SpaceX公司的大猎鹰火箭从2016年国际宇航大会上首次亮相开始，该公司每年都会召开一次发布会更新它的设计。但3年过去了，这款可完全重复使用的重型火箭一直都是“只闻楼梯响，不见人下来”，设计一改再改，实物一拖再拖。
9月28日，SpaceX公司按例又举办了今年的大猎鹰火箭发布会。而今年发布会最不同的地方在于，大猎鹰火箭终于告别了“PPT火箭”的称号，一艘巨大的不锈钢飞船就屹立在主讲人马斯克的身后。
在发布会上，这款之前被称为“大猎鹰”的火箭已经正式更名为“星舰”，火箭二级被称之为“星舰飞船”，火箭一级则称为“超重型火箭”，两者统称“星舰”。发布会现场放置的正是编号MK1的星舰飞船全尺寸验证机，高50米，直径9米，干重200吨，后续正式版星舰飞船干重有望优化至120吨，而起飞重量则为1400吨。
由这些参数可见，“星舰”的干质比远落后于自家的猎鹰9火箭，但作为一款采用不锈钢贮箱的完全可重复使用火箭，相比一次性火箭需额外配备返回用推进剂的内贮箱、热防护系统和翼面结构等，因此干质比的倒退和妥协是在所难免的。正式版“星舰”的近地轨道运力不低于100吨，可携带返回地球的载荷重量为50吨，整箭起飞重量超过5000吨，远超已在人类火箭排行榜上“霸榜”半个世纪的“土星五号”。显然，“星舰”意图用火箭规模弥补复用带来的运力损失。
目前，“星舰飞船”MK1安装有3台海平面版本的猛禽发动机，均为双摆设计，推力200吨，比冲330秒左右，同时充当着陆发动机。未来，正式版“星舰”将安装有6台猛禽，另外3台是固定不可摆的真空版发动机，真空推力220吨，比冲目标为380秒。
MK1和MK2的亚轨道试飞完成后，马斯克改口称还将制造星舰飞船MK3和MK4，这两艘将真正具备进入轨道并从大气层外返回的能力。最后，还将制造被称之为“超重型火箭”的“星舰一级”，并与“星舰飞船”结合为一枚完整的两级运载火箭。
自“星舰”曝光以来，人们都在好奇SpaceX公司如何能够解决高可靠、低成本、可复用热防护系统的设计，“星舰飞船”入轨后返回地球时要高速再入大气层，并设想返回后仅需少量翻修和检查即可再次发射，这对其热防护系统提出了极高的要求。
因此，SpaceX公司放弃了龙飞船使用的烧蚀防热材料，换用了X-37B使用的整体增韧抗氧化复合结构，英文缩写TOFROC。
它作为一种陶瓷基隔热瓦，解决了早期航天飞机使用的RCC材料在耐温能力、强韧化性能和制备尺寸等方面的缺陷，不仅能够承受再入时产生的高温，还解决了陶瓷瓦在高温环境下的热裂和抗氧化等瓶颈问题，翻修工作量也大幅下降。
根据设计，隔热瓦将覆盖“星舰飞船”整个迎风面，像极了当年“成也隔热瓦，败也隔热瓦”的航天飞机，而航天飞机的热防护系统既是成功的范例，又是失败的典型。
航天飞机实际上使用了4种防热材料，2万多块形状各异的隔热瓦。限于当时技术条件，航天飞机热防护系统虽然可靠支撑了上百次再入任务，但其可维护性堪称一场灾难。为不重蹈航天飞机的覆辙，SpaceX公司针对TOFRUC开展了各种试验，甚至包括部分替换龙飞船大底热流峰值区的实际再入试验，不要小看这些“贴瓷片”的验证，由于贴敷技术不成熟，航天飞机研发初期就曾被隔热瓦大量脱落问题所困扰。
除此之外，马斯克称，“星舰”为了继续降低再入难度，引入了航天飞机的蛇形机动，两侧翼面以一定规律交替受热，从而降低热流峰值。
此外，由于“星舰飞船”采用垂直反推着陆，其轨道设计和翼面结构将不再受滑翔能力的约束，因此该公司拟引入跳跃式弹道。这样做的好处是，每一次飞船擦过大气层边缘的时候，气动加热的时间较短，弹回寒冷的近地空间期间正好借机将热量耗散掉，这样一凉一热，直到动能被耗散到一定程度后，直接进入大气。
从“星舰”首次公开至今的3年间，“星舰”唯一不变的就是“变”。在设计上，“星舰”留下的疑问仍然很多。最关键的是，SpaceX公司一直对“星舰”的逃逸设计避而不谈，更是像极了当年那个因缺乏有效逃逸手段而备受诟病的航天飞机。
可以说，“星舰”近期的设计迭代正在不断汲取航天飞机的技术遗产，但能否“取其精华，去其糟粕”地学习借鉴，并最终“青出于蓝而胜于蓝”地实现快速、可靠、低成本的复用设想，确实是一个极大的挑战。
文/田丰编辑/杨蕾  张晓帆监制/许斌

本文经「原本」原创认证，作者中国航天报社，点击“阅读原文”或访问yuanben.io查询【5K0DD3OH】获取授权