星艦全五次發射的分析與總結（下）

四、星艦第三次發射（2024年3月14日，超重B10+星艦S28）

2024年3月14日，在SpaceX成立22週年紀念日當天，星城基地迎來了超重-星艦的第三次綜合飛行測試。此次試飛中超重B10/星艦S28組合體按計劃進行了飛行，雖然未能實現全部試驗目標，但較前兩次試飛有了顯著的進步，首次達到了入軌速度，飛船級在軌進行了有效載荷艙門的開關試驗和推進劑轉移試驗。

4.1 第二次發射後的改進措施

在超重-星艦的第二次軌道試飛（2023年11月18日）中，超重助推級在中央13臺發動機進行返回燃燒後，多臺發動機異常，引發了助推級的快速計劃外解體。最可能的根本原因被確定爲向發動機供應液氧的過濾器堵塞，導致發動機氧化劑渦輪泵入口壓力損失，最終導致一臺發動機發生故障，並引發了助推級爆炸。而星艦飛船級在飛行大約七分鐘後，按計劃排出多餘的液氧推進劑。當液氧排氣口啓動時，星艦後部發生泄漏，導致隨後的火災，並切斷了星艦飛行計算機之間的通信。隨後自主飛行安全系統啓動飛行終止程序，導致星艦解體。

針對上述故障，以及從試飛中獲得的數據，SpaceX對超重-星艦進行了大量升級。

1.地面保障區域的燃料罐區經過重新設計，增加了更多的臥式儲罐，使推進劑加註速度明顯提高，從約97分鐘縮短至約45分鐘。

2.超重助推級重新設計貯箱共底：B10採用了新的貯箱共底設計，頂部更加平滑。

新款共用圓頂

3.採用發動機艙分隔板：SpaceX設計製造了最新的發動機艙分隔板，用於外圈發動機防止相鄰發動機爆炸對其造成影響，由不鏽鋼製造而成，內部有波浪隔板。

4.星艦飛船級

與S25相比，S28有相當重大的升級，SpaceX對S28進行了硬件改造，以減少泄漏、提高防火性能，並改進與推進劑排氣口相關的操作，以提高可靠性。同時，也將星艦飛船級的猛禽發動機的液壓轉向系統改爲全電動系統，這消除了潛在的易燃源。

5.其他改進

（1）有效載荷艙門：S28的內部結構發生了相當大的變化，其中主要變化之一與有效載荷艙門有關。現在，艙門的開口周圍有非常大的雙層板，而S25的艙門周圍只有少量的縱梁，而且一旦密封起來，最終就沒有任何加固了。該設計首次出現在S27上，並通過S24.2樣機進行了驗證。艙門的周邊還添加了9塊飛行前可拆卸的鎖定板，防止艙門在鎖定板就位時打開。此外，S28的有效載荷門的密封裝置不同於以往。飛船船側增設密封件，更新後的門上的軟木材料已被不鏽鋼取代。

載荷艙門變化

（2）更大的PEZ分配器支架：S28內安裝的PEZ分配器支架作爲星鏈衛星的容納和部署機構，其高度比此前版本的有大幅增加。

（3）增加星鏈終端：在星艦頭錐的背風側安裝了4個星鏈終端，取代了過去與有效載荷艙艙口集成的單個終端。這可能會讓星艦在飛行過程中與現有的無線電天線一起擁有更穩定的連接。

（4）電動推力矢量控制：S28是第一艘配備電動推力矢量控制（TVC）系統進行測試的星艦飛船級。這項改進讓發動機上的液壓執行機構替換爲了電動執行機構，並剔除了箭體兩側的液壓系統，降低重量和複雜度，並增加了冗餘。此前，B9超重助推級已經改用電動執行機構，B10同樣採用。

（5）排氣口和分流器：在鼻錐上方，爲頭部小貯箱的2個排氣口安裝了分流器，可將排放氣體向下分流，可能用作姿態控制推進器或推進劑沉底推力器。而液氧貯箱原來配有分流器的2個排氣口已被完全刪除。

新增排氣口

（6）頭部氧箱輸送管重新設計：在頭部氧箱輸送管的底部，擴展部分經過了重新設計，現在更長並且具有圓形邊緣。

液氧輸送管變化

（7）發動機艙內的液氧排氣口：在裙邊的下側，添加了3個可插入液氧貯箱的新排氣口。它們的傾斜位置可能表明它們可以充當某種姿態控制推進器。

（8）熱保護系統：S28的隔熱瓦有明顯變化，第一個變化就在鼻錐上。邊緣的隔熱瓦拼接形狀進行了調整，邊緣線條更加平坦。SpaceX也對襟翼隔熱瓦進行了更改，減少了微小不規則瓦片的數量，開放間隙的總體數量也有所減少。

