“火箭快递”——“星舰”未来可能的军事运输任务分析

从发射架发射起飞的“星舰”

“星舰”是美国太空探索公司（SpaceX）研制的一种两级完全可重复使用的超重型运载火箭，该型火箭旨在通过可回收和重复使用的方式，以低成本实现卫星投送与部署、深空探索、星际飞行、长期在轨试验、航天器捕获与维修以及全球航班式快速运输。

“星舰”概况

“星舰”的原型机之一“星虫”

2005年，太空探索公司提出超重型运载火箭概念，并宣称计划中的超重型运载火箭性能会远远超过“猎鹰”系列运载火箭。2013年，太空探索公司将该运载火箭称之为“火星殖民运输器”。2016年9月，太空探索公司展示了超级重型运载火箭的设计，并将其更名为“星际运输系统”。2017年9月，太空探索公司展示了改进后的超级重型运载火箭设计方案，并将其称为“大型猎鹰火箭”。2018年，该超级重型运载火箭被正式命名为“星舰”，其中，火箭的第二级（飞行器/飞船部分）也称为“星舰”，而第一级（助推级）则称为“超级重型”。2019年，太空探索公司开始在美国得克萨斯州的博卡奇卡试验场，以“快速试错”的理念进行“星舰”原型机的制造、测试和试验，并先后制造出了多台“星舰”原型机，包括：“星虫”、MK系列和SN系列。

美国当地时间2023年11月18日进行第二次综合飞行测试时处于飞行状态的“星舰”

在获得美国联邦航空管理局批准的发射许可后，太空探索公司于美国当地时间2023年4月20日和2023年11月18日，在博卡奇卡试验场分别进行了两次“星舰”的综合飞行测试，但因技术问题，两次测试终以失败告终。但太空探索公司宣称，通过这些测试，已获得了大量珍贵的数据信息，并将在之后择机进行“星舰”的第三次综合飞行测试。而根据其计划，“星舰”将在之后开展载人飞行、轨道货运、轨道加注、月球探索（包括：载人绕月与登月）、火星探索（包括：载人登入火星）等任务，其中，载人登月和登入火星的时间将分别不早于2024年和2026年。

“星舰”性能

“星舰”是一款名副其实的“不锈钢火箭”

“星舰”整体采用两级光杆构型设计，第二级（飞行器/飞船部分）的前后装备有两组用于对箭体实施控制并可沿轴线方向偏转的阻力舵。“星舰”使用的主要材料包括301系不锈钢、304L不锈钢以及30X合金，其整体长度为121米，第一级（助推级）长度为71米，第二级（飞行器/飞船部分）长度为50米，通用直径9米，起飞质量约5000吨，第一级（助推级）自重约270吨，第二级（飞行器/飞船部分）自重约130吨，起飞推力为7590吨，推重比约1.5，近地轨道运载能力为100-150吨，有效载荷空间大于1000m³。

“星舰”第一级（助推级）尾部33台“猛禽”液氧/甲烷发动机全工作状态时的场景

“星舰”第二级（飞行器/飞船部分）的内部结构示意图

“星舰”第二级（飞行器/飞船部分）使用的真空版“猛禽”液氧/甲烷发动机

“星舰”的动力主要由可重复使用的“猛禽”液氧/甲烷发动机提供，单台“猛禽”液氧/甲烷发动机高3.1米，直径1.3米，推力为230吨。“星舰”的第一级（助推级）安装有33台“猛禽”液氧/甲烷发动机，共计携带有3400吨的推进剂，总推力7590吨，其中13台布置于第一级（助推级）尾部的中心位置，剩余的20台则围绕第一级（助推级）的尾部外侧进行布置，而“星舰”的第二级（飞行器/飞船部分）携带有6台“猛禽”液氧/甲烷发动机，其中3台为真空版“猛禽”液氧/甲烷发动机，其共计携带有1200吨的推进剂，总推力为1500吨。

“星舰”飞行任务过程的示意图

“星舰”飞行时一、二级的分离瞬间

在回收方式上，“星舰”的第一级（助推级）采用的是垂直着陆回收方式，而第二级（飞行器/飞船部分）则采用的是再入后翻转机动垂直着陆回收方式。同时，为了在整个飞行任务中实现各种复杂的机动动作，“星舰”还广泛应用了机构技术来实现箭体的高可靠气动控制、可复用连接分离和安全着陆缓冲等功能，且使用高压冷气来取代传统火工品作为这些过程中的动力源，以此满足“星舰”机构功能性可检可测的需求。

“星舰”在军事运输任务中可能的应用

美国空军研究实验室曾发布的使用火箭运输方式执行人道主义救援的渲染图

在“星舰”所能承担的这些任务中，全球航班式快速运输是美军所关注的重点。早在“星舰”的研制取得一定的初步进展时，美国空军就开始在探索相关的“火箭运输”概念。2020年，美国运输司令部就向太空探索公司征询了使用运载火箭进行全球远程快速投送的可行性。2021年，美军的火箭货运项目宣布实施，并在2021和2022财年相继获得970万美元和4790万美元的资金支持。

“星舰”在未来军事运输任务中可能的三种运用方式示意图

在执行全球范围的远程“点对点”快速军事运输任务中，“星舰”的飞行时长一般为30-60分钟（根据飞行距离的长短而不同）

目前，根据美国空军研究实验室和太空探索公司的研究，“星舰”在未来军事运输任务中可能的运用包括：“单向任务”、“双向任务”以及“空投任务”。其中，“单向任务”类似美国运输司令部的“特殊任务空运任务”，其主要用于对快反部队或位于偏远地区部队的紧急补给，在此任务场景中，“星舰”将可用多种方式进行回收或不回收；“双向任务”类似美国空军空中机动司令部或美国民用预备役航空队的常规空运任务，在此任务场景中，需要有一个太空港作为基础设施，同时，需要得到美国太空部队的支持，而这些太空港将可能分布在美军的全球空中机动支援系统中；至于“空投任务”则是类似于特种作战低空任务，此任务主要用来为美军联合特种作战司令部的特种作战行动提供快速运输支持，同时，也能用于紧急灾害时的快速人道主义救援。同时，在利用层次分析法评估后，美军认为“星舰”是应对未来可能的台海冲突与欧洲政变事件的一个最佳的快速运输工具。

总结

“星舰”是一种很有潜力的远程快速运输工具，但要让其在军事运输任务中形成战斗力仍需一定时日

相比常规的航空运输，使用运载火箭运输进行军事运输任务的优势主要在于投送距离长、投送时间短、突防能力强、空域约束条件小等，可实现各种物资的全球远程快速运输，以此增强美军未来的全球作战能力。因此，“星舰”或将在未来成为美军的一种高效远程运输工具。不过，考虑到“星舰”目前还处在试验阶段，其可靠性和保障条件等方面还有待提高，且现在使用火箭进行运输的成本仍然有进一步降低的空间，所以，美军想要将“星舰”发展成军事运输任务中的“火箭快递”，仍然尚需时日。