在如果 SpaceX 星艦系統(tǒng)能夠按預(yù)期運(yùn)行，那么它絕對(duì)會(huì)改變太空探索的方式，因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)解決了阻礙我們進(jìn)行任何有意義的載人探索的兩個(gè)根本限制-技術(shù)和成本（可重復(fù)性）（作者認(rèn)為目前來說）。

目前，我們的人類登陸的太空探索僅到達(dá)了最近的衛(wèi)星—月球。即便如此，也耗費(fèi)了巨額資金和資源，而且這種努力根本無法長(zhǎng)期持續(xù)。如果僅僅將15噸的有效載荷送上月球就需要數(shù)十億美元，那么任何更遠(yuǎn)距離的載人任務(wù)都將變得如此奢侈，以至于沒有哪個(gè)國(guó)家能夠獨(dú)自承擔(dān)。

星艦系統(tǒng)通過利用兩個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)繞過了這些限制，從而大幅降低成本并提高有效載荷能力。首先是完全可重復(fù)使用性，這意味著用于將有效載荷送入軌道或更遠(yuǎn)太空的飛行器也可以用于下一次任務(wù)，無需任何消耗性部件。

目前，發(fā)射行業(yè)使用極其復(fù)雜且結(jié)構(gòu)精美的發(fā)射系統(tǒng)，這些系統(tǒng)本身就是精巧的手工組裝藝術(shù)品，但使用一次后就被棄置不用。

其背后的邏輯很簡(jiǎn)單：軌道級(jí)火箭的燃料與有效載荷比非常高，為了將最大量的有效載荷送入軌道，必須犧牲一切。

如果有效載荷極其昂貴，而發(fā)射系統(tǒng)的成本僅占任務(wù)總成本的一小部分，那么這種做法是合理的。但這確實(shí)極大地限制了可行發(fā)射任務(wù)的范圍。

SpaceX放棄了傳統(tǒng)的精密加工鋁鋰合金板材并在無菌環(huán)境下精心組裝的工藝，轉(zhuǎn)而采用更工業(yè)化的方式，在其位于博卡奇卡的造船廠，利用簡(jiǎn)易的帳篷結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)廉價(jià)且堅(jiān)固的不銹鋼。

這不僅大幅降低了建造成本，還使飛行器的耐熱性遠(yuǎn)超輕質(zhì)合金。僅此一項(xiàng)就顯著降低了隔熱罩的需求，使得飛行器的總重量甚至低于配備必要隔熱裝置的傳統(tǒng)機(jī)身。

SpaceX推出的另一項(xiàng)重大創(chuàng)新是軌道加油的概念。雖然這項(xiàng)技術(shù)并非SpaceX獨(dú)有，但他們是首家致力于將其付諸實(shí)踐的公司。這項(xiàng)技術(shù)能夠重新調(diào)整火箭的運(yùn)行方程式，從而無需對(duì)載人飛船進(jìn)行多次級(jí)聯(lián)。具體來說，

與其為了登月而丟棄99.5%的飛船部件（其中只有一小部分能返回地球），現(xiàn)在你擁有了第二級(jí)火箭，它能夠?qū)?00噸貨物（裝在120噸重的飛行器內(nèi)，不包括燃料和氧化劑）運(yùn)送到月球、火星或你選擇的任何內(nèi)太陽系目的地。完整的第二級(jí)火箭隨后能夠返回地球，并隨時(shí)準(zhǔn)備用于下一次任務(wù)。

質(zhì)量/燃料比變化不大，但一次性發(fā)射所有燃料的概念卻完全顛覆了。這樣做實(shí)際上重置了第二級(jí)火箭在軌道位置的ΔV，而通常情況下，其他所有火箭在軌道位置時(shí)燃料幾乎都已耗盡。

目前，看下sls和星艦的對(duì)比：

要想攜帶大量有效載荷飛越近地軌道，唯一真正的替代方案就是“重型運(yùn)載火箭”。

SLS是美國(guó)宇航局登陸月球和火星的希望。

*目前，SLS火箭發(fā)射的預(yù)計(jì)價(jià)格約為20億美元。

*星艦火箭發(fā)射的預(yù)計(jì)價(jià)格約為200萬美元左右??便宜一千倍。

* SLS火箭的最大有效載荷為68噸。

*星艦的有效載荷在100至150噸之間。

* SLS火箭無法進(jìn)行燃料補(bǔ)給。

*星艦可以進(jìn)行燃料補(bǔ)給—既可以在地球軌道上補(bǔ)給，也可以使用在火星上制造的燃料。

*SLS火箭是手工打造的，一次只能制造一枚—它使用的是航天飛機(jī)項(xiàng)目剩余的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