隔熱瓦邊緣變得更加平直

（9）增加液氧貯箱內部縱梁：在液氧貯箱下部，添加了24根內部縱梁柱，以提升箭體的結構強度。

4.2 實驗目標

此次試飛的飛行路徑設計與前兩次有所不同，前兩次飛行要求星艦飛船級在升空約90分鐘後於夏威夷附近的太平洋濺落。而此次星艦飛船級則將飛行65分鐘後於印度洋濺落，預定飛行時序見表6。本次計劃在在軌狀態下，對三種技術進行測試，包括：

1）測試有效載荷艙門的開啓和關閉；

2）驗證頭部貯箱到主貯箱的推進劑轉移；

3）嘗試發動機在軌重啓。

其中在軌推進劑轉移是爲了演示SpaceX負責研究的低溫推進劑傳輸技術，該技術將用於星艦載人月球着陸器。測試中，SpaceX將把推進劑從星艦內的頭部小貯箱轉移到其主貯箱，爲未來執行深空任務時將推進劑從加油船轉移到星艦飛船打下基礎。

第三次試飛發射軌跡

4.3 發射流程

表4 超重-星艦第三次試飛試驗時序

2023年11月第二次試飛失敗後，馬斯克曾計劃在2024年1月進行第三次試飛，但由於對第二次試飛調查和重新獲得美國聯邦航空管理局（FAA）飛行許可證的進度問題，最終試飛時間定於3月14日。而FAA的飛行許可證在發射前一天才發佈。

發射當天，由於有船舶進入近海限制水域，導致發射推遲了近一個半小時。SpaceX在倒計時期間沒有報告任何技術問題。最終超重B10/星艦S28組合體於美國東部時間2024年3月14日上午9點25分（北京時間2024年3月14日21點25分）從星基地升空。

上升過程中，B10的33臺猛禽發動機正常啓動，起飛後2分49秒，一二級進行了熱分離，此時火箭高度72千米，速度爲5662千米/小時。隨後，B10進行了返回點火和着陸點火，試圖在墨西哥灣垂直返回海上濺落，但B10在着陸點火過程中未按計劃時間啓動發動機，SpaceX遙測畫面顯示B10以超過1000千米/小時的速度砸入水中。

B10以超過1000千米/小時的速度砸入水中之前的臨終影像

一二級分離後，星艦S28的6臺發動機繼續工作。起飛8分21秒後，S28的3臺真空型猛禽發動機關機，8分35秒3臺海平面型發動機關機，S28以約7.36千米/秒的速度在150千米高度入軌，有推測其入軌軌道爲－50×234千米。之後，S28進入滑行階段，並開展相關試驗。

在S28滑行階段，SpaceX開展了有效載荷艙門開關試驗和在軌推進劑轉移演示驗證，推進劑從飛行器內的頭部小貯箱轉移到主貯箱，但公司總裁肖特韋爾表示，推進劑轉移試驗的結果有待確認。SpaceX原計劃在起飛後約40分鐘對星艦上的單臺猛禽發動機進行短暫的重啓，以驗證發動機在軌重啓能力，但由於滑行期間飛行器的滾動速率過高，最終沒有進行該測試。

載荷艙艙門開啓

起飛後約41分40秒，SpaceX表示開始準備再入，S28高度約爲145千米。起飛後約44分45秒，S28的襟翼開始擺動，飛行高度約爲116千米，同時畫面上明顯伴有掉落物。在此後的再入過程中，S28保持腹部（鋪設有防熱瓦的一面）向下，在約87千米高度達到最大速度，約爲7.43千米/秒，遙測畫面中明顯看到防熱瓦因高速飛行與大氣摩擦升溫，出現等離子體場，同時也能發現少量幾塊防熱瓦已經脫落的情況。當S28下落到76千米高度（起飛後約48分37秒）時，星鏈傳回的實時畫面中斷，僅有NASA的跟蹤與數據中繼衛星系統（TDRS）傳回的高度、速度等遙測數據。當S28下落到65千米高度（起飛後約49分40秒）時，所有遙測數據中斷。大約15分鐘後，SpaceX宣佈S28已經失聯。推測可能已經解體。

S28再入大氣層時的影像

4.4 發射分析

（一）持續快速迭代，新技術驗證和應用成效顯著

SpaceX利用不到一年的時間，完成3枚超重-星艦的發射，並在本次試驗中成功入軌。此次飛行試驗不僅再次對第0級、多發動機並聯、級間熱分離等關鍵技術進行了驗證。同時還對新技術進行測試，尤其是頭部貯箱到主貯箱的推進劑轉移，初步驗證了在軌加註技術，對未來重複使用運載火箭的能力拓展具有重要意義，對於大規模、常態化的空間探索活動具有深遠影響。最後，本次發射過程中，SpaceX充分利用星鏈的通信能力傳回了清晰的箭上實時畫面，獲取了更多數據，爲超重-星艦快速迭代提供了重要基礎。

