中国版星舰可以开建了?星舰失败原因公布!马斯克称一年内100%成功

4月29日，SpaceNews网站上刊发了一篇马斯克的采访实录，基本是关于星舰发射失败的复盘，详细公布了SpaceX对发射失败的原因总结，包括发射台以及火箭发射过程中发动机失效与一二级分离等问题，并且马斯克特意强调了一个事实，星舰到目前为止仍然是成功的，未来一年内发射成功的概率100%。

星舰发射失败总结的十个问题：马斯克称成功超预期

4月20日13点28分，SpaceX的星舰在德州博卡奇卡的发射场点火升空，重大4000多吨的箭体在5秒之后才离开发射台，发射场飞沙走石，附近设置的燃料加注罐以及发射场周围的现场设施遭到了不同程度的破坏。

与一地鸡毛的发射场相比，飞离了发射台的星舰也不是那么顺利，一开始就有3台发动机熄火，随着时间的增加熄火的发动机越来越多，最终熄火6台。在时间走到3分30秒之后，星舰开始失去姿态控制，绕着某个中心开始旋转，最终在3分59秒后在空中炸成一团。

星舰发射失败总结的七大问题

星舰发射失败后，社交媒体上对马斯克似乎并没有冷嘲热讽，除了马斯克的探索精神外，他在发射前对此预期是比较低的，能成功过离开发射台即可，而现在做到了！虽然大家对马斯克比较容忍，但对于故障的原因却猜测颇多：

比如问题点主要集中在几个方向，一个是发射时巨大的推力将发射场地刨了个大坑，那么多失效的发动机是不是会被发射时崩起的石块砸坏，另一个飞行过程中星舰打圈圈，姿态控制为何失效了？还有则是一二级为何没有成功分离？最后是爆炸到底是什么原因？SpaceNews的这篇文章总结了七大问题：

1、Spacex确实没有预料到星舰发射如此暴力，发射台底部的混凝土被吹爆裂，刨了个大坑确实没有考虑到，但马斯克同时表示，星舰发射台并不打算建导流槽，不过下次会在水泥地上铺块钢板！另外马斯克表示发射座损坏不大，稍作修复即可再次使用。

2、起飞时3台发动机失效是因为推力不合预期，起飞的时候三台发动机就是“熄火状态”，原因是没有达到最大推力，星舰的最大离地发动机工作数量是30台，所以直接干脆关机，免得其影响其他发动机工作。

3、起飞27秒时，可能在箭体内部某个位置发生了爆炸，导致19号猛禽发动机通讯信丢失，并且还导致17、18、19和20号发动机的隔热防护罩破坏。

4、起飞62秒，30号发动机周围隔热罩损坏，但该发动机继续运转；

5、起飞85秒，不明原因导致另一台发动机失效，并且在此时火箭矢量控制失效，导致姿态逐渐失去控制，但马斯克表示，没有证据表明发射时崩起的石头砸坏了发动机；

6、SpaceX没有试图将一二级分离，原因是没有达到一二级分离的条件，虽然已经接近分离条件，但仍然没有达到；

7、火箭爆炸是AFTS系统（星舰飞行终止系统）控制的，但该系统被触发了经历了40多秒才最终让火箭爆炸；

关于下一次星舰发射的改进，马斯克表示发射台将在6~8周后修复，下一个飞行器预计在几个月后准备好，另外对于发射台的改进，马斯克称会增加一个“带水套的巨型钢板三明治”，朝上部分会有大量的喷嘴，星舰点火时会有大量的水喷出，可以减少尘土与碎屑。

马斯克预测称，第二次发射至少可以坚持到二级分离，今年将进行4~5次星舰发射，今年成功入轨的可能性为80%，12个月内成功入轨的概率高达100%。看来马斯克信心爆棚，未来12个月内是否真能见到星舰成功入轨，我们拭目以待！

