有史以来最大的运载火箭太空探索技术公司SpaceX“星舰”的第五次测试飞行，从美国得克萨斯州点火升空。

　　据环球网报道，直播画面显示，火箭第一级超重助推器，在发射后约7分钟时，在一座高约145米的塔架完成“历史性着陆”。塔架上的一对巨型机械臂，如同筷子夹鸡肉一般，“夹住”将近300吨重的箭体。

　　这恐怕是航天史上最惊险的动作之一，稍有不慎就会放一个“大烟花”。人类首次使用如此大胆的方式回收航天器，成为星舰第五飞的最大看点。

　　在科幻巨作《三体》中，当今人类的化学能火箭飞向深空被形容为“划着独木舟横跨大洋”，是“痴人说梦”。伊隆・马斯克就像划着独木舟横跨大洋的“痴人”。他要把化学能火箭的潜力压榨到极致，想把人类历史快进到移民火星这一集。

　　在他的火星移民蓝图中，“星舰”将拥有今天人们难以想象的效率巨大的运载能力、惊人的数量和发射频次，以及极低的价格，以实现“100万人去火星”。这仰赖于三大关键技术的“王炸组合”

　　箭体材料，用的是你手里保温杯的不锈钢；烧的燃料，是你家煤气灶每天在烧的甲烷；而回收火箭、重复使用，就像你用筷子夹菜。

　　低成本、大规模进入太空，是人类一直孜孜以求的梦想。如此“接地气”的航天器，真的能为我们叩开通向月球和火星的“星际之门”吗？

　　“垂直反推返回、塔架机械臂回收，是星舰系统未来实现快速回收、快速发射的关键一步。”浙江大学航空航天学院王慧泉教授告诉潮新闻记者。

　　用来抓住“星舰”的塔架被叫做Mechazilla，直译过来为“机械哥斯拉”。两个机械臂均为长36米、高18米，承重达700多吨。

　　2021年8月，马斯克发推称：“SpaceX将尝试用机器人筷子捕捉史上最大的飞行物体就像用筷子夹小块儿寿司。”同年10月28日，Mechazilla 进行了首次测试。

　　与采用四条折叠腿直接着陆的猎鹰9号火箭不同，SpaceX从一开始就没有给超重助推器和星舰飞船设计着陆支架。

　　首先，回收时在空中就让火箭挂在机械臂上，然后直接把一二级火箭堆叠在一起。马上就能加注燃料、简单检修，然后就能直接再次发射，极大加快了重复使用的速度。

　　而猎鹰9号火箭就麻烦多了，着陆后要运回工厂翻新、更换、检测众多零部件。此外，“星舰”的甲烷发动机在燃烧后几乎无残留，而猎鹰9号的煤油发动机却有大量结焦、积碳需要清洗，必须返厂。

　　“不过，要想实现塔架抓取回收，还面临着三大拦路虎。”王慧泉提醒道。

　　第一，准。塔架回收需要极高的精度，从视频看，连箭体上的承力点都要对齐机械臂，差一点就可能功亏一篑，甚至碰撞爆炸。

　　事实上，中国航天的“脑洞”也不遑多让。在2022年2月17日于北京举行的近地轨道载人航天发展展望与合作国际研讨会上，航天科技一院展示了新一代载人运载火箭芯一级回收方案，采用绳网吊挂回收装置令人耳目一新。通过数条活动的系绳，在火箭下降时把火箭吊挂住，实现软着陆。这一方案的容错度明显比“筷子回收”更大，不过能否快速复用尚有待观察。

　　“不锈钢最大的缺点就一个字：重。但优点有很多，强度高，耐高温耐低温，而且极其便宜。”国际宇航联空间运输委员会副主席杨宇光对记者说。

　　据测算，再入大气层时星舰飞船表面有20%暴露在1470℃高温下，还有20%最高温是1300多℃，其余表面最高温低于1176℃小火箭代理共享账号失败，堪称“鬼门关”。304不锈钢熔点通常在1400℃上下，比目前任何主流箭体材料都要耐高温，“星舰”还有1.5万多块隔热瓦，能经受1648℃高温，而不锈钢也可以扛一扛。马斯克本来想在“星舰飞船”用碳纤维，但是碳纤维抗高温不行，就大胆改成不锈钢。

