聊聊星舰——写给每一位抬头仰望星空的少年

（原标题：聊聊星舰——写给每一位抬头仰望星空的少年）

对于这颗蓝色星球上的每一位航天爱好者来说，今晚都是个特别的时刻。无数人心心念念的星舰，将开启自己的第一次轨道发射尝试。

当然，按照以往的经验，发射前宣布延期的概率不小，而即使能够成功点火、离开发射台，这个重达几千吨的庞然大物，也不见得有机会飞入预定轨道——实事求是的说，各种可能性都是存在的。马斯克预测成功概率有50%，已经是很乐观的估计了。

但，无论如何，想要让飞向火星的梦想照进现实，人类就总归需要迈出第一步。

写一点东西作为纪念，留给二十年后的自己，也分享给雪球上每一位曾经抬头仰望星空的少年。

一、星舰的基本概念

注：这部分内容主要是写给对星舰和航天感兴趣，但之前没有太多了解的人。资深航天迷可以直接跳过。等第一次发射（成功？）结束，我会另开一篇，写写自己的感受和展望。

1、星舰是人类有史以来建造的最大的航天器，尺寸和重量都超过了阿波罗登月所用的土星五号。具体来说，120米的高度大概相当于40层楼，5000多吨的起飞重量，大致上和一艘中型的导弹驱逐舰近似，所以称作“星舰”并不存在任何的夸大。整个星舰运输系统可以分为三部分：第零级是指地面的发射架/回收所用的筷子，第一级是指超重助推器，第二级则是星舰本体，也就是真正进入轨道的航天器。

2、星舰是人类历史上第一个完全可重复使用的航天载具。在星舰之前，航天飞机的机体是可重复使用的，但主燃料箱和助推器都是一次性的。SpaceX引以为傲的猎鹰九号，实际上也只实现了第一级和整流罩的可重复使用，而上面的第二级仍然是一次性的。可重复使用的意义，主要是不需要每发射一次都得报废一个完整的火箭，因此可以极大的降低载荷的入轨成本。

3、星舰的最终设计目标，是把每公斤载荷的入轨成本降低2-3个数量级，也就是达到目前成本的百分之一到千分之一的水平。目前我们往近地轨道发射1公斤的载荷（譬如把我现在使用的这台笔记本发射到轨道上），成本大概在2万美金左右（不精确，大致范围），相当于，把一个体重100kg的胖子（好吧，就是我）射入轨道，单纯发射这部分的成本就得200万美元（实际要去空间站上玩一圈，票价还要高得多，通常是几千万美元/人），而在星舰大规模使用之后，入轨成本有望将降低到几千美元的量级（按上面的比例大致估算，太空游的票价有可能会降到几十万人民币的水平）

4、之所以能实现如此巨大的成本降幅，主要是基于一个很简单的事实：在人类现有的一次性火箭的发射过程中，因为燃料的消耗所产生的成本，通常不超过整体成本的1%，打个比方这枚火箭发射一次的价格是1亿美元，真正消耗在液氧和煤油/甲烷/液氢上的成本，可能也就不超过100万美元，其余的9900万美元实际上是被只能使用一次的舰体制造成本给白白消耗掉了。所以，如果这枚火箭有办法重复使用10次（先不考虑每次发射后的保养维护），那么每次的发射成本可能就降低到了1090万美元，如果能重复使用一百次，则可以降低到199万美元，而星舰的设计，是以能重复使用上百次甚至更高的次数为目标的，这样就可以带来入轨成本的巨幅下降。

5、星舰的设计当中有两个特征是非常激动人心的，第一个是快速重复发射能力，譬如说超重助推器发射并回收之后，经过简单的检查马上再次加注燃料，进行第二次发射，有可能前一艘星舰还在轨道上没回来，下一艘星舰又飞上去了，有点像是每小时发一班的城际客车的感觉；第二个是在轨加油能力，打个比方我想坐星舰飞往火星，但是燃料不够，可以先把火星星舰发射上去，在地球轨道上待命，然后快速的循环发射若干个轮次的加油舰上去，给轨道上的星舰进行“空中加油”，等燃料装满之后，再让星舰离开地球轨道飞往火星。基于这样的方式，理论上说，星舰可以成为穿梭于整个太阳系内的重型运输工具。