當(dāng)這些發(fā)動(dòng)機(jī)耗盡時(shí)，他們將重新設(shè)計(jì)這些發(fā)動(dòng)機(jī)以降低成本，否則20億美元的預(yù)算將會(huì)更高

*星艦的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。SpaceX位于博卡奇卡的工廠日常工作主要集中在建造一條生產(chǎn)線上，這條生產(chǎn)線每隔幾天就能生產(chǎn)一枚新的星艦—而他們的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工廠則采用3D打印技術(shù)制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，可以每天生產(chǎn)一枚新的發(fā)動(dòng)機(jī)。

所以—有效載荷減半，價(jià)格卻貴了一千倍…

所以SLS正在走向消亡—即使不是馬上，最終也會(huì)如此。

影響

如果SpaceX的星艦?zāi)軌蜻_(dá)到其承諾的性能，它將對(duì)太空運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施和行星探測(cè)任務(wù)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生變革性影響。這場(chǎng)變革的規(guī)模和性質(zhì)取決于星艦的可重復(fù)使用性、飛行頻率、安全性和監(jiān)管整合情況是否得到驗(yàn)證。

星艦為何重要（技術(shù)和經(jīng)濟(jì)因素）

• 大有效載荷和低邊際成本：星艦計(jì)劃將超過100噸的有效載荷送入近地軌道，其完全可重復(fù)使用的架構(gòu)旨在大幅降低每公斤成本，與現(xiàn)有火箭相比優(yōu)勢(shì)顯著。更低的邊際成本改變了哪些任務(wù)是切實(shí)可行的（大型科學(xué)載荷、在軌制造、大型星座、用于近月和地表作業(yè)的大宗貨物運(yùn)輸）。
• 有效載荷體積大：巨大的內(nèi)部空間可以容納大型整體式硬件（望遠(yuǎn)鏡、棲息地、低溫推進(jìn)劑罐），并且與許多小型發(fā)射相比，簡(jiǎn)化了太空組裝。

• 燃料補(bǔ)給和太空后勤：設(shè)計(jì)用于在軌道上進(jìn)行燃料補(bǔ)給，從而能夠執(zhí)行遠(yuǎn)近地軌道任務(wù)，通過單次飛行器運(yùn)送大型有效載荷，并可執(zhí)行前往月球/火星的迭代任務(wù)，而無需組裝許多較小的級(jí)。
• 快速重復(fù)使用和節(jié)奏：需要短時(shí)間翻新和高飛行率才能實(shí)現(xiàn)低成本和可靠的物流；成功的運(yùn)營(yíng)將為貨物運(yùn)輸，最終為機(jī)組人員運(yùn)輸，創(chuàng)造一個(gè)可擴(kuò)展的“類似航空公司”的模式。
• 推進(jìn)和系統(tǒng)規(guī)模化：猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)（甲烷/氧氣，全流量分級(jí)燃燒）和不銹鋼結(jié)構(gòu)旨在降低生產(chǎn)成本并提高高循環(huán)使用的耐用性。

對(duì)行星旅行（月球、火星、深空）的影響

• 月球：直接運(yùn)送棲息地、大型探測(cè)車、原位資源利用設(shè)備和推進(jìn)劑補(bǔ)給站成為現(xiàn)實(shí)?！靶桥灐焙?jiǎn)化了可持續(xù)月球基地和商業(yè)月球物流，加速了科學(xué)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的發(fā)展。
• 火星：高速度增量和燃料補(bǔ)給能力使得單飛行器向火星運(yùn)送貨物和宇航員成為可能。大有效載荷使得預(yù)先部署棲息地、推進(jìn)劑工廠和表面基礎(chǔ)設(shè)施成為可能，與多次小型轉(zhuǎn)移相比，這降低了任務(wù)架構(gòu)的復(fù)雜性。但仍受到生命維持系統(tǒng)、進(jìn)入/下降/著陸安全性和表面后勤保障的限制
• 深空探測(cè)器：無需進(jìn)行大幅度的質(zhì)量減少權(quán)衡，即可搭載大型儀器（大型光學(xué)器件、厚重的屏蔽層、高功率系統(tǒng)），從而實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的行星科學(xué)任務(wù)（例如，低溫樣本返回、大型望遠(yuǎn)鏡）。

對(duì)太空旅行和太空經(jīng)濟(jì)（近地軌道、地月空間、商業(yè)）的影響

• 太空制造和棲息地：低成本發(fā)射原材料和大型結(jié)構(gòu)，使得在軌制造、大型棲息地和旅游平臺(tái)在經(jīng)濟(jì)上成為可能。
• 太空物流網(wǎng)絡(luò)：經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的大宗貨物支持燃料庫、備件和日常補(bǔ)給——將太空飛行從定制任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)榭刹僮鞯墓?yīng)鏈。