　　太空里更多是极寒环境，不锈钢即使在零下160℃也能保持延展性和强度，在平均温度零下63℃的火星表面游刃有余。更神奇的是，不锈钢在低温下强度会提高50%，甚至高于铝锂合金，添加铬镍的不锈钢还会增加12-18%的延展性，比碳纤维还坚固。

　　然后就是廉价，不锈钢简直太便宜了。家里的高压锅、保温杯、橱柜生活中随处可见。

　　在马斯克最关心的价格方面，他算过一笔账用碳纤维造火箭，每公斤成本超135美元，同时碳纤维有35%的损耗，因此每公斤要花200美元；铝合金也要每公斤三四十美元；用301不锈钢造同样的火箭，每公斤才3美元！

　　这还没完，碳纤维制造工艺复杂，技术人员时薪250美元，而焊接不锈钢板的焊工时薪不到50美元。马斯克曾说，NASA的SLS重型火箭花费的钱，够“星舰”炸100次。

　　“太重的确是个很大缺陷，因为航空航天材料都追求一个轻字，为减重每一克而奋斗。”杨宇光介绍，“箭体太重，推力又不变，能带的燃料和货物就少了。”

　　因此，想要采用不锈钢造箭体，必须有前提条件。“发动机必须够优秀。星舰的猛禽全流量分级燃烧循环液氧甲烷发动机，做得个子小、推力大、比冲又高，弥补了不锈钢在重量上带来的损失。”杨宇光说。

　　另外一点，如果火箭做得特别大，也可以部分弥补不锈钢太重的缺点。换言之，就主打一个“大力出奇迹”，这也正是“星舰”的设计思路。

　　不过杨宇光强调，我们不能单纯以为“星舰”就是“傻大黑粗”，其实“星舰”的不锈钢箭体非常有技术含量，“它做得非常薄，又大又薄又耐压，背后的材料技术和加工水平都非常高”。

　　2023年4月20日“星舰”首次发射虽然失败了，但在天上翻滚了好久才解体，恰恰说明其不锈钢箭体的强度相当大。

　　2023年7月12日，蓝箭航天的朱雀二号火箭抢在“星舰”前面，成为全球第一枚成功发射入轨的液氧甲烷火箭。而“星舰”的“猛禽”则是世界上技术最先进、推力最大的液氧甲烷发动机。

　　根据燃料不同，火箭可分为固体火箭和液体火箭。航天发射主流是液体火箭，当前主要是液氢液氧、液氧煤油、液氧甲烷三种。在《中国航天》执行主编张京男眼里，液氧甲烷是当前火箭发动机的最终状态。

　　为什么是甲烷（CH4）？因为太香了。“液氧甲烷是目前可复用火箭最理想的动力，没有之一，而火箭的复用代表着人类航天未来发展方向。”王慧泉扳着手指给记者一条条分析。

　　第一，液氧甲烷推进效率不错，理论比冲达390秒，仅次于氢氧动力。简单科普一下，比冲指1公斤燃料推动1公斤重量能维持的时间，是火箭发动机的头号性能指标。

　　第二，燃烧结焦少，发射后管子更干净，修复比煤油发动机省事省钱多了，使得回收后在塔架上加油、检修后直接再次发射成为可能。这一点最适合大规模、高频次回收重复使用。

　　第三，能量密度低于液氢但高于煤油，发动机喷口直径小，结合“泵后摆”技术能大幅减小发动机体积和重量，能在箭体里塞下更多发动机，大大增强火箭推力。

　　第四，极其便宜，甲烷遍地都是，可以用你家天天在烧的天然气提纯获取，每公斤成本才5块钱，是液氢的1/100！也不到煤油的一半，堪称“白菜价”。

　　蓝箭航天首席执行官张昌武认为，选择液氧甲烷是历史的必然。“为了适应未来星际旅行，需要更经济、更适合回收的推进剂，大家不约而同地选择了甲烷。”