二、星舰的首次发射会成功吗？

首次发射能否成功，主要取决于你对于成功的定义。

先说明一下，首次发射时，超重助推器和星舰舰体都不会进行回收，所以第一次发射主要就是验证两件事：是否能够成功入轨、以及再入大气层时会不会解体。

从目标实现的难度上排序，大概是这样：

1、成功离开发射架没有原地爆炸（很重要，意味着马斯克不需要花钱重新盖一个）

2、越过Max-Q最大动压点（至少起飞阶段应该就不会炸掉了）

3、一二级顺利分离（意味着超重助推器的首次飞行基本成功了）

4、星舰进入预定轨道（大成功！测试目标实现了80%）

5、一级助推器受控降落（最终还是会掉海里，但是到海平面的时候速度基本降到零，而不是啪的一声砸到海里，考虑到猎鹰九的丰富经验，这事儿挑战其实不算太大）

6、星舰再入大气层，成功减速而没有发生空中解体（近乎完美，可以说实现了99%的目标）

7、星舰受控降落（这个环节据说第一次发射不会有，但假如有1%的可能性呢……小小期待一下）

作为一个星舰的死忠粉，我个人的期待是，第一次试飞，能够越过MAX-Q，就算功德圆满了。其他的目标，每多实现一个都是白赚的。

如果今晚的发射能够顺利入轨并返回大气层，那么保守估计，SpaceX仍然需要1-2年的时间，完成首次真正意义上的两级全回收的发射，那个点上才能说星舰这东西真正做成功了。

而要做到载人飞行， 以及传说中的间隔时间48小时以内的快速重复发射，我个人预计，大概还得有3-5年的时间。

三、星舰将如何影响普通人的生活？

说实话，相对于计算机、移动互联网以及今年火热的AI，三五年内，星舰对于普通人的生活并不会产生那么剧烈的影响。但长期来说的话， 还是会给整个人类社会产生不少全新的可能性：

1、太空旅游。包括纯粹为私人开设的近地轨道太空酒店和月球度假酒店，让普通人也可以体验一把当宇航员的感觉，这个应该在20年内就可以实现了。下一代的小孩子们，可以憧憬一下长大后去月球上度个假什么的；

2、外星探索。严格说包括月球、火星、木星和土星的卫星等地外星球的探索，以及载人登陆，这个感觉有点像现在普通人谈起南极科考站那种，虽然绝大多数人还是去不了，但是还是可以有少数的精英去进行科学研究和探索。马斯克的火星殖民也包含在这个范畴当中。

3、商用和私人太空站。最顶尖的富豪，将会以拥有私人空间站为荣，有点像是现在顶级富豪买一艘豪华的私人游艇那种感觉，应该也会有私人太空船，但并不是说自己买一艘星舰，而是会出现某种私人使用的轨道驳船，有钱人先乘坐大号的星舰飞往公共空间站/太空码头，然后在公共空间站开着自己的私人轨道驳船前往自己的私人空间站，这应该会成为某种身份和权势的象征。

4、科学研究。靠着星舰巨大的载荷仓和低廉的入轨成本，像詹姆斯韦伯那种科学研究神器可以像下饺子一样的大批发射，人类对于整个宇宙的研究和探索会进入一个全新的阶段。然后基于太空的微重力环境，据说也能够给材料科学研究带来一些全新的可能，这个我也不专业，就不展开了。

5、星链通讯。这方面有SpaceX的星链打样，就不用再啰嗦了。各种各样的类星链服务会不断的冒出来，人类的网络连接能力会被进一步加强，不管你在深山老林还是在万米高空。

6、太空能源和采矿。这个就比较科幻小说流了，理论上可行，实际上多久能实现说不好。主要是从经济上能否算得过账来。

四、一点感想与补充

1、SpaceX是美国公司，员工貌似也都是美国籍，所以很多小伙伴对于星舰的看法有点矛盾。但你要知道，长征九号的最新构型设计其实就是对标星舰的，星舰如果能成功，就相当于长征九号节约了可行性研究的时间和成本，这对于中国航天是好事而不是坏事。何况，面对这无垠的太空，我们首先是人类，其次才分为不同的国籍。科技的进步，最终一定是属于全人类的。

2、受科幻小说和热门电影的影响，有些朋友认为太空电梯和无工质推进才是“正道”，而“落后的化学火箭”是要被淘汰的……哈哈，这个，如果太空电梯和无工质推进真的实现了，我绝对赞成把星舰扔到历史的垃圾堆里，马斯克肯定也是这么想的。但首先我们需要区分科学和科幻的区别，太空电梯和无工质推进目前都属于纯正的科幻，其背后所需要的材料以及物理学原理还没有被发现，所以起码在可预见的未来（远了不敢说，五十年之内），人类还是要依赖于力大砖飞的化学火箭的。那句话怎么说的来着，要仰望星空， 也要脚踏实地，对吧。

3、今年，我们已经看到了AGI的第一束曙光，很快，又要亲眼见证全新的太空工业时代拉开序幕。作为寿命短暂的碳基生命，有幸生在这个时代，能够见识到各种伟大的科技进步，能够看到人类文明不断的扩展和进化，这是一桩令人兴奋的事情。每当仰望星空，我总觉得，在这浩渺无垠的宇宙当中，我虽然只是一粒不值一提的尘埃，却也自有其存在的意义所在。

今晚，以及之后的许多个日子里，让我们一同见证历史。祝星舰好运！

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