SpaceX星舰（SpaceX Starship）是由美国航天公司 SpaceX 正在研发的一款两级式、完全可重复使用的超重型运载火箭。目前，星舰火箭在美国得克萨斯州的 Starbase 建造并发射，旨在成为 SpaceX 旗下 Falcon 9 与 Falcon Heavy 火箭的继任者，同时也是公司更广泛的可重复使用发射系统研发计划的重要组成部分。若按设计目标完成，Starship 将成为首款完全可重复使用的入轨火箭，并拥有迄今为止所有运载火箭中最高的运载能力。截至 2025 年 10 月 13 日，Starship 已进行 11 次发射，其中 6 次成功、5 次失败。
该运载系统由两级组成：Super Heavy 助推器与 Starship 飞船本体，二者均由使用液态甲烷（天然气的主要成分）和液态氧作为推进剂的 Raptor 发动机提供动力。两级均设计为在完成任务后返回发射场，并在发射塔附近垂直着陆，以实现重复使用。在进入太空后，Starship 上级可作为独立飞行器运行，具备搭载人员和货物的能力。执行近地轨道以外任务时，需要通过多次在轨加注推进剂来完成飞行。在任务结束时，Starship 将采用类似航天飞机的隔热瓦系统重返大气层。SpaceX 表示，其目标是通过对两级火箭的重复使用和规模化生产，大幅降低发射成本。
SpaceX 为 Starship 提出了多种任务设想，包括部署大型卫星、空间站舱段以及空间望远镜。在与美国国家航空航天局（NASA）签署合同后，SpaceX 正在研发载人版本——Starship Human Landing System，该系统计划作为 Artemis 计划的一部分执行登月任务，首个载人登月任务 Artemis III 目前计划于 2027 年实施。此外，SpaceX 也表达了未来利用星舰执行载人火星任务的雄心。
SpaceX 早在 2005 年便开始构思超重型可重复使用运载火箭的相关概念，期间该项目曾使用过多个不同名称。Starship 的现有设计方案与名称于 2018 年正式公布。其研发采用高度迭代、循序渐进的方式，涉及大量测试飞行与原型机验证。完整星舰系统的首次发射发生在 2023 年 4 月 20 日，但火箭在升空约四分钟后发生爆炸。该项目未能实现多项原本较为乐观的时间表目标，研发过程中也经历了多次挫折，其中包括 2025 年首批四个 Block 2 上级全部失败。
#SpaceX Starship
SpaceX星舰（SpaceX Starship）百科资料
在完成堆叠并加注全部推进剂后，Starship 的总质量约为 5,300 吨，直径 9 米，高度 121.3 米。该火箭以实现完全可重复使用、从而降低发射成本为设计目标；其由 Super Heavy 助推器与 Starship 上级组成，分别由 Raptor 与 Raptor Vacuum 发动机提供动力。
两级火箭的主体结构均采用不锈钢制造，通过堆叠并焊接不锈钢圆筒成型。每个圆筒高度约 1.83 米，壁厚约 3.97 毫米。
飞船内部的穹顶结构将甲烷燃料箱与液氧氧化剂箱分隔开来。SpaceX 表示，在其“基础可重复使用设计”下，Starship 运载能力可达到：近地轨道 100–150 吨，地球同步转移轨道 27 吨。
Super Heavy 助推器
Super Heavy 是 SpaceX Starship 超重型运载火箭的可重复使用一级，与 Starship 二级共同组成完整的运载系统。作为 SpaceX 火星殖民计划的一部分，该助推器经过十余年的演进，逐步发展为当前的设计形态。Super Heavy 于 2021 年开始生产，并于 2023 年 4 月 20 日在 Starship 火箭的首次发射尝试中完成了首飞。
该助推器由 33 台 Raptor 发动机提供动力，使用液态氧和液态甲烷作为推进剂。在将二级送入轨道后，Super Heavy 会返回发射场，并通过由发射塔捕获的方式实现垂直着陆，从而完成回收。
