SpaceX新规划雄心勃勃，需要克服哪些挑战？

近日，美国SpaceX公司创始人马斯克在演讲中提到了2024年乃至更长远的任务规划，其中涉及加紧推进“星舰”试飞入轨并部署卫星，力争将“星舰”复用模式下近地轨道运力提升到200吨，加速建设和更新星链星座，开通卫星直连手机业务等。那么，想要实现这些任务目标，SpaceX公司需要克服哪些挑战？一旦其“梦想成真”，这些成就有可能造成怎样的影响呢？

频繁发射

目标加码

2023年初

SpaceX公司创始人马斯克声称，要在当年完成100次航天发射。外界普遍对此将信将疑，毕竟这个发射次数似乎是一家商业航天公司无法想象的“高度”。事实上，SpaceX公司在2023年确实未达成目标，但完成了91次猎鹰9火箭入轨发射、5

次猎鹰重型火箭入轨发射和

2

“星舰”试飞，大幅刷新了一款火箭全年发射次数的纪录。

猎鹰重型火箭的两枚助推器着陆回收

据统计，SpaceX公司在2023年占据了全球航天成功发射次数的约45%，运送了约80%的全球入轨载荷总质量。那么这家商业航天公司为何能够实现如此出色的成就呢？

直接答案可以用一个词来回答，那就是“复用性”。近日，马斯克在SpaceX公司年度会议上表示：“可复用性是太空未来发展必不可少的关键。我们需要火箭的可复用性，就像我们需要汽车、飞机、自行车和马的可复用性……让人类成为多行星物种所必需的根本发明，基本上就是能够快速重复使用的可靠火箭。”

火箭能够回收复用，往往就意味着更低的单次发射成本和更短的火箭发射周期，频繁出现的“N手火箭”正是SpaceX影响的基础公司对全球商业航天产生重大。而SpaceX公司的火箭第一级或助推器能够反复通过高温、振动、精确选择着陆点等考验，离不开箭体结构、发动机、材料、导航、计算机等诸多领域的技术进步和积累。考虑到美国航天产业链比较完善，配套厂商和发射设施众多，越来越短的火箭发射周期同样展现了SpaceX公司优秀的综合管理和组织协调能力。

目前，单枚猎鹰9火箭第一级的复用纪录是“19手”，累计将200余吨载荷送入轨道，而整个猎鹰系列火箭在2023年的回收成功率更是达到了100%。依靠火箭第一级或助推器复用，SpaceX公司显著降低了发射成本，提升了市场竞争力，在国际上大幅抢占了其他国家经典型号火箭的市场份额，同时收获了大量美国政府和军方的订单，打破了联合发射联盟等传统航天巨头的垄断。

2024年，SpaceX计划进行144次航天发射，设定年度增长率50%，发射入轨的载荷总质量预计会达到2600余吨，可能会占据全球航天发射入轨总质量的90%左右。这个宏伟目标能否实现，SpaceX公司会不会迎来具备足够潜力的竞争者，我们不妨拭目以待。

加紧测试

力求突破

猎鹰

9火箭为SpaceX公司发展壮大立下了汗马功劳，但更多被马斯克视为维持公司运营的“过渡型号”，真正的目标型号则是“星舰”。

作为瞄准

“完全

复用”的重型火箭，当前“星舰”的高度超过120米，直径约9米，是全球最大、推力最强的火箭，设计复用模式下近地轨道运力约150吨。而这并非最终目标，马斯克近日透露，第三版“星舰”已完成设计，高度将达到140～150米，复用模式下近地轨道运力会提升到200吨。

“星舰”频繁测试准备第三次试飞

2023年，“星舰”实施了两次试飞，均在空中爆炸自毁。不过，SpaceX公司推进“星舰”研发与测试时，遵循快速迭代原则，只要资源投入有保障，就会频繁尝试“破坏性”试飞，以便及时收获反馈，从而在后续试验箭上不断优化与提升。正如马斯克所说：“牺牲硬件总比牺牲时间要好，时间才是真正的货币。”

