三代星舰首飞任务分析

来源：中国航天

三代星舰首飞任务分析

龙雪丹¹  杨开¹  王林¹  褚洪杰²

（1.北京航天长征科技信息研究所；2.中国航天科技集团有限公司）

美国中部时间2026年5月22日17:30（北京时间2026年5月23日6:30），SpaceX执行了超重-星舰（以下简称星舰）的第12次综合飞行测试（IFT-12），也是三代星舰（星舰V3）的首次发射任务。本次试飞完成了全流程测试，但飞行过程中一二级均遭遇了动力系统异常。一级异常情况激活了碎片响应区域，导致6个航班延误，FAA将重点评估B19的异常情况，但尚未决定是否进行事故调查。

相较于此前构型，三代星舰依托升级后的箭体、动力系统以及发射设施，形成全新一代航天运输系统。此次试飞对后续三代星链部署和星座大幅扩容、NASA阿尔忒弥斯登月计划，以及太空数据中心建设都具有重要意义和影响。

一、试验目标与计划飞行时序

本次试飞采用超重B19助推级与星舰S39飞船组成的首枚三代星舰系统，飞行剖面与IFT-11同为亚轨道任务类型，助推级和飞船均以海上溅落（软着陆）为目标。

超重B19助推级的试验目标是完成发射、上升、级间分离、助推级反推点火与着陆点火，最终在墨西哥湾近海海域溅落，并对新型栅格舵设计与布局、一体化级间段（热分离环）及分离机构、直径3.7米主燃料输送管路设计、底部热防护简化方案、三代猛禽发动机等主要改进进行验证。

星舰S39飞船的试验目标是完成多项太空在轨与再入大气层测试任务，包括：

(1)部署20颗三代星链卫星模拟器和2颗被称为“道奇热狗”（Dodger Dogs）的特制星链卫星，搭载了摄像头和传感器。

(2)验证猛禽发动机在轨二次启动能力。

(3)验证隔热瓦状态检测方法：利用最后部署的两颗卫星对星舰的隔热瓦进行扫描拍摄，并向地面操控人员回传影像来进行视觉检测，从而验证用这种方法判断隔热瓦状态的可行性，以便在未来任务为星舰返回发射场提供判定手段。为此，部分隔热瓦已被涂成白色，以模拟隔热瓦缺失的情况，作为本次验证检测方法的成像目标。

(4)收集隔热瓦缺失后的气动载荷数据：针对星舰再入大气层环节，本次特意移除一块隔热瓦，用于测量瓦片缺失时，相邻隔热瓦所承受的气动载荷差异。

(5)对前期试飞中已验证的多项试验内容开展复核验证，包括刻意施压尾襟翼以测试飞行器结构极限的机动动作，以及模拟未来飞行器返回星基地飞行轨迹的动态倾斜机动动作。

表1 超重-星舰IFT-12的计划飞行时序

从上表中可以看出，与IFT-11的计划飞行时序相比，此次试飞中一、二级液氧加注时间分别缩短了52秒和8分7秒，一、二级甲烷加注时间分别缩短了7分28秒和20分1秒。可见，星舰系统推进剂加注速度得到了大幅提速。

二、试飞情况

发射原计划在前一天执行，但在倒计时T-40秒时因发射塔架机械臂液压销异常而取消飞行，第二天再次尝试，并成功执行了完整的飞行剖面，但期间发生多次发动机异常，具体如下。

（一）上升段及一级返回

最初阶段，一级33台发动机工作正常，在起飞后约45秒，通过最大动压。然而在起飞后约1分42秒，一级33台猛禽发动机中有1台（外圈）提前关闭。但主发动机关机（MECO）时序未受影响，仍然在预计的起飞后约2分22秒进行，33台发动机中28台关机，5台持续工作，见图1（本文图片均来自SpaceX公司）。

图1 一台发动机异常关机（左），MECO后5台发动机持续工作（右）

热分离于起飞2分28秒进行，二子级6台发动机点火；起飞后2分33秒，一级发动机按计划应全部点燃进行返回机动，但多台发动机出现连续异常，最多同时运行23台发动机，见图2和图3。2分49秒一级发动机关机。

图2 一级返回点火异常

图3 一级返回点火画面

起飞后6分17秒左右，一级直播画面停止，但6分27秒的遥测画面显示仅点燃中圈一台发动机，见图4（是否成功启动存疑）。

图4 一级着陆点火异常

（二）二级飞行/再入

二级与一级分离后最初一切正常，但在起飞约3分10秒，一台真空猛禽发动机也发生了异常关机，见图5。为补偿损失动力，5台发动机延长工作时长约1分，最终在起飞后9分15秒，外圈2台真空版猛禽发动机关机，9分17秒中圈3台海平面版猛禽发动机关机。此时高度146千米，速度26454千米/小时；