　　据航天科技11所大推力发动机总体研究室副主任张晓光透露，我国在2000年启动研制甲烷发动机，200吨液氧甲烷发动机将用于中国重型火箭的芯一级和二级上，综合性能指标与“猛禽”相当。

　　在SpaceX的“星舰”蓝图里，未来将完全回收一二级，同时每台发动机理论上可复用50次。最终目标是发射成本只剩下燃料、测控维修等杂费，将每公斤载荷发射成本降到10美元的极低水平，让普通人都能圆太空梦。目前我们距离这一步还有多远？

　　“航天飞机就是入轨级可重复使用，但为此付出了极大的代价。”据杨宇光介绍，航天飞机全系统起飞重量达2000多吨，如果是常规构型的运载火箭，低轨运力至少能有六七十吨，但是航天飞机的运力只有29吨。付出那么多代价，第一是为了能载人，第二是为了能回来，能重复使用。

　　航天飞机每次回来还都要做非常复杂的检修，它的每块隔热瓦形状都不同，难以标准化量产。“星舰”好一点，大多数防热瓦形状是一样的，但靠近顶部以及升降翼面的防热瓦也不一样，要更换这些必然带来时间和人才成本。“因为技术过于激进，首先能不能成功还要打个问号；即便完全复用在实践中成功了，最终是不是省钱也不好说。”

　　尤其是未来“星舰”要计划载人飞行，安全将会是更大的难关。航天飞机只是载7个人，在135次飞行中就炸了两次（1986年的“挑战者”号和2003年的“哥伦比亚”号），共有14名航天员遇难。“星舰”一方面要极致地压缩成本，另一方面要一次运载100人，万一发生一次严重事故，基本可以肯定这100人都无法生还，这对于“星舰”计划带来的冲击是难以想象的。

　　载人航天的安全要求有多严格？杨宇光举了个例子：SpaceX本想在载人“龙”飞船上使用火箭反推着陆，但被NASA和FAA（美国联邦航空管理局）给否决了，还是担心反推太不安全，要求SpaceX改回降落伞减速着陆。

　　“龙飞船外形非常短粗，其8台发动机只需4台工作就能着陆，就这样美国官方都不允许。星舰二子级可比龙飞船要细长得多，稍微一歪就可能倒、可能炸，风险太大，至今只成功回收过一次。不载人也就算了，载人的话，官方怎么可能开绿灯？”杨宇光提醒，“星舰”载人的二子级要想重复使用，其唯一的着陆方式就是火箭反推，因为其空重达120吨，这远远超出了降落伞的承重极限。如果管理部门不允许，那么“星舰”载人飞行也只是空中楼阁。

　　杨宇光进一步指出，“星舰”事实上不太适合送人送货到月球、火星，最适合它的工作是绕着地球转，比如发射卫星到近地轨道。

　　“因为发射深空载荷需要更高的速度，只有级数多，速度才能加上去。比如土星五号是三级火箭，N1更达到了五级；再比如，发射天问一号火星探测器的长征五号基本型是两级半，专门发射空间站的长征五号B就是一级半。”杨宇光认为，“星舰”为了百分百可重复使用，选择了两极构型，对于近地轨道是合算、高效的，但对于深空运输来说效率却是极低的。

　　今年6月23日和9月11日，两家中国公司成功完成了十公里级火箭垂直起降试验，分别是航天科技集团八院和蓝箭航天。此外，据航天专栏作家陈蓝观察，中国还有四家公司实现了低空回收，四家公司实现了系绳或航发驱动飞行及回收。

　　事实上，规划有可回收火箭的中国公司不止以上10家，还有天兵科技、东方空间、空天引擎、箭元科技等也在摩拳擦掌，预计不久也会加入回收试验俱乐部。

　　“实事求是地说，在航天技术重大创新方面，SpaceX依然领先。”陈蓝说，“在目前阶段采用跟随战略是完全正确的，它可以让人们避开许多别人踩过的坑，少走弯路，提高效率。没有必要重复发明轮子。”

　　毕竟，迈向“星辰大海”征途漫漫，不是一个国家可以独立完成的，需要世界各国的勠力同心。人类也只能一步一个脚印、摸索着艰难前行，携手在群星之间，共同谱写人类命运共同体的全新篇章。