（二）熱防護方案仍待進一步優化

超重-星艦作爲一個複雜的系統，通過本次試驗暴露出了諸多問題。一方面，超重助推級在返回過程中，姿態穩定性較差，柵格舵有明顯的大範圍調整動作，而且反推發動機未按預定時間點火啓動，未能充分減速，導致超重助推級以過大速度撞落水面。另一方面，直播畫面顯示S28防熱瓦在上升過程中出現脫落現象，再入畫面也能明顯發現脫落的部位。儘管不鏽鋼材料相比鋁合金材料能夠承受更高的極限溫度（超過800℃），但星艦再入極限溫度可以達到1350℃。在防熱瓦脫落的情況下，星艦可能出現類似哥倫比亞號航天飛機返回時因熱流穿透熱防護系統導致結構失效的情況。在星艦的迎風面有18000多枚類似的防熱瓦，如何確保如此龐大數量的瓦片的可靠性和工藝一致性是未來SpaceX需要攻克的難題之一。

五、星艦第四次發射（2024年6月6日，超重B11和星艦S29）

美國東部時間2024年6月6日上午8:50，SpaceX在德克薩斯州星基地的軌道發射臺利用超重B11和星艦S29原型機進行了超重-星艦的第四次綜合飛行測試。儘管助推級在上升過程和返回過程中各有1臺發動機異常，星艦飛船級隔熱瓦仍然有脫落現象，前襟翼在返回過程中部分被燒穿，但大部分的實驗目標都已完成，標誌着超重-星艦的研製實現了又一個新的重要里程碑。

5.1 第三次發射後的改進措施

2024年3月14日，超重-星艦進行了第三次綜合飛行測試，與第二次一樣，第三次也實現了火箭的兩級分離。同時，這次測試中星艦首次從太空重返大氣層、飛船有效載荷艙門首次在太空中打開和關閉，併成功完成了推進劑轉移演示。這爲星艦在軌推進劑轉移提供了寶貴的數據，這將使NASA阿爾忒彌斯計劃下的載人重返月球等任務成爲可能。但試驗中仍然暴露了一些關鍵問題。SpaceX針對這些問題對超重-星艦進行了升級改造。

1.針對超重助推級着陸點火時發動機提前關機

在第三次發射中，超重助推級在返回過程中進行着陸點火時，本應由13臺發動機提供動力，但其中6臺發動機已在此前返回點火中故障關機，而在剩餘的7臺發動機中，僅有2臺確定成功實現了點火。最終，超重助推級在墨西哥灣上空約462米的高度失去聯繫，當時着陸點火推力低於預期，而此時任務執行時間不到7分鐘。

針對上述情況，SpaceX對超重助推級的氧氣貯箱內將進行了硬件改進，以進一步提高推進劑過濾能力。SpaceX還添加了新的硬件和軟件，以提高猛禽發動機在着陸條件下啓動的可靠性。

2.針對星艦飛船級返回期間不受控滾轉

星艦飛船級在IFT-3中的主要問題在於再入返回期間缺乏姿態控制，表現爲不受控滾轉，使星艦箭體（包括有熱防護的迎風面和無熱防護的背風面）承受的熱量比預期的要大得多。

SpaceX認爲，造成星艦意外滾轉最可能的原因是負責滾動控制的閥門堵塞，最終導致姿態控制部分喪失。爲了解決姿態控制問題，已在S29的PEZ分配器艙門下方增加了新的側滾控制推力器。以改善姿態控制冗餘，並升級硬件以提高抗堵塞能力。

增加的rcs

3.針對星艦飛船級防熱瓦脫落

在第三次飛行期間，星艦S28上出現了明顯的隔熱瓦脫落現象。爲了改善該問題，SpaceX採取了多項措施，包括：①更換了特定區域（如鼻錐頂端、外部縱梁）的隔熱瓦粘合劑，將原來使用的含有氮化硼的藍色導熱粘合劑更換爲紅色粘合劑；②增加防熱瓦的附着力，對部分不鏽鋼表面進行了打磨；③投入大量人力進行檢查，確保星艦S29的瓦片安裝正確，其中重點關注的是襟翼表面；④減少防熱瓦中的水平接縫數量，箭體上較小瓦片的過渡已移至後部現有的截面焊縫，從而消除了中部液氧貯箱上的接縫。

隔熱瓦粘合劑變化

4.箭體結構加強

爲了避免飛行過程中箭體結構發生破壞，多個部位都進行了補強。

增加加強筋

增加加固焊條

增加加固板

柵格舵增加支撐結構

5.發射時序和流程做出調整，增加拋棄熱分離環流程

本次發射的時序和流程做出了很多調整，同時spacex將拋掉在超重助推級上的熱分離環。以減少飛行最後階段超重助推級的質量。

流程變化

5.2 實驗目標

第四次測試重點從超重-星艦的“入軌能力”轉至“返回和重複使用能力”。主要目標包括：超重助推級着陸點火，並瞄準海上“虛擬發射塔”的精準軟着陸；星艦飛船級經受住再入時的“高溫狀態”（超過1400℃），並實現受控海上濺落。

