的Super Heavy助推器的发动机会少于全尺寸型的28台猛禽火箭发动机，这仅仅是因为早期试飞不需要那么多发动机，而且此举会减少在早期试飞中发生助推器故障时SpaceX的损失。

火箭结构

SpaceX下一代运载火箭设计结合了几种元素，根据马斯克的说法，这些元素将使长时间超越地球轨道（BEO）的太空飞行成为可能。SpaceX预测该设计可以降低发射成本。它还将服务于传统近地轨道市场的所有可用任务。这使SpaceX将其大部分开发资源集中在下一代运载火箭上。

完全可重复使用的超重型运载火箭将由两个主要部分组成：一个可重复使用的助推器级，名为Super Heavy，以及一个可重复使用的第二级，带有一个集成的有效载荷部分，名为Starship。

将运载火箭的第二级与长时间宇宙飞船相结合将是一种独特的太空任务结构。这种架构取决于轨道加油的成功与否。

运载火箭的主要特征包括：

两个阶段都被设计成完全可重复使用，助推器返回降落在发射架旁，而第二级/太空船也将有能力返回到发射架附近。两者都将使用SpaceX早期开发的可重复使用的运载火箭技术。
完整的Starship -Super Heavy堆栈将比自由女神像还高。
使用特殊机械臂(亦称为”筷子“)捕捉及堆叠星舰及超级重型助推器。

第一级：Super Heavy（超重型推进器）

超级重型

Super Heavy（超重型推进器）是SpaceX下一代运载火箭的第一级助推器，长69米（226英尺），直径9米（30英尺），预计总升空质量为3,530,000千克（7,780,000磅）它由不锈钢罐和支撑结构构成，使用过冷液态甲烷和液氧（CH 4 / LOX）推进剂，由29个猛禽火箭发动机，其中内环9个猛禽发动机可改变推力方向。版本二将在2021年底提升猛禽发动机数量至33个，其中内环13个猛禽发动机可改变推力方向，33具发动机总共提供72 MN（16,000,000 lbf）起飞推力。后续机型将亦会提升猛禽发动机推力至7500吨，推重比接近1.5。根据FAA有关星舰环境调查报告，超级重型最多可安装猛禽发动机数量为37个。截至2022年2月，马斯克表示超级重型在不改变直径前提最多可以安装33具二代猛禽发动机，而超级重型能够在30分钟内完成补充燃料。

它将拥有4个无法收缩的栅格翼但没有任何降落腿。在后续建造的助推器，将进一步减少至3/2格栅翼。

回收

原型助推器目前不能进行回收，只能使用水上着陆避免爆炸，但在后续原型（最早B7）将会改为由发射塔以筷子(Chopsticks/ Mechazilla)进行空中捕捉。

第二级/宇宙飞船：Starship（星舰）

艺术家对BFR上级推进器分离时的想像图

星舰是一种可重复使用的航天器，也可作为运载火箭第二级，具有集成的有效载荷部分。星舰至少会有以下变种：

载人星舰：一种大型，可供人员长时间驻留的航天器，能够在地球上的点对点目的地、近地轨道或行星际目的地之间往返运送乘客与其附带的少量货物。

油轮：油轮的全部空间都将用于携带燃料，以便为轨道上的载人/载货星舰进行在轨加注。

载货星舰：目前已知有两种变体，分别是具有双门式鼻锥，用于将航天器送入轨道，或进行太空回收（目前测试鼻锥拥有此设计）。第二种变体则为单门式鼻锥，用于将星链卫星送入太空（S24为第一艘星舰拥有此设计）。截至2022年2月数据，星舰可以携带100-150吨航天器，在轨道加油后更可以达到200吨。

星舰人类登陆系统：2020年4月30日，NASA选择了SpaceX参与其阿尔忒弥斯计划，SpaceX将会为NASA建造一款可重复使用的月球着陆器。计划中的着陆器将会是星舰的简化版，仅用于在月球表面和LOP-G之间往返运送宇航员和货物。此版本的星舰因为只需往返月球轨道与月面，因此不需要安装大气重返大气层所需的襟翼和隔热盾。为了不扬起月尘，使用较小着陆发动机将安装在星舰的上半部分。

深空飞行器：一种大型的深空飞行器，没有返回地球所需的襟翼，海平面猛禽发动机，隔热瓦及捕捉固定锁，因此没有返回地球重用的能力。此版本的星舰将会用于长时间的深空探测。

油轮码头：油轮码头高度比星舰更高（未有确切数据），没有返回地球所需的襟翼，海平面猛禽发动机，隔热瓦及捕捉固定锁，因此没有返回地球重用的能力。油轮能够与其对接并补充燃料，再为其他星舰进行燃料加注。