推进剂贮箱（Tanks）
Super Heavy 的两具低温推进剂贮箱由一个共用隔板分隔，其结构设计类似于 Saturn V 火箭的 S-II 与 S-IVB 级。Starship 第二次飞行测试后，共用穹顶被改为更偏椭圆形结构，使两具贮箱的推进剂容量略有变化。每个贮箱内部约设有 74 条纵向加劲筋，用于增强结构强度。
助推器两具贮箱共可容纳约 3,400 吨推进剂，其中包括 2,700 吨液氧 和 700 吨液态甲烷。推进剂通过一个中央液体漏斗输送至发动机，并分配至各发动机的分流歧管。该系统在 Block 3 助推器上进行了升级，发动机与甲烷贮箱之间采用了更大直径的传输管道。
Block 1 与 Block 2 助推器均设有一个主助推器快速断开接口，并在外圈发动机处设有多个快速断开接口；Block 3 助推器则配备两个快速断开接口，分别用于液氧和液态甲烷的加注。
液氧贮箱的下端连接至推力结构。外圈 20 台发动机安装在尾部舱壁上，内圈 13 台发动机则安装在尾部穹顶的推力基座上。穹顶底部设有大型钢结构，用以强化推力基座，使其能够完全承载内圈 13 台发动机，并同时为甲烷与液氧输送提供通道。自 Booster 10 起，该区域还新增了大型过滤装置。
在着陆点火阶段，内圈 13 台发动机所需的液氧由专用头部贮箱供给。Booster 15 的头部贮箱至少额外连接了 9 个附加贮箱，以提高着陆阶段的推进剂储备容量。Booster 12、13 和 14 可能也配备了这些附加贮箱，但截至 2025 年 2 月尚未得到确认。Booster 5 是唯一一枚配备头部贮箱的 29 发动机助推器，该贮箱安装在液氧箱侧面，而非与推力基座集成。
甲烷漏斗部分位于头部贮箱内部，其下方即为甲烷汇集区。自 Booster 7 起，所有后续助推器在液氧箱外部设置了四条气动脊结构，在下降过程中提供气动升力，同时容纳电池、用于发动机旋转启动的复合材料缠绕压力容器，以及用于灭火的二氧化碳贮箱。配备液压动力单元的版本中，专用于发动机点火的压力容器、电池及通信天线则被安置在液压动力单元外罩内，而非气动脊内。
推进系统（Propulsion）
Super Heavy 由 33 台 Raptor 发动机提供动力。在 Block 1 与 Block 2 版本中，这些发动机被安置在一个专用的防护舱内，该防护舱在发动机安装前并不存在，因此未安装发动机时助推器高度约低 3 米。外圈 20 台发动机呈环形固定安装；为减重，这 20 台发动机仅依靠发射台地面设备启动，无法在后续飞行阶段重新点火。内圈 13 台发动机则配备摆动机构，可在回推与着陆点火阶段重新启动。
Starship 首次飞行测试后，发动机摆动系统由液压系统改为电动系统，从而取消了液压动力单元。该改动在第二次飞行测试后也应用于上级。在上升与回推燃烧阶段，发动机从主贮箱取用推进剂；在着陆点火时，液氧则由头部贮箱供给。与推力矢量控制系统类似，发动机防护结构与灭火系统也在首次飞行测试后进行了升级。
Raptor 发动机采用全流量分级燃烧循环，使用富氧与富甲烷涡轮泵。在 2014 年之前，全球仅有两个全流量分级燃烧发动机方案进入过测试阶段。为提升性能，Raptor 发动机使用过冷推进剂，即在低于沸点的温度下使用推进剂，以提高密度和质量流量。
Block 1 助推器的总推力约为 73.5 兆牛，超过 Saturn V 一级推力的两倍；Block 3 版本预计可提升至 80.8 兆牛，而 Block 4 版本最高可达 98.1 兆牛。33 台发动机在工作时会在尾焰中形成明显的冲击菱形结构。
在高空无动力飞行阶段，飞行控制由冷气推进器完成，其推进气体来自残余气体。级间段内设有四个相互垂直的排气口，此外在共用穹顶下方还设有多个倾斜向下、指向发动机的排气口。
Block 3 助推器采用了升级后的尾部穹顶，并在其表面安装了金属隔热瓦。
级间段（Interstage）
