星艦發展簡史：從PPT設想，到筷子夾火箭成真！

10月13日，馬斯克的太空探索技術公司SpaceX，正式完成了星艦的第五次試飛，首次成功實現了超重助推器的着陸回收，從最早的PPT設想，再到筷子夾火箭的調侃變成現實，星艦距離完全複用運載器僅一步之遙，本文再回顧星艦歷年的發展歷程。

1.早期設想概念

星艦最早來源於馬斯克的一個設想，2005年11月份，SpaceX發射第一枚火箭獵鷹1號前，馬斯克首次提出想建造一種兩級結構的大型獵鷹火箭，助推火箭和飛船均可回收重複利用，可以將貨物和乘客運送到地球軌道、月球和火星；

2012年，馬斯克首次向公衆公開了自己的想法，表示計劃開發一款遠超獵鷹9號的火箭，馬斯克稱其爲火星殖**輸機，主要將人類運往火星；2016年，火星殖**輸機更名爲行星際運輸系統（ITS），馬斯克同時還公佈了運載火箭、航天器和猛禽發動機的更多細節。

2016年9月份的國際宇航大會，SpaceX首次進行猛禽發動機點火測試，同時也開始啓動原型機BFR大火箭的開發，當時由於主流的火箭均使用碳纖維，碳纖維優點在於輕質高強、耐腐蝕，所以BFR原計劃也是碳纖維結構，但是缺點也很明顯，一是成本極高，當時碳纖維每公斤約130美元，需要用多層纖維包裹並固化數小時，工藝耗時且容易出錯。

猛禽發動機主要使用液氧和甲烷作爲燃料，也就是我們熟知的天然氣，價格比液氫低得多堪稱“白菜價”。時間很快來到2018年12月，馬斯克宣佈BFR大火箭將使用不鏽鋼，加工工藝比較簡單，在低溫環境下通過軋機卷壓就能形成所需的結構，大大減少了加工的複雜性和成本，同時還非常耐高溫不需要厚重的隔熱層，維護成本也更低，當時不鏽鋼的設想也讓全網羣嘲。

隨後，馬斯克正式將BFR更名爲Starship星艦，其實整個飛行器有兩級結構，二級飛船叫Starship星艦，一級駐退機叫Super Heavy超重助推，馬斯克還宣佈星艦不需要隔熱層，只需要加一些類似於航天飛機可重複使用的輕薄隔熱瓦即可。

2.原型測試快速迭代

2019年，星艦首個原型機“星蟲”（Starhopper）在博卡奇卡建設完畢，外型像個大水塔，雖然具有完整的9米直徑，但沒有頭部儲罐，高度與完整版的星艦還不能比，樣子非常簡陋，3月份星蟲完成了幾次靜態點火；7月25日，星蟲搭載單個猛禽發動機測試達到了約20米的高度；8月27日，星蟲測試上升到150米，最終降落在距離發射臺約100米的地方，這也是猛禽發動機第一次真正意義上的飛行；9月3日，星蟲Starhopper被轉移到博卡奇卡發射場附近的停車場。

與此同時，SpaceX團隊開始在德州和佛州建造高空原型Mk1和Mk2，讓團隊相互競爭，同時還要實時與馬斯克分享技術進展和個人見解，Mark系列原型機配備三個猛禽發動機，預定目標是達到5公里高度，Mk1直徑同樣爲9米，高度達到約50米，空重200噸，主要是測試飛行和再入實現亞軌道飛行，然而不幸的是Mk1在11月的一次液氮壓力測試中爆炸了。

但對於SpaceX團隊來說“失敗”早已是家常便飯，所有的失敗都是快速迭代的一部分，他們需要做的是快速找到問題並解決，然後繼續投入到第二次測試。佛州Mk2的團隊與德州Mk1團隊分享了失敗經驗，Mk2項目暫停；在壓力測試爆炸後的第10天，Mk3原型機正式開始建造，馬斯克將其重新命名爲SN 1，馬斯克還補充每一代SN都會進行一次小改進，預測至少要迭代到SN 20，纔可能打造出1.0版本星際飛船。

2020年3月，Mk3/SN1發動機圓盤無法承受儲罐重量，導致儲罐爆炸破裂，馬斯克的宏偉計劃再次遇挫；4月份，SN3原型機由於測試配置，未能承受住裝滿液氮的甲烷儲罐壓力，導致儲罐再次坍塌皺縮，並在重力作用下幾近解體；