爲了收集飛船再入過程中的熱防護性能，SpaceX對多種熱防護方案進行測試，並通過傳感器來觀察這些位置的溫度變化。包括：在星艦底部附近鋪設了1塊較薄的防熱瓦；完全移除了2塊防熱瓦讓不鏽鋼箭體暴露在環境中；還測試了一些備用的熱保護方案。

5.3 發射流程

表5 超重-星艦第四次試飛試驗時序

美國東部時間6月6日上午8:50（北京時間6月6日20:50）超重-星艦點燃一級全部33臺發動機從星基地起飛，比計劃起飛時間推遲50分鐘。此外，在起飛4秒後，外圈一臺發動機異常關機，但未影響火箭飛行；起飛後約59秒，通過最大動壓（MaxQ）；起飛後約2分53秒，星艦飛船級6臺發動機啓動，同時一二級分離。

一二級熱分離瞬間

超重助推級與星艦飛船級分離後，進行姿態翻轉，調整飛行方向。起飛後約2分57秒後，超重助推級重啓中心13臺發動機，進入返回點火（boostback）階段，朝墨西哥灣（發射場方向）飛行。起飛後約3分56秒，超重助推級返回發動機關機，返回點火結束。起飛後約3分48秒，助推級拋掉熱分離環，以減輕助推級着陸質量。在助推級下降的最後階段，起飛後約7分09秒，重新啓動中心13臺發動機進行着陸點火，但僅有12臺啓動，中圈1臺發動機未能啓動。起飛後約7分15秒，12臺發動機反推將助推級速度降低至190千米/小時後，中圈9臺發動機關機，僅保留中心3臺發動機工作，進一步精確調整助推級速度。直播畫面顯示，在起飛7分27秒，超重助推級最小速度達到9千米/秒後，中心3臺發動機分1臺和2臺先後關閉，助推級垂直濺落海面後傾倒。

拋棄熱分離環瞬間

星艦飛船方面，起飛後約8分37秒，星艦發動機關機，速度爲26498千米/小時（約21.6馬赫），高度150千米。入軌的軌道參數爲遠地點爲213千米，近地點爲－10千米，傾角26.5度。

起飛後約49分鐘，星艦開始受控再入大氣，遙測數據顯示速度26460千米/小時，高度78千米。起飛後約51分29秒，發射指揮人員呼號表示星艦達到溫度峯值，畫面顯示高度68千米，速度25166千米/小時。起飛後約54分39秒，發射指揮人員呼號表示開始冷卻發動機，爲着陸點火準備，高度64千米。起飛後約54分54秒，星艦度過了溫度峯值區，高度63千米，隨後大氣密度增加，動壓開始大幅提升。起飛後約57分23秒，在高溫、動壓的作用下，前襟翼出現明顯熱防護瓦剝離和結構損壞，並導致攝像頭被散落物遮擋。起飛後約61分48秒，星艦經歷最大動壓，高度38千米，速度5644千米/小時。起飛後約65分30秒，星艦在2千米高度，達到約368千米/小時的終端速度（高於預計的200千米/小時），開始進行翻轉機動，並在10秒後着陸點火，從水平姿態調整爲垂直姿態，畫面遙測數據顯示最低速度降至2千米/秒，實現軟着陸，濺落海上並傾倒。

星艦襟翼嚴重燒蝕受損

攝像頭被遮擋

5.4 發射分析

（一）多發動機並聯方案的故障重構能力得到驗證

雖然超重-星艦首飛任務中，在出現多臺發動機故障關機的情況下，仍能繼續飛行，但最終爆炸解體，未能充分驗證其故障重構能力。在本次任務中，兩次出現單臺發動機故障關機的情況下，仍達成了飛行任務的主要目標，真正意義上實現故障重構能力的驗證，證明“小推力、多並聯”的路徑具備可行性和魯棒性。首先，在上升階段，超重助推級33臺發動機中的1臺在起飛後約4秒關機，並未對飛行造成顯著影響。飛行時序中大多數事件出現滯後的情況，可能與發動機關機後的推力損失有關。其次，在助推級着陸點火期間，13臺發動機中的1臺未能啓動，但也成功實現“軟着陸”，以9千米/小時的低速濺落海上。

（二）重要部位熱防護瓦是後續迭代改進的關鍵點

本次試驗最突出的問題可能在於星艦右前襟翼熱防護瓦受損之後，導致不鏽鋼結構部分損壞，儘管襟翼在最終着陸階段仍能進行機動，但顯然不可能重複使用。星艦飛船從78千米高度再入到海上濺落的過程大約17分鐘，期間最高溫度約爲1430攝氏度，峯值溫度持續約3分半，之後又會經歷高動壓的載荷環境。襟翼與機身鉸鏈連接部分有明顯縫隙，儘管SpaceX已經進行一定程度的“密封”，但顯然還不足承受高溫、高壓的工作環境。馬斯克表示“在多架（星艦）飛船級上持續迭代不同方案是解決問題的關鍵路徑”，並提出新版星艦的前襟翼會更靠近背風面。此外，馬斯克也強調不鏽鋼結構應對再入高溫的突出性能，並將進一步完善SX300合金，使其能夠承受更高的溫度。

