超重-星舰第十次综合飞行测试情况分析_风闻
剑啸易水寒-深知身在情长在，前尘不共彩云飞。08-27 21:34
来源：中国航天
超重-星舰第十次综合飞行测试情况分析
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2025年8月26日（北京时间8月27日），SpaceX成功执行了超重-星舰的第十次综合飞行测试（IFT-10），两级按计划进行了海上溅落，实现了全部试验目标，验证了二代星舰有效载荷部署能力、猛禽发动机在轨重启能力等。
本次试飞距上一次（IFT-9）91天，鉴于此前三次试飞均以失败告终，此次飞行不仅验证了改进措施的有效性，为后续任务奠定基础，更是通过成功再入返回验证了二代星舰的热防护系统，并收集到了更多数据，向着完全、快速可重复使用迈出重要一步。
一、试验目标与计划飞行时序
本次试飞箭由超重B16助推级（一级）和星舰S37飞船级（二级）组成。超重B16不执行返场和捕获回收任务，而是返回墨西哥湾海域溅落；星舰S37开展亚轨道飞行，并最终印度洋海域溅落。
超重B16助推级在飞行任务中进行以下验证活动：
受控姿态翻转。级间分离后，助推级仍将以受控方式沿预定方向翻转，调整为返回飞行的姿态后，再启动中圈和中心的13台发动机进行返回点火。该操作在IFT-9中首次演示，能为上升段保留更多推进剂，提升运载能力；
着陆点火阶段发动机冗余性能测试。在下降至海面附近，进行着陆点火时，有意关闭3台中心发动机里的1台（模拟故障情况），并启用1台中圈发动机作为备份发动机（如下图标红处），评估中圈发动机用于着陆点火的能力，收集数据。在着陆点火最后阶段，转换到仅2台中心发动机工作，使箭体在海面上方悬停，最终关闭所有发动机并坠入海中。
图1 超重B16的33台猛禽发动机（外圈20台，中圈10台，中心3台）
SpaceX为星舰S37飞船级设定的目标与此前基本一致，但此前任务中均未能得到验证，主要包括以下三个方面：
有效载荷部署能力测试。部署8颗下一代星链卫星的质量模拟器，验证堆叠和主动弹出式的有效载荷舱功能。
猛禽发动机在轨二次点火测试。在无动力滑行段，完成星链模拟器部署验证后，验证单台发动机在轨点火启动能力。
热防护系统再入测试是本次任务重点，同时也是对二代星舰升级型襟翼的首次试验。移除多处隔热瓦，以评估结构的极限受热能力；测试多种金属隔热瓦方案（包括主动冷却型），以评估替代方案；验证两侧捕获点的热防护和结构，以及平滑处理后的热防护边缘，见下图；以更高热载荷的再入飞行剖面进行验证。
图2 热防护瓦边缘改进（星舰S33（左）/星舰S37（右））
本次飞行试验任务的计划飞行时序见下表。
表1 超重-星舰IFT-10的计划飞行时序
图3 超重-星舰IFT-10计划飞行剖面图
二、试飞情况
此次发射最初计划在美国中部时间2025年8月24日7:45（北京时间8月25日上午7:45）进行，但在倒计时T-39分钟时，星舰快速断开（QD）连接的地面系统液氧管路出现故障，发射被推迟。经过一天的故障排查，美国中部时间2025年8月25日下午8:00（北京时间8月26日上午8:00）SpaceX再次尝试发射，但由于天气原因再次被中止，当天仅进行了射前演练。
此次发射最终于美国中部时间2025年8月26日下午7:30（北京时间8月27日上午7:30）进行，超重B16/星舰S37组合体从博卡奇卡星基地轨道发射/集成塔A起飞。
（一）上升段
起飞后，一级33台发动机正常工作；
起飞后约1分12秒，箭体通过最大动压（Max-Q）；
起飞后约1分33秒，外圈20台发动机中的一台异常关机；
图4 一级上升段，1台中圈发动机异常关机
起飞后2分38秒，一级按预定程序关闭30台猛禽发动机（MECO），只保留3台中心发动机继续工作；
起飞后约2分45秒，二级6台发动机启动，一、二级热分离，此时速度为4716千米/小时。
（二）一级返回