级间段配备 4 片不锈钢电动栅格翼，每片质量约 3 吨。栅格翼在上升阶段保持展开以节省重量，但会在级间分离时产生轻微变形。级间段还设有突出式硬点，位于栅格翼之间，可用于将助推器吊装或由发射塔捕获。2022 年 8 月 23 日，Booster 7 被成功吊装至发射平台，首次验证了该能力；2024 年 10 月 13 日，Booster 12 实现了首例助推器捕获。
在首次 Starship 测试飞行后，所有助推器均增加了 1.8 米 高的通风级间段，以支持热分离。在热分离过程中，Super Heavy 关闭除三台中心发动机外的所有发动机，而二级在分离前即点火，从而“推离”一级并获得额外推力。通风级间段内部设有防护穹顶，用于保护 Super Heavy 顶部免受二级尾焰冲击。Elon Musk 于 2023 年表示，该改动可能使近地轨道运力提升约 10%。
自 Booster 11 起，通风级间段在完成回推燃烧后被抛弃，以降低下降阶段的质量。截至 2025 年 12 月，SpaceX 表示在 Block 3 助推器上不再抛弃级间段，而是将通风结构直接集成进火箭本体。
在 Block 3 助推器中，级间段直接与甲烷贮箱集成，栅格翼数量由 4 片减少为 3 片，采用 90° / 90° / 180° 布局。这些栅格翼尺寸约为 Block 1 与 Block 2 版本的 1.5 倍，安装位置更低。SpaceX 表示，这一调整可降低级间分离时所承受的热负荷，同时栅格翼还与捕获销结构实现了一体化设计。
星舰猛禽发动机（Raptor Engine）
猛禽（Raptor）由 SpaceX 研发的一系列火箭发动机，专门用于 Starship 与 Super Heavy 运载系统。该发动机采用高效且结构复杂的全流量分级燃烧循环，以液态氧和液态甲烷作为推进剂。Raptor 选择甲烷而非煤油作为燃料，是因为甲烷可提供更高性能，并能避免因积碳而在发动机内部形成沉积物。此外，甲烷还可通过萨巴捷反应，由二氧化碳和水合成获得。Raptor 发动机被设计为可多次重复使用，且维护需求极低。
猛禽发动机的氧—甲烷混合比约为 3.6:1，低于完全燃烧所需的化学计量比 4:1，这是因为在更高混合比下运行会导致燃烧温度过高，从而损坏发动机。推进剂在预燃室中燃烧后，以高温气体而非液滴的形式注入主燃烧室，使燃料通过扩散迅速混合，从而实现更高的功率密度。由于甲烷与氧气在进入燃烧室时已处于足够高的温度和压力，二者接触即可自燃，因此主燃烧室无需额外点火装置。
发动机主体结构主要由铝、铜和钢制成；而承受富氧火焰腐蚀的氧化剂侧涡轮泵与歧管，则采用类似 Inconel 的 SX500 超级合金制造。部分零部件通过 3D 打印工艺生产。
Raptor 2 发动机在海平面条件下可产生 2.3 兆牛 推力，比冲为 327 秒；在真空环境中，比冲可提升至 350 秒。用于 Starship 上级的 Raptor Vacuum 发动机则配备再生冷却的喷管延伸段，该喷管由钎焊钢管构成，使膨胀比提升至约 90，其真空比冲可达 380 秒。
Raptor 主燃烧室的工作压力高达 350 巴，超过此前所有已投入使用的火箭发动机。其推力矢量摆动范围为 15°，高于 RS-25 发动机的 12.5° 以及 Merlin 发动机的 5°。SpaceX 表示，在实现规模化量产后，Raptor 发动机的单台制造成本目标为 25 万美元。
猛禽发动机（Raptor Engine）版本
2024 年 4 月 4 日，Elon Musk 在位于美国得克萨斯州的 Starbase 就 Starship 项目发布了最新进展，并宣布推出两个新的 Starship 版本——Block 2 和 Block 3，旨在解决前期量产前原型机存在的不足。
Block 1
Block 1 型号用于前六次飞行测试，随后正式退役。
Block 2
自 2025 年初的第七次飞行测试起，两级 Block 2 版本开始投入使用。Block 2 上级飞船在设计上进行了多项改进，包括更薄的前翼片设计、翼片位置更靠近背风侧、推进剂容量提升 25%、集成式通风级间段、重新设计的航电系统、两条线缆通道以及整体推力的提升。
