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发布时间：2026-11-10 来源：中国航天报 《飞天科普周刊》
前不久，美国Spacex公司在今年第三季度财报电话会议上抛出了一个足以改写航天史的计划：第15次“星舰”试飞将首次尝试用发射塔的“筷子”机械臂在同一次任务中先后捕获超重型助推器与星舰飞船。如果试验取得成功，这将是轨道级运载火箭首次实现两级完全回收。
两级回收有何不同？
在此之前，Spacex公司已多次使用“筷子”捕获回收超重型助推器，但星舰飞船的塔上捕获却从未尝试过。而两级同步捕获，更是把难度从单级高精度悬停抓取提升到多系统强耦合、时序严格同步的全新层级。
想要理解这次试验的巨大挑战，首先要厘清一个核心问题：超重型助推器与星舰飞船的回收有何不同？
超重型助推器作为第一级与星舰飞船分离时，高度约70公里，速度约1.5公里～2公里/秒，属于亚轨道高速飞行。随后，它沿着可控弹道折返至墨西哥湾上空，在下降阶段分批点燃多台猛禽发动机减速，依靠栅格翼进行大气段姿态稳定，靠近塔架时，逐步关闭外围发动机，保留少数发动机工作，实现稳定悬停，在数十米高度维持稳定位置，等待机械臂合拢锁定。
整个回收过程从分离到捕获只有大约6分钟～7分钟，飞行剖面短、能量低，不需要经历轨道速度再入，且落点就在发射场旁边，飞行链路短，变量相对可控。
而星舰飞船的回收则是一套完全不同、风险显著更高的任务链条。星舰飞船和超重型助推器热分离之后，继续加速至接近轨道速度，最高速度接近7.8公里/秒，相当于马赫数25级别，动能比超重型助推器分离时高出一个数量级以上。直到第14次试飞中，星舰飞船才真正首次进入高度约275公里的近地轨道，部署了26颗V3版星链卫星。
而要返回发射塔架，星舰飞船还要面临轨道动力学的挑战。由于地球自转，星舰飞船需要在轨等待大约24小时，围绕地球飞行16圈，才能等到返回原发射场地的“窗口”。长时间在轨飞行将对星舰飞船携带的液氧甲烷低温推进剂构成挑战，因为低温推进剂会在轨蒸发，导致星舰飞船最终返回时面临可用的推进剂损失。
同时，长期在轨工作也会对星舰飞船上的电子系统、结构可靠性等产生影响。第14次试飞中，星舰飞船原计划绕地球6圈，在轨飞行约10小时，溅落在智利海岸以西的太平洋海域。但在实际飞行中，受发动机故障影响，星舰飞船实际绕地球不到2圈就提前离轨返回，全程约3小时9分钟，溅落于夏威夷以北的太平洋海域，一些测试还需“补课”。
星舰飞船回家要闯过这些难关
星舰飞船想返回地球表面，必须从轨道速度开始减速，预计整个返回过程长达1个小时左右，飞行时间、飞行距离、环境复杂度等远超第一级。
首先是热防护的巨大考验。轨道速度再入会在星舰飞船表面形成等离子体鞘层，驻点温度最高可达1400摄氏度～1650摄氏度，数万片六边形隔热瓦、襟翼铰链、密封接缝都要经受持续高温冲刷。此前多次试飞中，星舰飞船普遍出现过隔热瓦脱落、襟翼热损伤等故障，一旦再入阶段的热防护出现局部失效，后续所有机械臂捕获动作都无从谈起，星舰飞船甚至会直接解体失控。而超重型助推器几乎不存在这种等离子体黑障和长时间高热流考验。
其次是气动与姿态控制逻辑的考验。超重型助推器全程以近似垂直姿态返回，依靠发动机推力为主、栅格翼为辅来稳定姿态。而星舰飞船采用独特的“肚皮拍落”减速模式，以大攻角再入滑翔、消耗轨道动能，依靠大面积襟翼调节姿态，在稠密大气中完成远距离滑翔，不断修正轨迹，对准发射塔上空。
在距离塔架1公里左右，星舰飞船还要在极短时间内完成从水平到垂直姿态的翻转，同时启动猛禽发动机，实施着陆制动。这个翻转动作是整个回收过程中风险最高的节点之一，襟翼、发动机矢量推力、制导算法等必须密切协同，姿态稍有发散，星舰飞船就无法进入“筷子”的捕获“窗口”。相较而言，超重型助推器不存在这种大幅度姿态翻转，控制逻辑简单得多。