中国版星舰可以开建了？2035年发射

就在马斯克的星舰“首发”后不久，网上公开了一版新型CZ-9的PPT数据，右侧带着一个DSEL（深空探测实验室）的LOGO，其中在这一页的就有三种火箭型号，第一是三级串联的CZ-9，第二种是两串联构型与完全重复使用的两极构型。

三级串联构型，直径10.6米，全长114米，起飞质量约4400吨，起飞推力约6100吨，地月转移轨道运力不小于50吨。这个型号应该是登月型，尽管已经计划用两枚CZ-10完成组合登陆，但中国航天仍然没有放弃单枚火箭登月的方式，毕竟两枚火箭在月球环绕轨道组装还是存在比较大的风险。

另外两种是两级变体，能够携带150吨有效载荷到近地轨道 (LEO)，或在第一级着陆时回收时近地轨道载荷为100吨。完全可重复使用的至近地轨道为80吨，最终目标是实现完全回收，预计将在2040年代飞行。

发动机：30台并联全流量分级燃烧循环液氧甲烷发动机

三级串联构型的三级火箭由此前CZ-9的1台120吨级YF-91高压补燃氢氧机改为采用4台25吨级YF-79膨胀循环氢氧机！二级为2台200吨级全流量分级燃烧循环液氧甲烷发动机，一级为30台全流量分级燃烧循环液氧甲烷发动机，其中一级、二级、三级的推进剂加注量分别为3420吨、370吨、140吨。

从这个规模大家基本就知道这个级别确实是和星舰同级别的巨型火箭，而在一级火箭上两者几乎没有差别，星舰33台，CZ-9则是30台，两者都是全流量分级燃烧循环的发动机。

200吨级全流量分级燃烧循环液氧甲烷发动机

各位不用查了，这款发动机我们还没有命名，也就是还没有YF-XX的编号，不过发动机的推力设计指标是200吨，比猛禽的早期版本要更高，循环方式一样，之所以选择液氧甲烷是因为回收重复使用的原因。

回收发动机：为何选择液氧甲烷？

一般的液体发动机的燃料类型有偏二甲肼+四氧化二氮（毒发）、液氧液氢（低温火箭）、液氧煤油（煤油机）、液氧甲烷（回收火箭），这几种类型中，因为偏二甲肼和四氧化二氮有毒，所以目前使用越来越少。

液氧液氢倒是性能优秀，但由于保存比较困难，还会泄漏，体积也太大，上面级用的比较多，虽然一级火箭也用，但并不是主流，目前主流的一级火箭发动机是液氧煤油，比冲一般，但好在煤油密度比较高，体积不大，所以液氧煤油机非常流行，比如阿特拉斯的RD-180和猎鹰-9的梅林发动机，还有中国CZ-5的助推器YF-100等等都是煤油机。

但用在回收的火箭发动机上煤油机还有是有些欠缺，虽然猎鹰-9的梅林煤油机也是回收的，但梅林是开式循环，室压不高，比冲比较低。因为煤油属于高碳燃料，比较容易积碳，不容易处理，不方便回收，而甲烷低碳气态燃料，基本没有积碳，因此在专门回收的火箭发动机类型中基本都会选择液氧甲烷机。

全流量分级燃烧循环

相信很多朋友对这个火箭发动机类型实在不太了解，因为说法太多了，循环的作用是将火箭燃料泵入发动机的过程，因为燃烧室发生燃烧后压力会增加，常压燃料进不去，所以要加压，循环就是各种加压方式，笔者在下面列一个火箭发动机的循环模式以及常用的说法：

1. 挤压循环：用一个高压气瓶增压；
2. 膨胀循环：开式膨胀循环、闭式膨胀循环
3. 燃气发生器循环，也称开式循环
4. 分级燃烧循环，也称高压补燃
5. 全流量分级燃烧循环
6. 燃烧室抽气循环
7. 电泵循环

详细介绍太复杂，笔者打算每种发动机用几句话说清楚，膨胀循环是用火箭发动机高温加热低温燃料膨胀推动涡轮机泵入燃料，开式是这些燃料膨胀后排出发动机，比较浪费，闭式是这些膨胀后的燃料会再进入发动机燃烧室，比较节省燃料。