起飞后约2分48秒，一级与二级分离后，进行姿态翻转调整飞行方向，同时进行返回点火（Boostback Burn），本应重启中圈10台猛禽发动机，但此前出现故障的发动机未能重启；
图5 一级返回点火时，1台中圈发动机未能重启
起飞后约3分24秒，一级中圈9台猛禽发动机关机；
起飞后约3分48秒，一级中心3台猛禽发动机关机。此时高度为87.5千米，速度为1109千米/小时；
起飞后约4分47秒，一级抛掉热分离级；
起飞后约6分18秒，一级相继启动中心3台和中圈9台猛禽发动机，进行着陆点火（Landing Burn），中圈的1台故障发动机仍未能重启；此时高度约2.2千米；
图6 一级着陆点火时，1台中圈发动机未能重启
起飞后约6分23秒，一级中圈8台猛禽发动机关机，仅保留中心2台发动机和中圈1台发动机工作。此时高度1千米；
起飞后6分37秒，中圈1台发动机关机，仅保留中心2台发动机，实现海上悬停，此时高度约为0.3千米；
起飞后6分41秒，中心2台发动机关机，一级海上溅落；随后发生爆炸。一级溅落时姿态良好。
（三）二级飞行/再入
二级点火启动后与一级分离，6台发动机开始长时间工作。
二级点火启动后与一级分离，6台发动机开始长时间工作；
起飞后约8分45秒，二级3台真空型猛禽发动机关机；
起飞后约9分00秒，3台海平面型发动机关机，二级开始滑行，此时高度150千米，速度26430千米/小时；
有效载荷部署演示：起飞后16分57秒，舱门开启；起飞后19分07秒，PEZ分配器开始部署有效载荷模拟器；起飞后约25分，有效载荷模拟器部署完毕；在此期间达到最大飞行高度192千米，速度约为26310千米/小时；
图7 有效载荷部署演示画面
发动机在轨二次启动：起飞后约37分50秒，二级中心一台猛禽发动机重启；点火持续约3秒；
图8 猛禽发动机在轨二次启动
起飞后约45分，开始再入；从直播画面可以看到，再入过程中，星舰尾部裙段出现部分破损，襟翼下方出现部分破损；
图9 再入过程中星舰尾部裙段发生破损
图10 再入过程中襟翼下方发生破损
起飞后约1小时4分，二级减速至亚音速；
起飞后约1小时6分18秒，完成翻转机动，随后二级3台中心发动机进行着陆点火（Landing Burn）；
起飞后约1小时6分30秒以垂直姿态在海上溅落。
三、试飞箭
本次飞行试验采用了超重B16和星舰S37，前者为一代超重助推级，后者为二代星舰飞船级。后续，该构型还将进行一次飞行。
（一）超重B16
超重B16助推级的组件于2024年2月首次出现在星基地，其组装工作于2024年10月16日开始，并于当年12月26日完成装配制造，历时71天。2025年2月28日，超重B16被送至梅西试验场启动低温试验，至6月6日成功完成静点火试车。
表2 超重B16开展的地面试验
（二）星舰S37
星舰S37飞船级是第五枚二代星舰，第四枚二代星舰S36在地面试验中发生爆炸后，星舰S37被启用，并参与本次飞行任务。
星舰S37的组件制造始于2024年11月，装配始于2025年2月26日，至4月15日完工，历时48天。开始在梅西试验场进行低温验证，梅西因星舰S36爆炸事故进行修复期间，SpaceX对1号发射台进行了临时改造适配，用于星舰S37的试车和旋启试验。
表3 星舰S37进行的地面试验
四、此前故障原因及改进措施
（一）IFT-9****故障原因及改进措施
2025年5月27日，超重-星舰第九次试飞（IFT-9）中，超重助推级和星舰飞船级分别发生了故障。
1**、大攻角再入条件下，输送管路结构故障致使助推级损毁**
故障情况：超重助推级完成返回点火后，采用了峰值攻角高达17度的再入飞行剖面，以充分利用气动减速，减少回收推进剂消耗，而大攻角再入飞行剖面则是有意摸索验证极限工况下的性能。超重助推级在海面上空约1千米处，启动中圈和中心12台发动机（另外1台未能启动），开始着陆点火，但助推级尾部很快发生爆炸。