图5 二级一台发动机异常关机

起飞后约17分41秒，舱门开启；起飞后19分40秒，PEZ分配器开始部署星链模拟器；起飞后约28分30秒，最后一颗搭载摄像头的特制星链卫星部署完毕；在此期间飞行高度约190千米，速度约为26323千米/小时；原计划的发动机在轨二次启动取消。

起飞后约47分，二级开始再入，在此期间经历最大热载荷和最大动压，隔热瓦表现稳定；起飞后约1小时4分10秒，二级减速至亚音速；起飞后约1小时6分7秒，发射指挥人员呼号“着陆点火启动”，未执行原计划的3台发动机点火；而是直接启动2台中心发动机，完成翻转机动，随后切换至1台发动机工作模式；起飞后约1小时6分23秒，二级溅落海中，见图6。

图6 二级溅落海中

三、三代星舰的升级改进

三代星舰作为从试验验证向应用发射跨越的实用构型，进行了大幅改进升级，旨在实现快速重复使用和在轨加注能力，以满足三代星链部署、载人月球探测任务等紧迫需求。

三代星舰高度达到124.4米，起飞质量达到5533吨，起飞推力约为8240吨，近地轨道运载能力超过100吨，见图7。

图7 三代星舰系统的主要参数

新型栅格舵高约7.5米，宽约3.75米，面积增加50%，且结构强度更高。数量上由4片减至3片，呈T型布局（夹角分别为90°、90°、180°），对称布置在左右两侧的栅格舵负责俯仰控制，远离发射塔/星舰飞船隔热瓦一侧的独立栅格舵负责偏航方向控制，其栅格结构内侧设有小倾角，以防止它在助推级返回过程中形成抬头效应，影响再入过程。

图8 新旧栅格舵设计对比（左：二代栅格舵；右图：三代栅格舵）

左右两侧的新型栅格舵上还集成了捕获装置，用于助推级吊装与发射塔“筷子”装置捕获回收时的承载点；同时小幅优化外形设计，以提升其空气动力学性能，详见下图。

图9 二代捕获装置（左）和三代栅格舵集成捕获装置一体化设计（右）

此外，栅格舵的安装位置更低了，从级间段下移至助推级甲烷贮箱，安装在与箱壁焊接的舱体基座内，栅格舵的转轴、作动器及固定结构全部内置在助推级主燃料箱内部，以降低在热分离过程中受到星舰飞船发动机尾焰的影响。

三代星舰取消了一次性的级间段，即热分离环方案，实现了助推级顶端的一体化级间段设计，使助推级高了大约1.3米。该设计类似苏联N1重型火箭的级间热分离桁架结构，而且更加开放，可有效排出尾焰热流。热分离时，星舰飞船发动机尾焰热流会对助推器甲烷贮箱前箱底造成冲击，为此，SpaceX在其前箱底增加一层非结构不锈钢板，再加上甲烷贮箱的内压，可以承受上述热环境和压力。此外，SpaceX称级间分离系统的伺服机构能够在分离后自动缩回，降低热流冲击的影响。

全面重新设计内部燃料输送管路，其直径达到3.7米，与猎鹰9火箭一级直径相同，能够保障33台猛禽发动机同步、快速启动，让助推级顺利完成着陆前翻转机动动作，提升发动机启动速度与运行稳定性，进一步提高助推级精准回收的成功率。

随着三代猛禽发动机的引进，助推级尾部发动机区域得到大幅简化。首先，发动机独立热防护罩被完全拆除，底部不再有密闭空间，因此相应的二氧化碳灭火系统也被简化取消，仅保留发动机之间定向隔热防护结构。其次，发动机舱底部覆盖了金属防热瓦，以保护助推级返回点火时，底部免受发动机尾焰热流高温影响。再次，发动机舱涂有黑色热防护漆。凭借猛禽发动机自身稳定可靠的性能，有效简化配套防护设备，再搭配高度集成的推进系统与航电设备，打造出重量更轻、一体化程度更高、结构更简洁的尾部发动机舱。

图10 三代（左）、二代（中）、一代（右）超重助推级的发动机舱外观对比

原来液氧和甲烷集成的脐带连接（QD，快速断开装置）改为两个独立脐带连接，即液氧加注口和甲烷加注口拆分，为发射台和助推级之间的脐带连接提供更大冗余，同时能够有效缩小脐带支撑机构的尺寸，简化了结构。