六、星艦第五次發射（2024年10月13日，超重B12+星艦S30）

2024年10月13日，SpaceX成功執行了超重-星艦第五次綜合飛行試驗，首次嘗試“筷子”捕獲超重助推級回收並取得成功，星艦飛船級海上濺落達到了預期的十米級精度，試驗目標均已達成，此次任務標誌着超重-星艦向完全、快速可重複使用邁出堅實的一步。

6.1 第四次發射後的改進措施

1.升級隔熱瓦

由於S29的隔熱瓦在IFT-4飛行中出現問題，SpaceX將S30上的幾乎所有瓦片都換成了新型隔熱瓦。隔熱瓦的材料組成、構造方式以及內部結構均發生了改變。馬斯克稱SpaceX技術人員花費了12000多個小時完成這項工作，該隔熱瓦的強度將增加一倍。全箭18000片隔熱瓦，總重約10.5噸。在此基礎上還增加了新的燒蝕材料，應用於受熱影響最嚴重的區域，固定在隔熱瓦下方。

新型隔熱瓦

2.天線位置和形狀改變

原鼻錐上的小六角形天線被取消，改爲有效載荷門下方的一個大六角形天線。部分位置星鏈天線也進行了修改。

3.新增排氣口

4.發動機防熱層：包裹在發動機防護罩底部的黑色材料已被移除，取而代之的是防護罩上閃亮的鋼邊

5.發射中止系統（FTS）：在靠近液態甲烷傳輸管的側向支撐附近增加了FTS，可能是爲了加強系統性能，以便在回收試驗出現意外的情況下保證地面的安全；

6.推進劑貯箱：可能會有額外的推進劑燃料箱，爲着陸增加額外的氧氣。總共9個，分3組。這項措施首先在B15上發現，B12可能也採用了該設計；

7.穩定點縱梁：兩個穩定點均添加了6個新縱梁，兩側各有3個，並被塗上了黑漆，有猜測，這種設計是爲了在首次回收測試中檢驗一級與機械臂或塔架的碰撞情況。

本次發射爲了實現一級火箭通過”筷子“機械臂的回收，對”筷子“機械臂和塔架也做出了大量修改。

8.”筷子“增加側向緩衝吸能塊

SpaceX在四飛後使用了試驗版超重貯箱B14.1配合筷子完成了多次回收測試，測試過程中筷子到達指定位置後，由於慣性持續振盪，與B14.1發生了多次剮蹭和碰撞，導致B14.1在測試過程中被損壞，艙壁出現縱向裂縫。SpaceX因此在筷子內側滑動接觸區域安裝了金屬吸能盒，以減少機械臂對箭體的損傷。

9.”筷子“增加緩衝邊條頂升油缸

筷子採用了六根氣彈簧可升降750mm的緩衝橫樑安裝於筷子頂部用於對火箭垂直衝擊進行緩衝，測試期間發現左右側橫樑升降時容易產生傾斜，並且單根主動控制升降氣缸舉升緩衝橫樑能力有限，額外增加了一個頂升氣缸。

10.更換筷子迴轉油缸

四飛後短時間內，SpaceX就更換了左右抱臂迴轉用的伸縮油缸，以提升筷子的迴轉能力。

11.筷子結構加強：SpaceX對筷子所有焊接區域進行了打磨，並且補焊了X型加強筋。

6.2 實驗目標

SpaceX在2024年8月初就表示，星艦已做好五飛的技術準備。然而，發射需要獲得美國聯邦航空管理局（FAA）的批准。而FAA在9月表示，預計11月底才能夠批准第五次發射任務。但SpaceX通過向國會申訴，並持續推進五飛射前準備工作，給FAA施加壓力，最終FAA在10月12日授予飛行許可。

此次試驗的主要目標包括兩個方面：一是首次嘗試超重助推級原位返回發射場，利用發射塔架上的“筷子”機械臂對其進行捕捉回收；二是再次實現星艦飛船級的再入，完成着陸點火和翻轉機動，在印度洋目標海域挑戰10米級精準軟着陸。

6.3 發射流程

表6 超重-星艦第五次試飛試驗時序

美國中部時間2024年10月13日7:25（北京時間2024年10月13日20:25），第五枚超重-星艦試飛箭從博卡奇卡星基地1號軌道發射/集成塔起飛。

1、上升段

起飛後，一級33臺發動機全程正常工作；
起飛後約59秒，箭體通過最大動壓（Max-Q）；
起飛後2分36秒，一級按預定程序關閉30臺猛禽發動機，只保留3臺中心發動機繼續工作；
起飛後約2分41秒，二級6臺發動機啓動，一、二級熱分離，此時高度約爲70千米，速度爲5235千米/小時。

