蒂姆·多德：SpaceX、星舰、火箭发动机与太空旅行的未来

2014 年 4 月，一枚 Falcon 9 火箭从卡纳维拉尔角升空。和以往不同的是，这枚火箭一级的侧面多了四条折叠着的着陆腿。当时网上的反应基本是嘲笑：一个亿万富翁浪费时间想让火箭落回来，这不可能成功。

八年多之后，同一家公司连续将近一百次把助推器稳稳落回地面。整个 2022 年，SpaceX 送进轨道的质量超过中国一个国家，而中国那一年的发射次数还比它多两次。

蒂姆·多德（Tim Dodd）第一次去现场看发射，看的正是那枚带着着陆腿的 CRS-3。他当时只是个摄影爱好者，架了台远程触发的相机，因为连续几次推迟发射，人先回家了，最后是相机替他看到了那一次升空。九年之后，他成了 YouTube 频道 Everyday Astronaut 的主理人，坐在 Lex Fridman 的麦克风前，把 SpaceX 从 Falcon 1 到星舰的整条技术路线讲了一遍。

这期访谈信息密度很高，多德讲东西有个特点：他不满足于告诉你发生了什么，他一定要把为什么只能这么做讲透。下面按技术脉络重新组织。

去俄罗斯买火箭没谈成，才有了 SpaceX

Falcon 1 是一切的起点。马斯克最初的计划简单粗暴：去俄罗斯买一枚火箭，把东西送上火星。谈崩了，回来之后他决定自己造。

多德说，他至今不太理解马斯克是怎么在那么短的时间里凑出那支团队的，但那批人确实把东西做出来了。Falcon 1 是一枚很小的火箭，一级一台 Merlin 发动机，二级一台叫 Kestrel 的发动机。用今天的眼光看几乎是模型级别，可它验证了一件事：一家私营公司可以从零开始把载荷送进轨道。

真正让 SpaceX 活下来的，是 NASA 的一份合同。当时有一个叫 COTS 的项目，全称 Commercial Orbital Transportation Services，商业轨道运输服务，后来演变成商业补给合同（Commercial Resupply Services）。NASA 出钱，私营公司出方案，把货物送到国际空间站。

SpaceX 为此同时开发了两样东西：Dragon 飞船和 Falcon 9 火箭。这两者的关系，多德用了一个很朴素的比喻。Falcon 9 是半挂卡车，Dragon 是货厢里那个被送到目的地的箱子。目的地就是国际空间站。

Dragon 一代执行了大约二十次货运任务，只出过一次事故。之后升级成 Dragon 2，分成载人版 Crew Dragon 和货运版两个型号。载人版的首次任务 DM-2 把 Bob Behnken 和 Doug Hurley 送上了空间站，那是 SpaceX 第一次送人入轨。

多德特意强调了一点：入轨和摸到卡门线是两件事。前者需要的速度增量是后者的几十倍，难度不在一个量级上，更别说还要跟空间站交会对接。

3.7 米直径、45 米长度，这已经是公路运输的物理上限

多德回忆他 2014 年第一次到肯尼迪航天中心看发射，出发前其实是失望的。他以为要看的是那种 NASA 级别的大火箭，结果被告知“这个火箭不大，可能没那么震撼”。

走到发射台边上，他的第一反应是：这东西太大了。

Falcon 9 高 70 米，助推器本身长 45 米，直径 3.7 米。这个尺寸背后有一条硬约束：它基本就是美国公路、桥梁、隧道允许通过的上限。再宽一点，高速公路要封路；再长一点，转弯过不去。Falcon 9 的助推器差不多就是能横穿整个国家运输的最大物体。

这也解释了为什么后来的星舰必须建在得克萨斯州博卡奇卡的海边。星舰直径 9 米，从工厂到发射台的距离以米计算，因为它根本运不出去。造多大这件事，最后是被物流决定的。