两级捕获的系统性大考
如果说单独捕获超重型助推器是高难度的定点停车，单独捕获星舰飞船是跨越重洋、历经烈火考验之后精准入位，那么两级同时捕获就是两具动力学特性完全不同、飞行时序完全独立的飞行器，在同一个发射场空域、短时间窗口内依次进入各自的捕获工位，地面塔架、两套飞控、测控链路、机械臂系统必须协同工作。这也是本次“星舰”试飞最大的难点，涉及一系列交叉耦合的技术难关。
超重型助推器先分离、先返回，星舰飞船晚分离、绕轨之后再回来，二者抵达塔架上空的时间差、高度差、航线都需要精确规划，地面安全与事故风险管控更是重中之重。发射塔本身是高危设施，两级都是载有大量推进剂的巨型不锈钢箭体，一旦在捕获阶段发生如发动机故障、姿态失控，撞击塔架等情况，会引发爆炸、火灾，对发射设施造成毁灭性破坏。
单级捕获时，地面安全预案已经十分严苛。两级同时回收，事故组合场景数量大幅增加，需要准备好独立的应急撤离轨道、发动机紧急关机链路、推进剂快速泄放机制，全程自动化处置，不能依赖人工临场判断。
总而言之，这次两级同步“筷子”捕获本质上是把两套难度悬殊的回收任务压缩在同一个发射窗口内完成。超重型助推器回收是一项成熟且高度精密的悬停定点工程。星舰飞船回收是从轨道归来、穿越等离子体、滑翔跨域、动态翻转之后的极限挑战。而两级同步捕获则是空域、时序、测控、安全体系的系统性大考。
站在航天工程的视角来看，“星舰”两级都能稳定塔架捕获回收、快速周转复用，才是真正具备高频次、低成本轨道发射能力，才能支撑“太空加油”、月球登陆、火星运输等任务。
无论本次“星舰”试飞能否一举成功，这次尝试都将为人类完全可复用重型火箭积累独一无二的工程数据，推动航天发射模式的深刻变革。
发布时间：2026-11-10 来源：中国航天报 《飞天科普周刊》
前不久，美国Spacex公司在今年第三季度财报电话会议上抛出了一个足以改写航天史的计划：第15次“星舰”试飞将首次尝试用发射塔的“筷子”机械臂在同一次任务中先后捕获超重型助推器与星舰飞船。如果试验取得成功，这将是轨道级运载火箭首次实现两级完全回收。
两级回收有何不同？
在此之前，Spacex公司已多次使用“筷子”捕获回收超重型助推器，但星舰飞船的塔上捕获却从未尝试过。而两级同步捕获，更是把难度从单级高精度悬停抓取提升到多系统强耦合、时序严格同步的全新层级。
想要理解这次试验的巨大挑战，首先要厘清一个核心问题：超重型助推器与星舰飞船的回收有何不同？
超重型助推器作为第一级与星舰飞船分离时，高度约70公里，速度约1.5公里～2公里/秒，属于亚轨道高速飞行。随后，它沿着可控弹道折返至墨西哥湾上空，在下降阶段分批点燃多台猛禽发动机减速，依靠栅格翼进行大气段姿态稳定，靠近塔架时，逐步关闭外围发动机，保留少数发动机工作，实现稳定悬停，在数十米高度维持稳定位置，等待机械臂合拢锁定。
整个回收过程从分离到捕获只有大约6分钟～7分钟，飞行剖面短、能量低，不需要经历轨道速度再入，且落点就在发射场旁边，飞行链路短，变量相对可控。
而星舰飞船的回收则是一套完全不同、风险显著更高的任务链条。星舰飞船和超重型助推器热分离之后，继续加速至接近轨道速度，最高速度接近7.8公里/秒，相当于马赫数25级别，动能比超重型助推器分离时高出一个数量级以上。直到第14次试飞中，星舰飞船才真正首次进入高度约275公里的近地轨道，部署了26颗V3版星链卫星。