首先，重新设计了星舰飞船推进系统，适配猛禽发动机新的点火启动方式，并最大限度降低推进剂滞留或泄漏的风险，为可重复使用及未来载人飞行筑牢安全基础。其次，新设计还支持更大的推进剂容量，通过采用更为扁平的箱底，增大贮箱容积，推进剂加注量从1500吨增至1600吨。最后，集成改进的姿态控制系统（RCS），且RCS推力器的数量大幅增加，进一步提升推进系统的稳定性和适配性。有媒体报道称，采用与助推级相同热气RCS，即从发动机引流出来的热气源作为RCS工质，使RCS性能得到大幅提升

星舰飞船的尾部发动机舱同样取消了发动机罩，几乎不存在密闭空间，降低了吹除和环境控制的要求。同时，重新规划布置气液管路和电气系统线路，更简洁，减轻整体重量，降低维护复杂度。尾部襟翼从双冗余伺服机构，改为采用三冗余电机的单伺服机构，在提升系统冗余的同时，还能减轻重量、降低成本。此外，星链分配器采用新的伺服机构和逆变器，提高单颗卫星的部署速度。

图11 星舰飞船更为简洁的发动机舱

为实现长时间在轨运行，一是配备了更高效的RCS和高压气体隔离阀；二是头部小贮箱的输送管路全部采用真空夹套包裹，并配备高压电动低温循环系统，以降低蒸发损耗；三是针对长时间在轨滑行任务，增设专门用于管理低温推进剂与发动机相互作用的系统。另外，为了实现在轨加注能力，在背风侧还增加了4个对接锥套。

图12 在轨加注的对接接口

首先，三代星舰系统的60个定制电气设备单元，集成电池、逆变器和高压配电系统，可提供高达9兆瓦的峰值功率，并且能够实现分布式故障隔离。其次，升级后的多传感器导航系统可实现精准自主飞行，并保持高冗余度。再次，新型精密射频传感器可在微重力环境下精确测量贮箱内的推进剂体积，并将有助于监测未来在轨推进剂的精确转移。最后，配备约50个箭上摄像头和480 Mbps冗余高速星链宽带连接，为任务监控和操控提供全方位支撑。

首先，性能参数大幅提升，海平面型发动机的推力由二代猛禽的230吨提升至250吨，真空型推力从258吨提升至275吨。

图13 猛禽发动机的局部细节

其次，高度集成化，传感器和控制器直接集成到发动机内部，并由发动机热防护覆盖，因此超重助推级和星舰飞船的发动机舱均不再需要设置发动机隔热罩。

再次，发动机重量从1630千克降至1525千克，同时通过简化箭上配件和配套硬件，单台发动机即可减重1吨，39台发动机共计为整箭减重39吨。

最后，采用新的压燃点火，而且启动过程完全依靠气态甲烷和氧气进行点火启动，不再使用氮气进行辅助启动。

四、2号发射台及其他配套设施

本次试飞从星基地2号发射台发射，该发射台专门为三代星舰建造，其升级改进包括：

推进剂加注效率升级，扩容推进剂储库、升级大功率输送泵，大幅提升加注速度。

缩短“筷子”长度，提高移动速度，将液压伺服机构替换为机电伺服机构，以提高速度、冗余和可靠性。

脐带（快速断开）臂结构加强，外摆动幅度更大，距离火箭更远。

发射架结构重新设计，提升整体承载能力与防护性能，可承受三代星舰更强的起飞冲击。

新型火焰导流器和火焰导流槽，采用大流量水冷方案，可消除烧蚀，发射后免维护。

图14 采用大流量水冷的火焰导流器

推进剂管路系统，超重助推级甲烷、液氧管路独立分离布局，升级阀门与过滤部件防护等级，提升整套地面加注系统安全性与使用寿命。SpaceX还建造空气分离装置（ASU）以原地生产液氧，可进一步降低成本并加快火箭周转速度。

整体运维与适配性提升，全场地地面系统加固优化，耐高温、抗冲击能力大幅增强，减少试飞后维修工作量，满足高频次高密度连续发射运行需求。

为适应三代星舰的生产、测试、发射及运输需求，SpaceX正对其配套体系进行同步升级。

除本次使用星基地2号发射台外，星舰还有4座发射台在建，包括星基地1号发射台、肯尼迪航天中心LC-39A的1座发射台，以及卡纳维拉尔角SLC-37工位的2座发射台。预计陆续在2026-2027年投入使用。根据美国联邦航空管理局（FAA）和太空军发布的环评报告，当前允许SpaceX在5座发射台执行星舰系统发射总次数的上限为145次/年，未来可能还会进一步提升。