2、一級返回

起飛後約2分45秒，一級與二級分離後，進行姿態翻轉調整飛行方向，同時重啓中圈10臺猛禽發動機，進行返回點火，朝向博卡奇卡的發射場方向飛行。此時高度爲72千米，速度爲5170千米/小時；
起飛後約3分31秒，一級中圈10臺猛禽發動機關機，10臺中圈發動機工作時長約46秒。此時高度爲93千米，速度爲1742千米/小時；
起飛後約3分41秒，一級中心3臺猛禽發動機關機，3臺中心發動機在分離後工作時長約60秒。此時高度爲95千米，速度爲1900千米/小時；
起飛後約3分49秒，發射指揮人員呼號表示發射塔的狀態允許一級返回進行回收。此次在飛行的前3分鐘，SpaceX對一級和發射塔架進行數千項檢查，以確認滿足數以千計的安全標準，此後一級才能被確認可進行回收試驗，並由發射指揮人員手動發出操作指令，否則就將默認進入着陸點火併在墨西哥海灣進行海上濺落；
起飛後約5分10秒，直播人員表示確認發送了一級返回發射塔架回收的指令；
起飛後約6分29秒，一級相繼啓動中心3臺和中圈10臺猛禽發動機，進行着陸點火（Landing Burn），高度約1～2千米，速度爲1261千米/小時，略高於聲速；
起飛後約6分37秒，一級中圈10臺猛禽發動機關機，僅保留中心3臺發動機工作，中圈10臺工作時長約7秒。此時高度小於1千米，速度爲247千米/小時；
起飛後6分48秒，在3臺中心發動機反推控制下，一級以約60千米/小時的速度進入發射塔架的“筷子”之間，高度約200米；
起飛後6分55秒，一級懸停於“筷子”機械臂之間，機械臂通過兩側着陸導軌上的插槽與一級柵格舵下方兩個承載點對齊，並將其接住。

一級回收瞬間

一級柵格舵下方的承載點（左）被“筷子”接住（右）

3、二級飛行和再入返回

二級點火啓動後與一級分離，6臺發動機開始長時間工作。

起飛後約7分59秒，二級3臺真空型猛禽發動機關機；
起飛後約8分27秒，3臺海平面型發動機關機，二級開始滑行，高度最高達到212千米，繞行地球近半圈；
起飛後約47分44秒，發射指揮人員呼號表示進入85千米高度，二級襟翼開始進行氣動控制，速度爲26732千米/小時（馬赫數約爲21.8）；
起飛後約48分58秒，發射指揮人員呼號表示二級開始進入強加熱階段，高度75千米，速度26432千米/小時（馬赫數約爲21.6）；
起飛後約52分53秒，發射指揮人員呼號表示二級經歷的強加熱階段已經過半，高度69千米，速度22991千米/小時（馬赫數約爲18.8）；
起飛後約54分3秒，發射指揮人員呼號表示，進行發動機預冷；
起飛後約56分52秒，發射指揮人員呼號表示，強加熱階段即將結束，並進入高動壓階段，高度58千米，速度17692千米/小時（馬赫數約爲14.5）；
起飛後約1小時40秒，發射指揮人員呼號表示二級正在經歷最大動壓，高度42千米，速度7918千米/小時（馬赫數約爲6.5）；此時，星艦S30表面出現比較嚴重的熱燒蝕，直播畫面左上角襟翼的鉸鏈連接部位受熱非常嚴重，但並未完全失效，結構仍保持完整；

起飛後約1小時2分37秒，二級速度快速下降，馬赫數爲2，高度爲26千米；
起飛後約1小時3分，二級速度降至聲速，高度21千米；
起飛後約1小時3分27秒，發射指揮人員呼號，二級在亞聲速下以腹部向下姿態下落，高度16千米，速度748千米/小時；
起飛後約1小時5分20秒，二級3臺中心發動機進行着陸點火，並進行翻轉機動，在起飛後約1小時5分40秒以垂直姿態在海上濺落，速度降至7千米/小時。

二級準確濺落在南印度洋目標海域後，提前設置在海面上的攝像機記錄了着陸過程，表明達到了SpaceX預先設定的10米級精度範圍。接觸海面後隨即啓動自毀裝置爆炸。

二級濺落於海面瞬間

濺落點附近無人船拍到二級自毀

本次發射相比第四次飛行有巨大的提升：

首先，一子級33臺發動機全程正常工作，10臺中圈發動機2次重啓、3臺中心發動機1次重啓全部正常，相比第四次飛行出現的發動機關機和重啓故障情況，推進系統的穩定性再度提升；最大的提升是，在第四次飛行驗證了釐米級着陸精度的基礎上，利用發射塔架上的“筷子”成功將超重B12一級捕獲回收。其次，二子級再入返回過程中，經受高溫和氣動載荷環境，保持了結構完整性，未出現明顯的結構損壞；同時，二子級以10米級的精度在海上濺落，相比第四次飛行6千米的落點誤差，大幅提升。再次，星鏈通信的穩定性大幅提升，全程未出現直播畫面中斷的情況。