• 衛(wèi)星部署和維護(hù)：大型單次發(fā)射交付和在軌維護(hù)/加油改變了星座策略，使更大的衛(wèi)星平臺(tái)成為可能，并降低了長(zhǎng)期生命周期成本。
• 載人航天：對(duì)于軌道旅游、乘員輪換和大型空間站補(bǔ)給而言，經(jīng)濟(jì)效益可能會(huì)發(fā)生巨大變化；乘員安全和認(rèn)證時(shí)間表將決定載人飛行的普及速度。

局限性、風(fēng)險(xiǎn)和依賴性

• 實(shí)際操作性：革命性的承諾需要證明其具有高可重復(fù)使用性、低翻新成本和持續(xù)高頻率的運(yùn)行能力。早期飛行可以驗(yàn)證概念，但無法驗(yàn)證其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。
• 可靠性和機(jī)組人員安全：貨運(yùn)成功并不保證載人飛行作業(yè)的安全。需要獲得認(rèn)證、配備中止系統(tǒng)，并具備經(jīng)飛行驗(yàn)證的可靠性；這可能需要數(shù)年的運(yùn)營(yíng)和投資。
• 推進(jìn)劑后勤和在軌燃料補(bǔ)給：軌道燃料補(bǔ)給技術(shù)已在小規(guī)模上得到驗(yàn)證，但必須實(shí)現(xiàn)常規(guī)化和穩(wěn)健化才能支持深空任務(wù)。月球/火星上的原位資源利用（ISRU）仍然是一項(xiàng)重大的技術(shù)和進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)。
• 市場(chǎng)需求和監(jiān)管環(huán)境：供應(yīng)側(cè)成本降低必須滿足實(shí)際需求，并且需要監(jiān)管框架（空域、太空交通管理、行星保護(hù)）才能安全擴(kuò)展。
• 競(jìng)爭(zhēng)和地緣政治因素：其他火箭、國(guó)家計(jì)劃和國(guó)際合作將影響架構(gòu)和準(zhǔn)入；單一供應(yīng)商的主導(dǎo)地位會(huì)危及任務(wù)的韌性并引發(fā)政治反彈。

時(shí)間表和實(shí)際預(yù)期（至2030年代）

• 近期（未來 2-5 年）：繼續(xù)進(jìn)行開發(fā)飛行、貨物演示、增加有效載荷、早期月球貨物任務(wù)；驗(yàn)證降低成本的概念，但尚未達(dá)到航空公司的節(jié)奏。
• 中期（5-10 年）：如果可重復(fù)使用性和節(jié)奏得以實(shí)現(xiàn)，向近地軌道運(yùn)送常規(guī)重型貨物和月球表面提供支持；初步的大規(guī)模商業(yè)活動(dòng)和月球基地將成為可能。
• 長(zhǎng)期（10 年以上）：成熟的物流、定期的火星貨運(yùn)任務(wù)以及大型有效載荷帶來的復(fù)雜行星科學(xué)；更廣泛的地月空間工業(yè)化和新型任務(wù)。

示例和類比（典型場(chǎng)景）

• 科學(xué)：一艘星艦即可將米級(jí)低溫望遠(yuǎn)鏡或兩級(jí)樣品返回裝置送入太空，而此前這些裝置需要多次發(fā)射和復(fù)雜的在軌組裝。
• 基礎(chǔ)設(shè)施：如果經(jīng)濟(jì)和政策條件允許，定期發(fā)射星艦運(yùn)送推進(jìn)劑和居住艙模塊，可以在十年內(nèi)將臨時(shí)月球前哨站變成一個(gè)可運(yùn)行的基地。
• 經(jīng)濟(jì)效益：就像集裝箱運(yùn)輸降低了地球上的多式聯(lián)運(yùn)成本一樣，低成本的大宗運(yùn)輸可能會(huì)重新配置太空任務(wù)的設(shè)計(jì)方式——優(yōu)先考慮質(zhì)量和能力，而不是極端小型化。

總而言之，星艦具備革新行星探測(cè)和太空旅行的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能夠改變成本、規(guī)模和后勤保障方式。

然而，這場(chǎng)革新是有條件的：它需要具備成熟的完全可重復(fù)使用性、高飛行頻率、常規(guī)的在軌燃料補(bǔ)給能力，以及符合監(jiān)管和市場(chǎng)要求。

如果這些條件都能滿足，星艦將成為一個(gè)賦能平臺(tái)，轉(zhuǎn)變?nèi)蝿?wù)設(shè)計(jì)范式，開啟以往難以實(shí)現(xiàn)的任務(wù)；

否則，它仍然會(huì)是一款強(qiáng)大的重型運(yùn)載火箭，但卻無法帶來人們通常設(shè)想的那種廣泛的系統(tǒng)性變革。