为满足三代星舰的高密度发射需求，SpaceX正在肯尼迪航天中心和星基地建设“超级装配间”（Gigabay），计划2026年年底完工。

星基地“超级装配间”预计耗资2.5亿美元，高约116米，内部空间131.67万立方米，划分为24个工作单元，配备最大363吨的起重设备，SpaceX称其可年产1000枚星舰飞船。肯尼迪航天中心“超级装配间”规模与星基地“超级装配间”大致相同。

目前SpaceX有两艘驳船负责星舰从星基地往返卡纳维拉尔角的水平海运。Marmac 31已多次运送贮箱、地面硬件、管路等组件，处于物流验证阶段。Marmac 303在2026年4月正式结束猎鹰9海上回收任务，转而用于星舰运输，目前正在进行改造。

图15 Marmac 31驳船正在进行星舰运输任务验证

五、后续发展规划

SpaceX还将继续对星舰进行迭代，形成四代星舰，采用推力提高到300吨的新一代猛禽发动机，起飞推力达到10000吨级，同时将高度增加至142～150米，大幅增加推进剂加注量，从而将运载能力提升至200吨以上。按照SpaceX在IPO文件中的规划，星舰系统的主要应用场景包括以下几个方面：

首先，三代星舰将率先用于发射三代星链卫星，单次可部署60颗并为星座扩容60Tbit/s，相当于20多发猎鹰9火箭，能够极大加快扩容速度，满足快速增长的宽带和移动通信需求。根据SpaceX上市文件的描述，该公司认为卫星通信需求的潜在市场规模高达1.6万亿美元，而星链业务2025年总收入和2026年一季度收入分别为71.7亿美元和32.6亿美元，仍有巨大的市场潜力。

其次，服务于月球经济开发建设。在NASA的载人登月计划中，要求星舰载人月球着陆器在2027年完成低轨交会对接验证，在2028年实现登陆月球的目标；在SpaceX的月球经济开发和火星殖民愿景中，星舰系统将充当最主要的人员和物资运输手段。

六、小结

（一）三代星舰热防护系统表现稳定，推进系统可靠性有待提升

经过两代构型11次飞行试验迭代和经验积累之后，三代星舰首飞箭研制试验也遭遇多次异常（详见附件），但其首飞情况相比一代和二代首飞有显著提升，并且完成了大多数试验目标，特别是二级星舰飞船在单台发动机故障的情况下，不仅完成星链部署和隔热瓦状态视觉检测确认方法的验证，热防护再入中保持良好的完整性，不锈钢主体结构未再出现显著烧蚀受损的情况，并成功完成海上软着陆。

不过，超重助推级在上升段结束前出现单台发动机故障；分离后的返回点火又有多台发动机出现故障。因此，三代星舰推进系统在猛禽V3性能大幅提升后，稳定运行能力还需进一步提升。

（二）星舰系统的完全快速重复使用，不仅需要对火箭改进升级，还需要地面和相关配套能力建设

在三代星舰升级的同时，本次2号发射台投入使用，通过大型水冷火焰导流器和导流槽保障发射台的完整性，尽可能实现发射后的免维护；同时，地面推进剂制冷与泵送系统大幅扩建，可在数十分钟内完成星舰加注，SpaceX还在星基地发射台附近建设独立的空气分离装置（ASU），保证推进剂供给能力。后续为了实现小时级周转发射，SpaceX仍在持续提升霍桑（猛禽生产）、星基地（制造/总装/发射）、麦格雷戈（试验）、卡角（发射/总装）等多地的配套设施能力建设，同时也在构建配套运输体系，例如已有2艘星舰专用运输船。

（三）星舰系统体现出航天项目“高投入、高风险”的典型特征，是决定SpaceX公司未来多数业务的前提

SpaceX在近日发布IPO招股文件，多次强调在星舰系统上已经投入超过150亿美元，其中2025年投入为30亿美元，2026年一季度投入高达9.3亿美元。尽管有大量资金投入提供保障，SpaceX也依靠快速迭代、大量硬件试验消除系统风险，例如猛禽发动机2026年在麦格雷戈共进行284次试车，累计时长近2.3万秒，但只有到实际飞行任务中才能暴露出推进系统的深层次问题，潜在风险的释放不可避免。此外，星舰不仅是一个独立的运载工具，更是SpaceX公司全盘商业版图的核心枢纽，其成败将产生链条式的多米诺骨牌效应，造成下一代星座的部署瓶颈，无法兑现太空数据中心建设的预期，高额固投与持续研发投入需要极高发射频次来摊薄的逻辑也无法实现。