事後，FAA表示“經評估，IFT-5飛行中的超重助推級和星艦飛船級的所有飛行事件均在計劃和授權活動範圍內”，因此不會像以往一樣開展調查。

6.4 ”筷子”回收系統簡介

本次發射的最大亮點毫無疑問是由“筷子”機械臂系統和塔架對火箭一級進行的回收。因此在這裏對星艦包括“筷子”在內的地面回收系統也做一個簡要的介紹。

超重-星艦的地面發射和回收系統，即SpaceX稱之爲“第0級”的系統，主要由“軌道發射/集成塔”（OLIT，簡稱發射塔架）和“軌道發射臺”（OLM）組成。發射塔架的高度爲146米，由9個鋼材料的桁架結構部段組成，每段的截斷爲正方形，邊長約爲12米。桁架結構的4根主立柱採用大尺寸的方形鋼材（截面邊長1.6米），內部利用較細的鋼材連接，提升整體強度。主體結構提供了發射總裝和返回捕獲的基礎支撐，用於安裝“筷子”機械臂、快速斷開臂（QD，即臍帶臂）、吊裝設備等。

軌道發射/集成塔示意圖

而“筷子”機械臂爲雙叉臂結構，可以沿發射塔架上下移動，也可以沿中間縱軸轉動，可以對超重助推級和星艦飛船進行升降、總裝等操作。在超重助推級返回時，充當捕獲裝置，將其捕獲，確保安全可控着陸，並實現快速週轉發射。“筷子”包括擺臂（下圖左側）和托架（下圖右側）：擺臂用於在總裝或返回過程中，爲超重/星艦提供支撐；托架用於將“筷子”固定在發射塔架上，並能夠使“筷子”沿着塔架上下滑動。

筷子機械臂示意圖

筷子系統工作示意圖

馬斯克在2020年12月31日首次發佈推特，宣佈將使用發射塔臂接住超重助推器，並使用柵格舵作爲着陸承載區域。這是SpaceX首次宣佈這一回收方案，後來馬斯克陸續稱其爲筷子（Chopsticks）和機械哥斯拉（Mechazila），相比於筷子夾住火箭這一流傳較廣的說法，實際上更加貼近實際的形象描述應該是，機械臂使用臂彎通過火箭腋下接住火箭。

火箭一級的回收實際更接近這個狀態

隨着四年的研發和演變，整個回收方案變成了如今狀態，着陸掛載區域從柵格舵改爲了柵格舵下方伸出的支耳結構（稱爲着陸鉤或負載銷），支耳末端通過一個球鉸軸承安裝一個圓柱金屬件用於最終與筷子接觸。在發射塔臂合攏的同時，火箭斜向靠近臂彎，同時減速，達到回收點正上方後向發射臺垂直減速滑落，此時筷子完全合攏，負載銷最終軸向與筷子的緩衝橫樑碰撞接觸，發動機關機，緩衝橫樑下壓吸能，完成着陸。

筷子機械臂用於接住一級的區域

星艦一級柵格舵下方的着陸鉤

着陸鉤內部是與貯箱頂部艙壁相連的

“筷子”機械臂自2022年起投入使用，此前僅用於對火箭一級和二級進行吊裝，在第五次試飛中首次實現超重B12的捕獲回收。

筷子張開雙臂迎接火箭一級的瞬間

火箭一級掛在了筷子上

6.5 發射分析

（一）超重-星艦工程應用進程得到極大推動

此次試驗任務可以說取得了全面的成功，驗證了超重助推級筷子回收的可行性，以及星艦飛船級精準軟着陸能力。超重-星艦向完全、快速可重複使用推進了一大步，同時爲其工程化應用奠定了基礎。此次試飛後，預計第六次綜合飛行試驗最早將於2024年12月進行，第七次綜合飛行試驗很可能會在2025年進行。如果一切順利，預計2025年SpaceX將進行在軌船對船的推進劑轉移演示，以驗證星艦的在軌推進劑加註能力。星艦將按照計劃率先應用於SpaceX的二代星鏈衛星星座的部署任務中，並應用於其他商業衛星的發射。在此基礎上，作爲NASA阿爾忒彌斯計劃的一部分，有望在2026年將宇航員送上月球。此外，隨着超重-星艦可重複使用技術的成熟，在“火箭貨運”項目下，spacex或將爲軍方提供全球點對點運輸投送能力。

（二）“筷子”方案取得成功再次證明快速迭代思路的可行性

筷子回收無疑又是一次大膽的創新，其成功在很大程度上基於SpaceX的快速迭代研發思路，以及因此積累的大量關於火箭設計、製造、發射和回收等各個環節的寶貴經驗。SpaceX星艦項目利用多次「設計-建造-測試」的循環流程，及時爲設計提供系統實測數據，實現快速、多點、及時的迭代特點，摒除了傳統系統工程中過於關注測試的全面性，不能反覆的缺點。馬斯克認爲，任何特定的技術開發，都可以用迭代的次數和每次迭代之間的間隔時間來衡量。每次發射或測試，都能獲得實戰經驗。因此要增加發射和測試的頻率。犧牲硬件總比犧牲時間要好。時間纔是終極貨幣。這正是星艦實現快速完全複用的最快途徑。因此比起大量的地面仿真和實驗，spacex習慣於讓火箭飛起來，進而通過積累的經驗“簡化流程、理解流程、不斷改進、不斷迭代”。雖然在此過程中經歷了多次重大失利，但所獲得的數據和經驗也確實足夠寶貴。