故障原因：着陆点火失败的最可能原因是由于大攻角试验下，助推级结构（特别是助推级燃料输送管路）承受的力高于预期，致使输送管发生了结构故障，导致甲烷和液氧混合并发生保障。
改进措施：在后续该配置超重助推级的飞行任务中，降低助推级下降时的攻角，以降低气动载荷。此外，SpaceX在三代超重助推级中采用尺寸与猎鹰9一子级（直径3.66米）相当的大型甲烷输送管路，提高承载能力和工作可靠性，并同时充当着陆点火的小贮箱。
图11 三代超重助推级上采用大型输送管路
2**、主甲烷贮箱增压系统的扩散器故障，致使星舰姿态失控**
故障情况：星舰飞船级发动机点火工作约3分钟后，传感器检测到鼻锥中的甲烷浓度上升；直到发动机工作5分钟后，甲烷浓度仍在上升；同时主贮箱压力迅速下降，鼻锥内压力快速上升。发动机工作期间，尚能够补偿主贮箱压力下降，直到二级发动机关机（SECO）。星舰因鼻锥内压力过高而启动鼻锥排气，排气过程造成姿态误差并持续累积，故障诊断和处置系统因上述误差又关闭鼻锥排气，并利用姿控系统修正误差后，又重新启动鼻锥排气。约40秒后，箭上摄像头发现液态甲烷进入鼻锥，多个传感器和控制器的温度开始下降，最终触发了自主钝化指令，将所有剩余推进剂排放到太空。星舰以非正常姿态再入大气层损毁，未启动飞行终止系统。
故障原因：导致星舰故障的原因最有可能是主甲烷贮箱增压系统的扩散器故障。箭上视频显示，在鼻锥内，安装在主甲烷贮箱前底上的扩散器罐体出现了明显失效。扩散器故障导致加压气体扩散到鼻锥内，使得鼻锥压力提升及后续引发的姿态误差；星舰姿控失控和调整的过程中，液态甲烷通过破损的扩散器渗入到鼻锥内，触发了钝化指令。SpaceX根据飞行条件重现了故障。
图12 星舰主燃料箱增压系统扩散器
图13 NASA为SLS重型火箭液氧贮箱研制的扩散器（LPD）
改进措施：SpaceX重新设计了扩散器，大幅降低其结构应变，在类似飞行载荷下循环运行，时间超过其预期使用寿命的10倍，未出现任何损坏。
（二）星舰S36地面试车爆炸****原因及改进措施
故障情况：2025年6月18日，SpaceX在梅西试验场准备进行星舰S36地面静点火测试，星舰S36在推进剂加注过程中发生了爆炸。
故障原因：可能性最大的根本原因是星舰有效载荷舱段内复合材料缠绕压力容器（COPV）出现无法检测或筛查不足的损伤，该容器失效并导致火箭结构失效，进而引发推进剂混合、起火和爆炸。该COPV为氮气瓶，用于星舰环境控制系统。
改进措施：一是降低COPV的工作压力，并在加注推进剂之前增加额外的检测和验证试验；二是更新COPV气瓶的验收标准，并开发新的无损检测方法来确定COPV的损伤；三是在安装COPV时采用新的外部防护层，为其增加额外的保护，并能直观显示损伤。
五、超重-星舰项目未来发展计划
**（一）**下一代构型即将投入使用，且仍将继续改进升级
SpaceX将当前状态的超重-星舰称为二代，目前还有星舰S38+超重B17一组二代硬件产品可能用于第十一次飞行试验（IFT-11）。之后，可能会在今年底启动三代超重-星舰的飞行试验。超重助推器的改进主要包括：1）热分离级改为桁架结构，直接作为助推器上的级间结构。2）单个栅格舵尺寸增大50%，数量从4个改为3个，同时舵上设有回收捕获的支撑结构；3）推进剂输送管路尺寸大幅提升；4）换用三代猛禽发动机，底部热防护大幅简化。星舰飞船的主要改进主要在换用三代猛禽发动机，已经针对此前飞行失利的故障情况的改进。与此同时，SpaceX计划继续改进超重-星舰，增加两级的长度提高推进剂加注量，并为星舰飞船再增加3台猛禽真空发动机（总数达到9台），进一步提升运载能力。
图14 三代超重-星舰和四代超重-星舰示意图