Mk1 SN 1

3.首次低空飛行

5月份，SN4成爲首個通過超低溫壓力測試的全尺寸原型機，首次完成靜態點火，但是在第5次靜態點火關閉發動機後爆炸，液態甲烷噴出在博卡奇卡基地形成巨大的雲團，SN4的下部液氧罐成了碎片，上部液甲烷罐也遭到損壞，發射基座也因爲這次爆炸燬掉，但幸運的是SpaceX已經有了替換的發射架，可以繼續進行快速迭代測試。6月份，SN7完成了破紀錄的壓力測試後爆炸（SN7並非全尺寸星艦原型機）。

2020年8月5日，在星蟲首飛一年後，不鏽鋼大水塔SN5原型機完成靜態點火，並且成功完成首次低空飛行測試，達到了150米的高度，降落在附近的停機坪上；2020年9月3日，短短一個月後，酷似雙胞胎的SN6也完成重複的跳躍，同時SpaceX的猛禽真空發動機在德克薩斯州麥格雷戈進行了首次全時點火測試，真空發動機有更大的噴管，爲星艦提供足夠的推力。

實際上SpaceX遇到的最大阻力幾乎都來自FAA和各種動保、環保組織，2020年9月，SN6測試的同時，SN8、9、10、11、12幾乎都已經亮相等待測試；9月23日，SN7的改良款SN7.1在極限壓力測試中爆炸（SN7.1爲測試儲罐）；

4.對抗FAA

2020年10月，星艦SN8是首個擁有全尺寸上層的原型機，不過並沒有加裝隔熱瓦，SN8完成了4次靜態點火測試；2020年12月8日，SN8首飛達到了12.5公里的高空亞軌道飛行，儘管返回地面時發生了爆炸，但依然被認爲是非常成功的測試，完成了猛禽發動機的測試、飛行器的氣動進入能力和推進劑輸送管理情況，還嘗試了着陸翻轉動作。

但是這一次測試也引起了FAA的不滿，他們認爲馬斯克無視了爆炸警告，展開爲期兩個月的調查，FAA的負責人批評馬斯克經常違規，沒有進行程序檢查就發射；此外環保組織也對SpaceX的星艦項目提出了訴訟，希望FAA進行更深入的環境評估，他們覺得馬斯克的星艦可能會對一些瀕危物種的棲息地造成傷害。

5.第一次軟着陸

2021年2月2日，星艦SN8的雙胞胎升級版SN9測試，上升達到大約10公里的高度後進行了姿態調整，並嘗試了控制下降和着陸，但在着陸過程中，由於一個猛禽發動機未能重新點火，導致SN9着陸速度過快，並最終發生了RUD硬着陸。3月3日，星艦SN10完成了SpaceX的第三次高空飛行測試，三個猛禽發動機推動，飛行至大約10公里的高度，然後進行了一系列複雜的操作，包括轉換推進劑到內部頭罐、爲着陸準備的儲罐，然後重新定位自己進行再入和控制空氣動力學下降。

SN10和SN9同框

在下降過程中，SN10利用四個襟翼進行主動空氣動力學控制，通過機載飛行計算機控制，以精確的姿態在預定地點着陸，SN10的猛禽發動機在着陸翻轉機動前重新點燃，並且成功地在着陸臺上軟着陸，不過在着陸不久後就爆炸，這一次雖然再次爆炸，但仍然相當成功，提供了寶貴的數據和經驗，有助於改進後續的星艦原型機設計和測試。

2021年3月27日，馬斯克在短短兩個月內進行第三次測試，SN11進行10公里高度的高空飛行測試，這一次就沒有前面幾次那麼成功，箭體在空中發生瞭解體炸成碎片。由於SN8-SN10較爲成功，結果遠超預期，所以SN12並沒有完全建造完畢，SN12、SN13和SN14的建造被取消，僅有SN12的鼻錐作爲試驗結構得以保留，4月28日，SN12鼻錐進行了結構驗證測試，但沒有測試到結構失效。

2021年5月5日，SN15成功完成了10公里高的高空飛行測試，並且首次實現了安全着陸，沒有發生爆炸，發動機區域起火但很快就被撲滅，這一次也是SpaceX星艦原型機在高空飛行實驗中的重大突破！由於SN15快速迭代結果再次超出預期，SN16、SN17、SN18、SN19均僅完成簡單測試，或是直接停止建造並被報廢，工作重心轉向SN20+。