七、星艦下一步的發展計劃

7.1 啓動第二代星艦製造

2024年6月，首枚第二代星艦（星艦V2）S33出現在星基地，未來計劃與超重B14用於第七次綜合飛行試驗。

二代星艦對外形結構和襟翼位置都做出了大量優化，以減輕二級再入過程中對襟翼的燒蝕；同時，二代星艦縮短了載荷艙的尺寸，增加了燃料艙的尺寸，以提高推進劑加註量。SpaceX規劃中的第二代超重-星艦（超重-星艦V2）具備完全重複使用能力，箭體長度較V1增加約3米，在重複使用狀態下將能夠攜帶超過100噸的物體進入軌道。通過升級改進後，最終的第三代超重-星艦（超重-星艦V3）在完全重複使用狀態下運載能力可達到200噸，在一次性使用時可達到400噸。箭體長度將增加20～30米，推力增加至10000噸。

7.2 推進第三代猛禽發動機研製工作

2024年8月，SpaceX公佈第三代猛禽發動機（猛禽V3）在德克薩斯州麥格雷戈首次試車的照片，試車點火持續了30秒。第三代猛禽將用於第二代和第三代超重-星艦，設計海平面推力280噸，真空比衝爲350秒，質量爲1525千克。SpaceX稱，第三代猛禽本身設計有複雜的集成冷卻迴路，火箭將不再需要爲發動機安裝額外的熱防護。

猛禽V3首次試車

三代猛禽相比於前兩代有了大幅改進，前兩代猛禽發動機需要在發動機外側安裝大量複雜的管線，而第三代猛禽發動機直接將這些管路都集成在了發動機內部。不僅發動機重量減少，同時推力進一步增大，還降低了生產成本。

三代猛禽，從左到右分別爲一代二代三代

7.3 持續提升製造和發射能力

首先，星基地內佔地9.3萬平方米的星工廠正在投入使用，生產團隊已經進駐，能夠將大部分製造過程集中到同一個空間內，儘可能將系統集成工作能夠在製造前期開展，SpaceX稱其目標是每年生產數百艘星艦。例如，團隊可以在星工廠完成星艦整個鼻錐結構製造裝配，並在同一地點處理其內部系統。因此，工程人員對任何過程有疑問，都不必離開星工廠去找答案，也不必浪費時間發送電子郵件並等待回覆，可以直接面對面交流。

其次，SpaceX已經完成了星基地第二個發射塔架的建設，但尚未完成筷子、臍帶臂和相關設施的安裝，預計在2025年投入使用，能夠提高飛行節奏，更快地進行測試。此外，SpaceX還正在對東海岸肯尼迪航天中心LC-39A發射臺及其附近的發射、着陸和其他相關基礎設施進行升級，包括新建一個發射塔架，未來在東海岸用於超重-星艦的發射和回收。

星艦基地二號塔已經基本建設完成

八、結語

2005年，馬斯克提出了星艦系統的構想，希望帶領人類移民火星，將人類變成多行星生物，當時的SpaceX公司成立僅僅3年，還未進行過任何火箭發射任務，沒有人理會馬斯克的瘋話。而2024年10月13日，SpaceX公司已經成功完成了星艦助推器的第五次發射和首次筷子（回收塔架）回收測試，這是人類歷史上發射的最大的火箭，也是首次使用地面設備回收火箭助推器。馬斯克和他的SpaceX公司實現了他在2020年提出的創造性火箭回收解決方案，也距離他近二十年前的瘋狂設想又近了一步。

人類走向太空的步伐從來都充滿艱辛和汗水，星艦項目的推進也是如此，從2023年4月20日星艦進行首次軌道飛行試驗開始，SpaceX用一年多的時間實現了星艦系統的首次成功回收，在一次次的失敗的背後，伴隨着的是項目一次次的穩步推進，這毫無疑問是人類航天史上閃耀的一頁。星艦系統逐步成熟的同時，馬斯克的瘋狂夢想正在慢慢成爲現實，而人類文明也許真的已經來到了星際移民時代的前夜。當然，未來人類大規模進入太空的方式不一定會是星艦。各國的航天事業也都在蓬勃發展，中國的商業航天也有了長足的進步，很可能是下一個實現火箭回收的國家。馬斯克和他的spacex也可能只是人類航天史上的曇花一現。但他和他的企業對於推動航天事業從高不可攀的神祕事物變爲普通工業門類的一種所作出的貢獻，以及對於商業航天的促進，或許對於人類航天事業的進步有着更爲深遠的意義。