4月17日晚8时（北京时间），号称人类历史上体积最大、推力最强的运载火箭“星舰”即将首秀。

据悉，“星舰”是新一代超重型火箭，由美国太空探索技术公司（SpaceX公司）研制。

(资料图)

“星舰”总高度约120米（40层楼高），其中底部的“超重型推进器”高70米，配备33台“猛禽”发动机；顶部高50米，由可重复利用的飞船船舱组成。

星舰的一级推力达到了5400吨，超过了“土星5号”的3408吨，也超过了苏联N-1的4630吨推力。

“土星5号”是美国上世纪60年代的产物，担任了美国“阿波罗计划”的重任，但是美国登月至今都饱受争议，甚至认为这是在“摄影棚中拍摄的”。

苏联的N-1 运载火箭也是为登月打造的，但是连续四次试射都失败了，于是苏联在1076年取消了登月计划。

如今，体积更大、推力更强的“星舰”诞生了，如果发射成功，将会成为美国火星计划的一个重要转折点，也为美国重返月球提供强大的支持。

当然，星舰能否发射成功，谁也说不清楚。就连马斯克本人也表示： “星舰首次发射成本高达30亿美元，成功概率就像抛硬币（50%）。”

想知道未来能够把人类送入火星“星舰”有多牛，就要先来了解一下把人类送入月球的“土星五号”。

土星五号

1969年7月16日，“土星5号”火箭载着 “ 阿波罗11号 ”飞船在美国肯尼迪航天中心升空，最终将 美国宇航员阿姆斯特朗、奥尔德林和 柯林斯 送入月球，实现了人类千百年来的登月梦想。

阿姆斯特朗的左脚踏上了月球，并说： 这是一个人的一小步，却是人类的一大步。

美国登月计划的成功既标志着美国赢得了太空竞赛，也彻底击碎了苏联的登月梦，加速了苏联的解体。

阿波罗计划对关键科学和交叉科技转化为经济实力起到了重要的促进作用。

阿波罗计划成功前，美国的研发投入产出比为 1:7，成功后变为1:14，即便在结束后的20年内仍然高达1:9。

美国经济增长率提高了2%，物价指数下降2%，增加了80万个岗位。10年内美国的国民收入翻了一倍。

通过阿波罗计划，美国建立和完善了庞大的航天工业和技术体系，从而带动了信息技术、光学、计算机、AI、自动化、生物医药、航天军工的快速发展。

这些功劳都离不开阿波罗计划中的一项关键技术—— “土星5号”大推力火箭 。

土星5号是三级火箭，由S-1C第一级、S-2第二级、S-4B第三级、仪器舱和有效载荷组成。第一级采用5台F-1发动机，推进剂为液氧和煤油，2个10米直径的铝制推进剂贮箱用桁条和隔框加强。第二级长25米，直径10米，采用液氧液氢推进剂 ，共用5台J-2发动机。第三级长18.8米，直径6.6米，1台J-2发动机，推进剂为液氧液氢。