6.星艦首飛

2021年7月，馬斯克將SpaceX的命名從SN改成了Ship，星艦首次迎來完成的合體，用大型起重機將Ship20放在助推器B4的頂部；8月份，B4安裝好了29臺發動機，同時增加了柵格翼；10月份，筷子機械臂正式安裝在發射塔上；12月份，B4完成首次低溫驗證測試和氣動驗證測試，隨後與Ship20/SN20一起退役，此外B5也和SN15、SN16一起退役，B6則是轉爲B6.1測試罐。

2022年6月，星艦的首飛仍遲遲未來，FAA認定SpaceX在環評中存在75個以上的問題需要改進。22年7月，B7測試了33臺猛禽發動機的液氧渦輪泵，導致底部發生爆炸，摧毀了一根壓力管，同時還對發射臺造成輕微損壞；22年11月，Ship24已經完成了全部6臺發動機的靜態點火測試，只待首飛；22年也是最難熬的一年，前面從19年的星蟲早期測試，到20年SN5-SN8的低空飛行，再到21年SN9-SN15着陸取得成功，幾乎是一年一次大變樣。

時間來到2023年1月，S24+B7完成溼彩排；4月14日，星艦首飛終於獲得FAA批准；4月17日，星艦S24和超重助推B7合體，高度來到120米，成爲人類有史以來最高的火箭！首飛原計劃在4月17日進行，但由於星艦的壓力閥似乎被凍結，星艦首飛推遲到4月20日，星艦飛船入軌繞地球近一圈，33臺猛禽發動機中有5臺熄火，星艦飛行姿態失控，在30公里高度爆炸解體。

7.第二次試飛

在第一次試飛後，SpaceX開始對發射架進行修復，發射塔的地基被加固，23年8月，SpaceX繼續向FAA提交了下一次試飛會改正的63項措施，最終FAA在9月8日結束了對SpaceX的調查；10月31日，FAA對星艦第二次試飛的許可纔到；11月18日，在首次試飛半年後，S25+B9迎來了飛行測試，星艦發射後33臺猛禽發動機全部點亮，熱分離成功，星艦一級分離後爆炸自毀，二級發動機全部點燃進步神速。

8.第三次試飛

在第二次飛行試驗之後，SpaceX對星艦項目進行了重大的改進，將推力矢量控制系統升級爲電動推力矢量控制（TVC），同時延遲液氧（LOX）排氣，防止像第二次試飛那樣在液氧排氣口啓動時，星艦發生泄漏導致燃燒；2024年3月14日，距離上一次試飛過去不到4個月，S28+B10執行第三次試飛，當天因爲清理墨西哥灣的船隻，發生推遲了約一個半小時，本次星艦升空延續了第二次的出色表現，33臺猛禽發動機全部點亮，一二級成功熱分離，星艦一級達到了環繞速度成功入軌。

9.第四次試飛

2024年6月6日，這一次試飛間隔再次縮短，距離第三次試飛僅僅三個月，本次由S29+B11執行第四次試飛任務，點火後點亮了32臺猛禽發動機，星艦一二級熱分離，這一次重點在二級超重助推器上，發射後7分鐘，超重助推返回墨西哥灣，執行着陸助推點火，在海面上實現懸停，馬斯克透露第四次B11降落懸停的精度高達0.5釐米，也難怪老馬對第五次試飛如此自信。

10.第五次試飛

2024年10月13日，FAA突然發佈了第五次試飛的許可，同時第六次試飛也發下來了，老馬直接光速安排第五次試飛，而這一次也將是載入史冊的一次試飛，由S30+B12執行試飛任務，點火後依然是漂亮的33臺猛禽發動機全部點亮，超重助推按照原計劃熱分離成功，二次點火的13臺猛禽發動機全部點亮，一臺高70米、直徑9米的B12助推器從70公里高度，精準降落到發射塔兩條機械臂筷子中間，星艦S30也在印度洋完成濺落，星艦的第五次試飛也可以大大方方地說真的取得了圓滿成功！

11.未來

第六次試飛許可已經下發，但可能要到明年Q1試飛，超重助推B13早在今年2月份就已經組裝完成，B13在4月份完成了低溫測試，B14在5月份組裝完畢，B15和B16的組件也已經亮相；星際飛船S31和S32完成靜態點火測試，去年11月份，原來S33、S34-S38的部分組件均已報廢，第二代星艦Block2會採取一些重大升級，搭載猛禽3代發動機，星艦非常的高度可能會增加，擴大推進劑容量，大家可以期待下星艦的第六次試飛。