燃气发生器循环是燃料通过预燃室推动涡轮，泵入燃料，开式就是这些经过预燃室排出发动机，优点是结构简单，缺点时由于预燃涡轮不能太高，经常是富燃或者富氧低温状态燃烧，所以比较浪费；将这些浪费的燃料再次注入燃烧室就是分级燃烧循环，国内也称高压补燃。

全流量分级燃烧循环则是在分级燃烧循环的基础上，将所有流量（燃料与氧化剂）经过预燃室燃烧后再进入燃烧室的一种方式，优点是比冲高，缺点是室压高，技术复杂，目前投入使用的只有SpaceX的猛禽发动机。

燃烧室抽气循环就是从高压燃烧室引出燃气推动涡轮泵的一种模式，结构简单了，但会降低室压，比冲会降低；电泵循环这事用电机带动涡轮泵，优点是结构更简单，缺点是电池会比较重，在比冲和结构之间得有一个妥协。

在这几种发动机中，全流量分级燃烧循环比冲最大，室压也最高，当然难度也最大，比如梅林发动机的开式循环煤油机的室压在9兆帕左右，我国的分级燃烧循环的YF-100煤油机为18兆帕，但SpaceX的猛禽为30兆帕，真空比冲达到了363秒。

就发动机而言，我国的200吨级全流量分级燃烧循环液氧甲烷机基本还在起步阶段，网传2035年~2040年试飞也是比较正常，一款发动机从研发到成熟，再到装火箭测试，如果不是像美苏登月期间的竞赛，没有十年八年也是很难完成的。

30台发动机并联：到底靠谱吗？

33台发动机的星舰炸了，原因也公布了。并不是发动机熄火的问题，因为熄火的发动机数量虽然有点多但仍然起飞了，发动机最多时熄火已经6台，不过只要在可控范围内，即使加速度不满足预期，仍然可以让火箭发动机多开启一会达到分离时的速度要求。

最致命的问题出在起飞85秒时，不明原因导致另一台发动机失效，并且在此时火箭矢量控制失效，导致姿态逐渐失去控制，姿态失控后星舰转入了绕圈圈，最终在AFTS系统控制下自毁，这个姿态控制失效最终导致自毁的原因到目前并没有查清。

发动机并列这种暴力堆砌的方式曾经最被大家所诟病，因为前苏联的N1火箭就是堆砌了30台推力143.2吨的NK-15发动机，而美国的土星五号只需要5台推力为680.39吨的F1发动机，之所以不用小推力发动机并联是因为这种结构像工况太恶劣！

因为发动机并联后工作时巨大的振动会互相影响，高温会互相影响，气流也会互相影响，甚至热管理都需要一整套系统来管理，星舰的姿态失控可能是振动耦合导致，可能是发动机控制系统等等，到目前为止还无法确定，而在未来是否能解决等都是一个未知数。

不过马斯克也不算蛮干，毕竟SpaceX的工程师并不是吃素的，只要能找到问题所在，那么解决问题就是一个时间问题！我国在大推力火箭上开始并没有打算走小火箭的发动机并联之路，比如推力480吨级的YF-135，只要9台即可达到4320吨，登月足以。

但SpaceX是一家商业发射公司，成本控制被提到了极致，在这种冒险主义的带动下，连NASA都不敢干的事情SpaceX干完了，所以这种状态下政府主导的机制必定会存在决策上的影响，而商业公司则没有这个负担，所以现在各国的航天都在抄作业，毕竟已经有人在前面趟雷了，跟着马斯克摸过的石头过河，显然成本是最低的。

从这个角度来看，我们还真得感谢马斯克！这一点笔者对此从不忌讳，可能有人会说不要脸，要我看，抄作业也不容易的，技术这个东西，隔层窗户纸你就能抄作业，但要是隔座山，想抄都抄不了！