事实上，“星舰”第二次试飞表明，发射设施改进后符合要求，第一级点火起飞和两级分离表现出色，比第一次试飞进步明显。

今年1月12日，马斯克披露了“星舰”第二次试飞未能入轨的原因：空中爆炸与按计划进行的推进剂排放操作有关，因为发动机燃烧结束时要排掉多余的推进剂，以确保“星舰”第二级的“多余”推进剂在重返大气层之前用完。马斯克认为，如果“星舰”第二次试飞时搭载了有效载荷，就不会有“多余”推进剂需要排放，“星舰”也就有希望入轨。

不过，“星舰”实际进度已落后于之前的乐观预期，又承受着“阻碍美国重返月球”等外界压力，因此SpaceX公司正在加紧筹备“星舰”第三次试飞，最早有望在2月12日进行。

“星舰”第三次试飞的首要目标就是入轨，为后续的复杂在轨测试“铺平道路”。

第二个目标是开展“星舰”顶部贮箱支持发动机测试。顶部贮箱是“星舰”第二级（也就是飞船）前端较小的球形贮箱，内部的推进剂专门用于保障第二级再入和着陆。马斯克称，这次测试将验证“星舰”第二级是否能够依靠顶部贮箱在太空中启动发动机，以便可靠地脱轨制动。

第三个目标是将推进剂从“星舰”顶部贮箱传输至主贮箱。

众所周知，“星舰”的发动机使用液氧甲烷推进剂，以低温状态贮存。而“星舰”进入近地轨道后已消耗了大部分推进剂，如果企图进一步前往外星球，必须进行在轨推进剂补加作业，需要克服推进剂沉底和蒸发、长期在轨管理、低温下机械适应性、发动机重复启动、自主交会对接等难题。

考虑到综合难度较高，在“星舰”第三次试射中，科研人员只会测试推进剂在箭体内部两个贮箱之内进行转移，暂不涉及多发“星舰”之间传输推进剂。

完善组网

应对更新

其实，

“星舰”第三次试飞还有一个重要目标，那就是测试PEZ卫星分配器和载荷投送舱门，加速星链星座组网和更新。

所谓“PEZ卫星分配器”，就是“星舰”内部搭载卫星的固定支架和部署机构，设计可以将大量卫星通过箭体侧面开口“弹”到轨道上。到时候，“星舰”部署卫星的情景和工作原理类似近百年前的PEZ弹射糖果玩具，该装置也由此得名。

星链卫星正增加直连手机服务

星链星座是马斯克在2015年提出的太空高速互联网项目，旨在借助大量近地轨道卫星，提供覆盖全球的高速互联网接入服务。截至2024年1月29日，累计共有5700多颗星链卫星被发射升空，占据全球近地轨道卫星总数过半。未来，星链星座组网建设将进一步提速，但也面临着早期卫星到寿等压力，必须尽快补充发射。与此同时，星链卫星不断更新换代，宽带容量、搭载能力提升，应用了激光传输、新型霍尔推进器等，尺寸和重量同样“水涨船高”，需要更强大的发射部署工具。

马斯克表示，今年星链星座的目标是为全球过半人口开通互联网服务，到2027年，4.2万颗星链卫星将部署完毕。“星舰”的容积和运力远远超过猎鹰9火箭，可以搭载和部署更多更大的卫星，这对于星链星座“扩张版图”是至关重要的。

最近，SpaceX公司发射了第一批能够直连手机的星链卫星，通过与运营商设施合作，未来逐步提供发短信、通话、上网等服务。外界认为，星链星座更有优势的使用场景是在人口密度较低、地面基础设施不完善的地区，而不是人口稠密的城市，这也有助于SpaceX公司与多国运营商开展合作。

除了公布这些近期任务外，马斯克在演讲中又宣传了未来宏大的太空计划，包括利用“星舰”向近地轨道和外星球投送更多的人员和物资，建设近地轨道空间站和月球基地、移民火星等。这些远景设想似乎显得不切实际，但我们回顾8年前猎鹰9火箭第一级成功回收，可能当时谁也不会想到SpaceX公司能够取得如今的成就。

航天是伴随梦想前行的事业，各国航天工作人员正在为梦想和成功而努力。或许正如马斯克所言：“我们所拥有的文明，其实只是广袤黑暗中的一枚非常微小的蜡烛。我们必须尽一切可能，确保这枚蜡烛不会熄灭。”

本文原载于《中国航天报·飞天科普周刊》

来源/中国航天报

文/林溪

编辑/杨斯爽

审核/穆檀

监制/姜军

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