土星5号运载火箭高度达到了110.6米，最大直径10.1米，重3039吨，推力达到了惊人的3408吨。近地轨道运力140吨，地月转移轨道极限运力48.6吨。

土星5号火箭发动机的燃料是液态氢和精炼煤油，氧化剂是液态氧。这款火箭一共发射了九次，而且每次都成功了，称得上是人类航天史上最强的火箭。

中国现役最强火箭是长征5号，重867吨，直径5米，高57米，近地轨道运力25吨，地月转移轨道运力8吨，各项指标都远逊于土星5号，但时间上晚了近50年。

土星5号火箭研发工作很快，让人一度怀疑其真实性。

1961年，土星5号还没有立项，但下半年就定好了承包商，居然在短短4年时间内完成了。快的令人咋舌。

土星5号的核心技术依然是发动机，发动机制造商为洛克达因。

1955年，洛克达因开始研制，将其命名为F-1，1957年，完成了相关技术细节的研究，并做出了一些测试部件，其中包括一台的推力室。

1959年3月，F-1发动机正式点火测试，并成功达到了445吨的推力要求，但时间只有200毫秒。

1961年4月，短程试车成功，推力的峰值达到了729.5吨，此时距离土星1号首飞还有半年时间。

正当工程师们开香槟庆祝时，发动机喷注器突然出现了问题。

面对3700个煤油喷嘴，2600个氧化剂喷嘴，32个辐射状管路时，项目负责人说，这个问题无解。

最后NASA追加了2000万美元的经费，几个月后号称无解的难题攻破了。

普林斯顿大学的几位学者，拿到了部分“科研经费”，然后经过一顿分析计算，给出了答案： “把喷嘴的直径适当扩大一点”。

就这样一级发动机完成了。随后二级发动机J-2、其他零部件也宣告完成。

有了火箭发动机，剩下的事情就容易多了，登月计划如期实现。

放到今天的“星舰”也是一样，只要 “猛禽”发动机没问题，星舰就能试飞成功。

“猛禽”发动机参考了苏联的设计

马斯克一直有一个宏伟的计划，那就是登陆火星，这就需要一款超强的重型火箭，而火箭的发动机必须推力极强，原有的梅林发动机明显力不从心。

于是猛禽提上了研发日程，它需要单台推力达到200吨级别以上，因为未来要运输上万吨物资去火星，80吨的发动机是无法实现的。

据悉， 猛禽发动机采用低温液态甲烷与液氧作为推进剂，这种发动机具有很高的性能，能为星舰火箭提供巨大的推力。同时也便于在火星上直接生产。

猛禽发动机的海平面推力可达230吨，并且 参考了苏联新技术 “全流量分级燃烧”。

尽管苏联在太空竞赛中输给了美国，但是这并不代表着苏联在技术上就一定比美国差。

事实上，苏联的工程师极具创新和创造精神，只是缺少像NASA那样有远见、有技巧、有能力的统筹机构。

当时的格鲁什科领导的负责为N-1提供有毒燃料发动机RD-270，这种发动机要求有更高的推力、更强的爆发力，因此其采用了一种新型技术—— “全流量分级燃烧”。

当时的RD-270出现了一个难以协调的问题，富氧和富燃燃气同时进入主燃烧室二次燃烧，产生了高频振动。

1967年10月—1969年7月，RD-270进行了27次试验，但都没有达到预期效果。每次试验后，还要清理残留的试车剧毒燃料，导致研发进度非常缓慢。

1969年7月，美国登月计划成功，苏联在竞争中落后，于是下令停止RD-270发动机的研发， “全流量分级燃烧”的技术最终夭折。

苏联的N-1火箭最终无缘“全流量分级燃烧”的技术，无奈选择了30台发动机并联的技术，导致连续3次试射失败，最终退出了登月计划。

“全流量分级燃烧”也销声匿迹，直到马斯克的猛禽发动机，这项技术才重现江湖。

全流量分级燃烧

全流量分级燃烧被称为火箭技术的 “圣杯” ，它可以从燃料中获取更多的能量，发挥更大更强的效率。

数十年来，航天大国都在研究这项技术，但是到目前为止，仍然没有哪个国家宣称掌握了这项技术。

因为这项技术一旦掌握，火箭的高度、体积、载重将直接提升一个数量级，昔日的“矮穷挫”彻底变成“高富帅”。一起来看看这项先进的技术吧！

全流量分级燃烧是分级燃烧的升级版，其拥有两套独立的涡轮机和预燃室系统，分别用于氧化剂和燃料的与燃烧，从而产生推力为各自的涡轮泵供压，基本流程如下：

1、富燃预燃室驱动燃料泵

将剩余大部分的燃料和小部分氧化剂送入富燃预燃室燃烧，产生富燃燃气，驱动燃料涡轮泵，从而使燃料到达主燃烧室。

2、富氧燃烧室驱动氧化剂泵

将剩余大部分的氧化剂和小部分燃料送入富氧预燃室燃烧，产生富氧燃气，驱动氧化剂涡轮泵，从而使氧化剂到达主燃烧室。

3、全面会师

两个涡轮泵出的燃料和氧化剂在主燃烧室进行二次燃烧，产生巨大的压力，再由喷嘴喷射出。

全流量分级燃烧在设计和测试上非常困难，但是有效的解决了开放式循环引擎的浪费，同时不用担心涡轮机和泵密封不好污染燃料。

全流量分级燃烧提高了涡轮的工作量，拥有更强的泵功率。不但降低了泵的温度，提升了泵的性能，同时实现了更高效的气气燃烧，产生更大的推力。

这项技术也应用在即将首秀的“星舰”超重型火箭中，能够带来哪些惊艳，我们拭目以待！

写到最后

目前，星舰的组合体已在发射架上准备就绪，在几小时后将迎来它的首秀。如果首秀成功，将极大增强美国的太空实力，也会给我国的航空航天带来很大的压力。

中国的登月火箭长征9号，如今还在紧锣密布的研发，按照计划将于2028年左右发射。能否逆袭星舰，我们拭目以待！

我是科技铭程，欢迎共同讨论！

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