**（二）**热防护系统改进得到初步验证，推进剂在轨加注将是下一关键里程碑
星舰S37采用较大热载荷飞行剖面成功再入返回，不仅验证当前热防护系统的可行性，也为SpaceX验证各种新型金属热防护隔热瓦（包括主动冷却方案），提供了重要数据，该公司将继续推进完全、快速重复使用的热防护系统的研制。另外，为执行各类高轨和深空任务，SpaceX后续将加快在轨加注技术的验证，马斯克表示如果进展顺利，最早将在2026年攻克该技术。
**（三）**加速扩建基础设施，持续提升研制和发射能力
在生产制造方面，星基地的星工场建成投入使用后，能同步开展多枚超重-星舰的组件制造，见图15；星基地和卡角的2座“超级装配间”（Giga Bay）正在建设中，可大幅提升总装和量产能力。在试验设施方面，先是在星基地附近建设了梅西试验场，专门用于各类地面试验，并持续拓展其试验能力；又在麦格雷戈新建了2个猛禽发动机试车工位，每个工位有2个试车间，相继在今年2月和8月投入使用。在发射设施方面，星基地的2号发射台最早在今年底完工；东海岸SLC-37和SLC-39A工位的超重-星舰发射设施建设计划正在进行环评，投入使用后，东海岸每年最多可执行120次超重-星舰发射。此外，在第九次试飞后（2025年6月），SpaceX将猎鹰9项目下20%的工程师重新分配到星舰项目，旨在提高该项目的可靠性并加快研发进度。
图15 星工厂内部多枚超重-星舰组件同步制造
六、小结
（一）改进措施有效，超重-星舰项目研发取得关键突破
SpaceX持续推进超重-星舰运输系统的研发工作。于2023年4月转入全箭综合飞行试验（IFT）阶段。2023至2024年间，利用第一代超重-星舰完成6次试飞，实现了助推级回收和飞船软着陆等关键里程碑，初步验证了超重-星舰系统方案的可行性。在IFT-6中消耗了最后一枚第一代星舰飞船后，项目向第二阶段过渡。
然而，二代星舰的飞行历程并不顺利，在IFT-7/IFT-8/IFT-9试飞和IFT-10射前地面静点火试车中分别出现结构谐振、推进剂泄漏、发动机硬件故障、燃料扩散器故障、COPV气瓶故障等问题。此次飞行成功证实了针对各项故障的改进措施是有效的，二代星舰的
研发正逐步克服重重困难，取得关键进展。此外SpaceX对超重-星舰的改进和设计还具有前瞻性和整体性，着眼未来任务需求。如，对三代星舰的升级，增加推进剂容积，从1200吨提升至1500吨，为漫长星际旅行储备充足“食粮”；重新设计推进系统，采用大型甲烷输送管路，提高承载能力和工作可靠性，为复杂太空环境下的可靠运行筑牢根基。这些改进既解决当下问题，又为实现火星移民，在运载能力、可靠性、环境适应性等方面全方位布局，推动星舰不断迈向成熟。
（二）70天内完成备用箭启用，彰显SpaceX高效研发实力
原计划用于此次试验的星舰S36在6月18日的静点火试车中发生爆炸事故，不仅造成了梅西试验场地面设施的损坏，更给星舰研发进程带来重大挑战。面对这一情况，SpaceX展现出强大的应变能力。一方面，立即着手整修和升级梅西试验场地面设施。另一方面，果断对星基地轨道发射台进行改造，快速将其调整为可用于星舰静点火的平台，让原本因场地损毁而停滞的项目得以继续。这种灵活应变的举措，有效降低了星舰S36爆炸对研发进度的影响，最终仅用70天，就实现了备用箭的启用、测试、飞行。体现出SpaceX高效应对意外情况的灵活性和研发实力。
（三）多渠道筹措资金，保证大型工程项目迭代的经费需求
本次任务的意义除了技术方案得到验证外，显然对于SpaceX未来融资也有很大助力，这也是为什么超重-星舰项目连续遭遇3次失利后，但却并未出现类似猎鹰1火箭连续失利时的破产危机。根据彭博社采访的SpaceX内部员工称，单枚超重-星舰的成本需要数亿美元，即便对于大型宇航企业，连续遭受损失也会出现各种危机，例如波音公司的星际飞船项目。SpaceX则是通过星链业务、政府合同、融资三条路径，保证了超重-星舰这项大型工程的经费投入。星链和政府合同收入都在随着技术产品能力提升而快速增长，融资则充当一种应急手段，例如SpaceX在今年7月份就尝试以4000亿美元估值进行融资，恰好处于星舰项目连续遭遇失利之后。