SpaceX“星舰”第四次试射成功，中美运载火箭差距在哪儿

美国太空探索技术公司(SpaceX)星舰第四次试飞完成预定目标，重型运载火箭再次成为全球关注的焦点。

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SpaceX星舰第四次试飞成功

昨晚20点50分，SpaceX星舰从位于美国得克萨斯州的基地成功发射升空，这是其第四次飞行测试。

直播画面显示，星舰发射时有一台发动机未能正常启动，但由于星舰在设计时有三台发动机的冗余，星舰仍然保持正常飞行。

随后，星舰按计划与助推器分离，发射升空七分钟后，超重型助推器溅落到墨西哥湾，SpaceX首席执行官埃隆·马斯克宣布星舰助推器软着陆成功。同时，火箭二级在太空中持续飞行。直播画面从12分钟后，很长一段时间内显示“等待信号识别”。

星舰发射近40分钟后，直播信号画面恢复，星舰重新飞入大气层。在飞行过程中，星舰部分零件及直播镜头一度因高温等损毁严重，随后从画面上看，星舰高度仍持续下降，最终溅落印度洋。

昨晚的试飞是SpaceX超级火箭“星舰”历史上第一次完成了所有任务。SpaceX公司创始人马斯克宣布，“星舰”成功在海洋上软着陆，祝贺SpaceX团队取得了巨大的成就。

在马斯克的愿景中，“星舰”是将人类送上火星的载具，这也是他创立SpaceX公司的核心目标。得益于迅猛的发展势头，SpaceX公司的估值正疯狂攀升。今年5月底，媒体援引知情人士的消息报道称，马斯克旗下SpaceX公司已经开始讨论出售现有股票，该公司的估值可能将达到2000亿美元（约合人民币14500亿元）。

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重型运载火箭的突破

星舰是迄今全球体积最大、推力最强的运载火箭。据SpaceX公司介绍，星舰配备了多台“猛禽”发动机，总高度约120米，直径约9米，火箭由两部分组成，分别是一级助推器“超重型推进器”（Superheavy）和二级飞船“星舰”（Starship）。

星舰发射成功，对于人类航天史具有革命性意义，它能够一次性将100多吨物品送入轨道。星舰也是一枚完全可重复使用的火箭，将大大降低太空活动成本，助力马斯克实现“火星梦”。

按照计划，星舰可以在地月轨道之间执行长期飞行任务，同时在火星任务中作为货船和载人太空船等。该火箭计划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。

事实上，近年来随着探月热潮的兴起，载人登月和深空探测必需的重型火箭受到越来越多的关注。

重型运载火箭是指具备发射低、中、高不同地球轨道不同类型卫星及载人飞船的能力的火箭。根据百度百科的定义，重型火箭的起飞推力达到3500吨，低地轨道运载能力为100吨；地球同步轨道运载能力为18吨；飞向月球的轨道运载能力为32吨；飞向火星及金星的轨道运载能力为28吨。

在国际上，重型运载火箭的定义有所不同。例如，美国航天局网站的定义中，重型运载火箭通常指的是有效载荷较大的火箭，如土星5号火箭可以将超过100吨的载荷送入近地轨道。此外，国家航天局副局长吴艳华提到，我国的重型运载火箭处于方案深化论证和关键技术攻关阶段，其近地轨道能力在50吨到150吨之间。

中国正在研制的重型运载火箭，其箭体直径达到10.6米，高度约110米，低轨道的运载能力可以达到150吨以上。这表明中国的重型运载火箭在设计上具有较大的规模和强大的运载能力。

而中国长征五号系列大型运载火箭成功发射后，外界极为关注“中国用于深空探测的重型火箭项目”。长征运载火箭起步于20世纪60年代，具备发射低、中、高不同地球轨道不同类型卫星及载人飞船的能力，并具备无人深空探测能力。低地球轨道(LEO)运载能力达到25吨，太阳同步轨道(SSO)运载能力达到15吨，地球同步转移轨道(GTO)运载能力达到14吨，长征火箭发射成功率96.7%。

美国“太空”网站称，当前中国近地轨道运载能力最强的火箭是长征五号系列火箭，近地轨道运载能力达到25吨。报道称，中国从2018年开始提出近地轨道运载能力高达140吨的长征九号重型火箭，预计将在2028年前后首发。外媒还猜测，长征九号重型火箭芯级直径为10米，高度将超过103米，起飞推力超过4000吨。此外，它还采取可重复使用的火箭技术以降低发射成本，同时，长征九号重型运载火箭预计将在2030年前后实现首飞。