而要返回发射塔架，星舰飞船还要面临轨道动力学的挑战。由于地球自转，星舰飞船需要在轨等待大约24小时，围绕地球飞行16圈，才能等到返回原发射场地的“窗口”。长时间在轨飞行将对星舰飞船携带的液氧甲烷低温推进剂构成挑战，因为低温推进剂会在轨蒸发，导致星舰飞船最终返回时面临可用的推进剂损失。
同时，长期在轨工作也会对星舰飞船上的电子系统、结构可靠性等产生影响。第14次试飞中，星舰飞船原计划绕地球6圈，在轨飞行约10小时，溅落在智利海岸以西的太平洋海域。但在实际飞行中，受发动机故障影响，星舰飞船实际绕地球不到2圈就提前离轨返回，全程约3小时9分钟，溅落于夏威夷以北的太平洋海域，一些测试还需“补课”。
星舰飞船回家要闯过这些难关
星舰飞船想返回地球表面，必须从轨道速度开始减速，预计整个返回过程长达1个小时左右，飞行时间、飞行距离、环境复杂度等远超第一级。
首先是热防护的巨大考验。轨道速度再入会在星舰飞船表面形成等离子体鞘层，驻点温度最高可达1400摄氏度～1650摄氏度，数万片六边形隔热瓦、襟翼铰链、密封接缝都要经受持续高温冲刷。此前多次试飞中，星舰飞船普遍出现过隔热瓦脱落、襟翼热损伤等故障，一旦再入阶段的热防护出现局部失效，后续所有机械臂捕获动作都无从谈起，星舰飞船甚至会直接解体失控。而超重型助推器几乎不存在这种等离子体黑障和长时间高热流考验。
其次是气动与姿态控制逻辑的考验。超重型助推器全程以近似垂直姿态返回，依靠发动机推力为主、栅格翼为辅来稳定姿态。而星舰飞船采用独特的“肚皮拍落”减速模式，以大攻角再入滑翔、消耗轨道动能，依靠大面积襟翼调节姿态，在稠密大气中完成远距离滑翔，不断修正轨迹，对准发射塔上空。
在距离塔架1公里左右，星舰飞船还要在极短时间内完成从水平到垂直姿态的翻转，同时启动猛禽发动机，实施着陆制动。这个翻转动作是整个回收过程中风险最高的节点之一，襟翼、发动机矢量推力、制导算法等必须密切协同，姿态稍有发散，星舰飞船就无法进入“筷子”的捕获“窗口”。相较而言，超重型助推器不存在这种大幅度姿态翻转，控制逻辑简单得多。
两级捕获的系统性大考
如果说单独捕获超重型助推器是高难度的定点停车，单独捕获星舰飞船是跨越重洋、历经烈火考验之后精准入位，那么两级同时捕获就是两具动力学特性完全不同、飞行时序完全独立的飞行器，在同一个发射场空域、短时间窗口内依次进入各自的捕获工位，地面塔架、两套飞控、测控链路、机械臂系统必须协同工作。这也是本次“星舰”试飞最大的难点，涉及一系列交叉耦合的技术难关。
超重型助推器先分离、先返回，星舰飞船晚分离、绕轨之后再回来，二者抵达塔架上空的时间差、高度差、航线都需要精确规划，地面安全与事故风险管控更是重中之重。发射塔本身是高危设施，两级都是载有大量推进剂的巨型不锈钢箭体，一旦在捕获阶段发生如发动机故障、姿态失控，撞击塔架等情况，会引发爆炸、火灾，对发射设施造成毁灭性破坏。
单级捕获时，地面安全预案已经十分严苛。两级同时回收，事故组合场景数量大幅增加，需要准备好独立的应急撤离轨道、发动机紧急关机链路、推进剂快速泄放机制，全程自动化处置，不能依赖人工临场判断。
总而言之，这次两级同步“筷子”捕获本质上是把两套难度悬殊的回收任务压缩在同一个发射窗口内完成。超重型助推器回收是一项成熟且高度精密的悬停定点工程。星舰飞船回收是从轨道归来、穿越等离子体、滑翔跨域、动态翻转之后的极限挑战。而两级同步捕获则是空域、时序、测控、安全体系的系统性大考。
站在航天工程的视角来看，“星舰”两级都能稳定塔架捕获回收、快速周转复用，才是真正具备高频次、低成本轨道发射能力，才能支撑“太空加油”、月球登陆、火星运输等任务。
无论本次“星舰”试飞能否一举成功，这次尝试都将为人类完全可复用重型火箭积累独一无二的工程数据，推动航天发射模式的深刻变革。