整套 Block 2 运载系统比此前的 Block 1 版本高出 3.1 米。最初规划中，该版本在可重复使用状态下的近地轨道运载能力至少为 100 吨，这一目标与 Block 2 重构前的原始设计相当。但在尚未执行一次入轨飞行前，Block 2 版本便被退役，最终评估的近地轨道运载能力为 35 吨。
此外，Block 2 原计划采用 Raptor 3 发动机，从而无需二级发动机的额外防护结构。然而，首艘 Block 2 飞船 S33 实际安装的是升级版 Raptor 2 发动机，其推力提升幅度尚未公开。Block 2 飞船与助推器首次在第七次飞行测试中亮相，总计生产了 4 套 Block 2 运载系统。在 Starship 第 11 次飞行后，所有 Block 2 飞船均被退役。
Block 3
Block 3 飞船采用了不同的隔热瓦设计，配备 Raptor 3 发动机，并新增了用于近地轨道在轨加注作业的硬件，包括对接接口以及重新设计的快速断开装置。更换为 Raptor 3 发动机后，使得飞船尾部大部分防护结构得以取消。
Block 3 助推器则采用了集成式通风级间段与前部穹顶设计，栅格翼数量由此前的 4 片减少至 3 片，并将栅格翼本身作为捕获点使用。与飞船一致，Block 3 助推器同样采用 Raptor 3 发动机，从而可以移除助推器发动机区的大部分防护结构。
#Raptor Engine Block 3
SpaceX星舰（SpaceX Starship）成本和资金
SpaceX 主要依靠私人资金推进 Starship 项目的研发。SpaceX 首席财务官 Bret Johnsen 在法庭披露，自 2014 年 7 月至 2023 年 5 月期间，SpaceX 已在 Starbase 基地和 Starship 系统上累计投入超过 30 亿美元。Elon Musk 于 2023 年 4 月表示，SpaceX 预计仅在 2023 年一年内就将为 Starship 的研发投入约 20 亿美元。在 2024 年对一起诉讼作出的回应中，SpaceX 表示 Starship 项目的运行成本约为 每天 400 万美元，并补充称，Starship 项目的任何一天延误都意味着约 10 万美元 的损失。
Musk 曾推测，未来一次 Starship 的入轨发射成本，最终可能仅需 100 万美元。Eurospace 研究主管 Pierre Lionnet 在 2022 年指出，鉴于火箭研发成本高昂，Starship 向客户收取的发射价格很可能会高于这一水平。SpaceX 在 2025 年 10 月下旬对官网内容进行更新时表示，就 Starship 项目而言，“SpaceX 自筹资金承担了系统成本的 90% 以上”。
作为 Artemis 计划中“载人登月系统”研发的一部分，SpaceX 于 2021 年 4 月获得了来自 NASA 的一份 28.9 亿美元 固定价格合同，用于为 Artemis III 任务开发 Starship 月球着陆器。作为 SpaceX 的竞标对手，Blue Origin 对该决定提出异议，并于 2021 年 8 月对 NASA 和 SpaceX 提起诉讼，导致 NASA 暂停该合同执行三个月，直至该案件在美国联邦索赔法院被驳回。两年后，Blue Origin 获得了一份 34 亿美元 的固定价格合同，用于其月球着陆器项目。
2022 年，NASA 又向 SpaceX 授予了一份 11.5 亿美元 的固定价格合同，用于为 Artemis IV 任务开发第二款月球着陆器。同年，SpaceX 还获得了来自 美国太空军 的一份为期五年、金额 1.02 亿美元 的合同，用于开发 Rocket Cargo 项目。
SpaceX星舰（SpaceX Starship）参考资料
参考资料：