目前，国际上常见的现役重型运载火箭有如下四种——

·“德尔塔４”型火箭——本世纪初美国低成本火箭研究计划的产物，是具有１１吨到２５吨近地轨道运力的中型大推力火箭。第一级采用液氢和液氧作为燃料。这种火箭在本世纪初推出后，因成本低廉、性能可靠而一炮走红。

·“宇宙神５”型火箭——由美国联合发射联盟公司生产，近地轨道运力约１９吨，地球同步转移轨道运力约９吨。由于所用发动机为俄罗斯生产，美国国会立法禁止美国相关机构今后使用“宇宙神５”型火箭，这也是该公司研发“火神”火箭的原因。

·“阿丽亚娜５”型火箭——欧洲生产的大推力运载火箭，１９９６年首次试验发射，１９９９年投入商业发射。火箭可将２０吨载荷送至近地轨道，将１０吨载荷送至地球同步转移轨道。

·“安加拉５”型火箭——俄罗斯的大型运载火箭，２０１４年首次发射成功。火箭近地轨道运力近２５吨，地球同步转移轨道运力可达７吨以上。

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运载火箭未来发展趋势

运载能力是运载火箭最重要的参数指标，是指对于某一轨道该火箭可以运送的载荷的最大质量，表征火箭可以提供给载荷的动能与势能之和。

而中美运载火箭在技术、推力和应用方面存在显著差异。

从推力和运载能力来看，美国的运载火箭在历史上曾达到极高的水平。例如，1969年阿波罗登月任务使用的“土星五号”火箭，其推力达到了3408吨，运载能力在月轨为45吨、近地轨道118吨，是迄今为止世界上体积最大的火箭。此外，美国的SLS（Space Launch System）火箭被认为是目前全球推力最大的运载火箭之一，其近地轨道载荷可以达到70吨，地月转移轨道则达到27吨。

相比之下，中国的长征系列火箭虽然也具备强大的运载能力，但在最大推力和运载能力上仍有差距。例如，长征-5B火箭的近地轨道运载能力为22吨，而长征-9号火箭预计将达到4000吨的推力，这将使其成为中国迄今为止推力最大的运载火箭。

在商业运载火箭领域，美国的SpaceX公司在发射次数和技术创新方面占据领先地位。2018年，美国火箭发射总数有29次，其中SpaceX占据了七成。SpaceX的“星舰”火箭是可回收、重复使用的新一代重型运载火箭，其总长约120米，直径约9米，由两部分组成：第一级是长约70米的“超级重型”助推器，第二级是长约50米、可重复利用的“星舰”主体。

中国的商业运载火箭市场也在快速发展，但在成本和回收利用方面仍面临挑战。中国的长征系列火箭虽然在发射次数上已经超过美国，但在竞争力和成本效益方面仍需提升。

目前我国火箭存在运载能力不足问题，运载能力最大的长征五号火箭（近地轨道运力为25吨），重型猎鹰火箭运力达到63.8吨。我国民营火箭的运载能力相对较弱，后期民营火箭公司提升空间大。

中国运载火箭在发射成本上与国外先进中大型液体运载火箭相比还有较大差距。

依据《国内外运载火箭发射服务价格分析及启示》 可知，Space X公司Falcon9H和Falcon9的低轨发射成本分别为0.95万元人民币/kg、1.8万元人民币/kg，俄罗斯及欧洲火箭发射服务价格也均有一定提升空间；我国未来发射火箭也向增加重复使用次数、降低发射成本方向持续发展。

目前，中国现已建成酒泉、太原、西昌、文昌四大航天发射场，它们选址不同、各具特色，共同支撑着我国的航天发射任务。2023年年底，海南文昌建起我国首个商业航天发射场——海南国际商业航天发射中心，计划2024年实现常态化发射，将成为我国第五个航天发射场，建成后进一步提升我国民商运载火箭发射能力。

海南国际商业航天发射中心建设有2个工位，按每年发射16次设计，1号工位用于发射长征八号火箭，2号工位用于发射9个厂商的十几型火箭。

实现运载火箭的重复使用是降低成本的重要措施，将成为下一代运载火箭的核心特征之一。以猎鹰9号为例，随着重复使用次数增加，运载成本逐渐降低，并趋于平缓，重复使用18次后，运载成本接近一次性使用运载火箭成本的三分之一。

目前运载火箭箭体回收方法有伞降回收、垂直返回和带翼飞回3种回收方式。各种回收方式都具有自身的特点，选择何种回收方式应根据自身运载火箭的技术及发展情况，以及自身的任务需求，进行最合适的选择。

而以中国民营火箭公司蓝箭航天为代表的朱雀二号火箭，其发射成本也在不断优化和提升，未来有望赶上和超过世界先进水平。