星舰的主要特征包括：

设计使得该船可以垂直起落，使之能从地球轨道重返大气层返回到发射台附近，亦可进行地对地、点对点的亚轨道飞行。
SpaceX预计着陆可靠性最终能够达到“航空公司的级别”。
交会和对接操作将自动化。
油轮与各种星舰变种之间的在轨推进剂转移。
一艘星舰在在轨装载后能够将它的有效载荷运输到月球或火星，甚至更远的星体。
不锈钢结构和罐体结构。它的强度 - 质量比与早期的SpaceX设计替代碳纤维复合材料相当或更好，在预期的温度范围内，可以承受从低温推进剂的低温到大气重返大气层的高温。
该航天器的大部分结构将采用不锈钢合金制造，该合金“已经过一种深冷处理，其金属是冷成型/加工生产低温处理钢，比传统的热轧钢更轻，更耐磨。”
针对大气折返的恶劣条件，热盾系统将使用黑色六角形隔热瓷砖以覆盖星舰的迎风面。
依据2017年的发布会所言，星舰将具有约1000m³（35,000立方英尺）的加压空间。这些空间可以分配为多达40个舱室，包括一个公共区域，中央存储器，厨房，和一个太阳能火星任务的耀斑避难所。在2018年的改进设计中，星舰可以有12个未加压的货物集装箱总共88m³（3100立方英尺），但那些货物集装箱的设计空间也可能最终用于安排猛禽发动机的插槽。截至2019年，设计仍然在不断变化。
灵活的设计选择：能够修改星舰的引擎数量，或是去掉星舰的襟翼，隔热罩和着陆腿 - 以优化质量比。

降落及回收

目前星舰原型舰使用一次性降落脚进行测试，以减低测试失败所造成的损失，及原型舰暂时不适合重用。

星舰将使用6个可伸缩降落腿进行回收，但根据马斯克最新计划，现在将会改为由地面捕捉塔以支架捕捉爪进行堆叠及空中捕捉。

生产

按照2022年2月10日SpaceX星舰简报会，计划每三天生产一艘星舰。

未来发展

在后续星舰，将会调整前襟翼更接近星舰的背面。更有可能会移除前襟翼以进一步减少重量，提升质量比。

系统测试

从2017年10月开始，BFR概念揭幕后的一个月，就有爱好者猜测火箭的飞行试验将从星舰的亚轨道跳跃开始，而初步的飞行测试最早会在2019年开始。到了2018年9月，第二级星舰的跳跃将在德克萨斯州布朗斯维尔附近的SpaceX南德克萨斯发射场进行。SpaceX于2018年11月向美国联邦通信委员会申请了一项实验无线电通信许可证，向美国联邦航空局申请了一项试验性许可证，以支持试飞计划，从许可上看，所有试飞都将保持在海拔5公里（16,000英尺）以下。测试载具星舰和测试地点德克萨斯发射场都将在2018年底开始建造。

用于第一次试飞的星虫的主要结构，即是用于低空测试的星舰的缩减版本，它于2019年1月10日建造完成。1月的晚些时候，星虫遭遇了大风，大风损坏了鼻锥结构，而水塔结构和火箭支腿则保持了完整。随后SpaceX表示他们不会再做一个鼻锥，因为低速飞行测试不会用到鼻锥。

星舰原型测试

星舰不会是一次定型的火箭，SpaceX计划用一系列的原型测试来逐步改进星舰，最终到达设计目标，这一源于互联网开发思维的做法，被称为“快速迭代”。因此，用于测试的“测试机”将会多达几十多个，它们中的大多数将在各种各样的测试中损毁，这在火箭开发上是史无前例的。

改良版轨道级星舰

从星舰-24（S24）起，所有建造的星舰将安装3具第二代海平面猛禽发动机及最少3具，最多6具第二代真空猛禽发动机，推力比将有所增加。

可执行的任务

星舰预计将代替大部分的猎鹰9号、猎鹰重型运载火箭以及龙飞船任务。

星舰计划适用于以下任务：

地球轨道探索
在地月轨道之间的长期飞行任务
火星任务，作为货船和载人太空船
经济的太空远距离旅行：在不到1小时的时间内完成次轨道内点对点运输。
用于为星链计划组网而发射星链卫星
可重复使用的月球着陆器，在月球表面和LOP-G之间往返运送宇航员和货物。

批评

星舰飞行器的设计被批评不能充分保护太空人免受火星飞行任务中的电离辐射的伤害。马斯克表示，他认为前往火星的时间很短，不会导致罹患癌症的风险增加，他说：“这没什么大不了的。”据估计，由多次执行火星任务导致的终身罹癌风险约为增加5％，而这可以通过简单的屏蔽措施将其大大降低。

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