多德说，很多人看照片会觉得 Falcon 9 又细又长，像个牙签，忽略了它其实是人类工业里非常大的一块机械。把这么大一坨东西完整地推离地面，这件事本身就足够让人谦卑。

发动机布局从九宫格改成八角网，省下的是制造时间

最早的 Falcon 9 一级，九台 Merlin 发动机排成一个 3×3 的方阵。这个布局只用了两到四次飞行就被换掉了。

新布局叫 Octaweb，中间一台，外面八台围成一圈。火箭直径没变，还是 3.7 米，但推力结构完全重做。

换的理由非常具体。方阵布局里，四个角上的发动机和四条边中点的发动机在结构上不是一回事，安装位置不同，受力不同，零件也不同。改成环形之后，外围八台发动机的安装结构是同一个零件，转个角度就能装到任何一个位置上。

Octaweb 带来的收益主要来自同一个零件能重复用、能快速换，零件本身的先进程度并没有变化。这是 SpaceX 反复出现的思路：先解决装配线上的时间成本，再谈单项性能。

之后 Falcon 9 开启了长达多年的拉长过程。每次迭代都变高一点、推力大一点，最后定型在 Block 5 上。

Starlink 卫星长得奇怪，因为它是照着火箭内壁设计的

SpaceX 现在最大的客户是自己。Starlink 是它发射质量暴涨的直接原因。

多德讲了一个很有洞察力的细节：Starlink 卫星折叠起来大概有一张桌子那么大，扁平的，形状在卫星里算是异类。它之所以长成这样，是因为 SpaceX 在设计卫星的时候，手里同时握着火箭整流罩的尺寸、质量上限、体积上限。

一家独立的卫星公司，通常是先按功能需求把卫星设计出来，再去找能装得下的火箭。SpaceX 反着来：先看整流罩里能塞什么形状，再让卫星长成那个形状。

这种垂直整合带来的自由度，别人很难复制。结果就是 Falcon 9 一年几十次发射，绝大部分装的都是自家卫星，把入轨质量推到了人类历史上从未有过的量级。

再入点火：用三台发动机给自己造一个气动盾牌

让助推器活着穿过大气层，是回收路上第一个真正的难关。

早期 SpaceX 试过用降落伞回收 Falcon 1 和最早的两枚 Falcon 9 一级，没成。多德提到 Rocket Lab 现在还在做类似的事，用降落伞减速，再用直升机在空中把伞绳勾住。这个方案他们成功过一次，但那枚火箭小得多，一级空壳只有一吨左右，而且用的是碳纤维贮箱，结构轻、质量比好，能扛住再入。

Falcon 9 当时的参数做不到这一点。于是 SpaceX 换了个思路：在进入稠密大气之前主动减速。

这个动作早期叫 reentry burn，再入点火，后来内部改称 entry burn，进入点火。多德坚持认为前者更准确，因为它确实发生在再入阶段。做法是重新点燃九台 Merlin 中的三台。

这三台发动机起两个作用。一是把速度砍掉将近一半，二是尾焰本身在飞行器前方推开空气，形成一道类似力场的屏障。大气层的杀伤力来自压缩：任何物体高速穿过时，前方的空气被急剧压缩、升温，热到变成等离子体，足以把材料烧穿。速度降下来，温度就降下来，飞行器才有机会活着穿过这一层。

多德说，SpaceX 大概是在这个阶段意识到：既然为了减速已经要点火了，不如把同一台发动机留着用来着陆。于是就有了着陆腿，有了垂直降落。

2015 年 12 月 21 日，第一次成功。

自杀式燃烧：推力永远大于重力，所以它不能悬停

访谈里技术含量最高的一段，是多德解释 Falcon 9 为什么着陆这么难。

九台发动机，着陆时只留一台。这台发动机的推力可以节流，最低能到额定推力的 40% 左右。即便油门收到最低，它的推力仍然大于空壳助推器的重量。也就是说，这枚火箭在着陆段根本没法悬停，推力重量比永远大于 1。

行业里管这个叫 suicide burn，自杀式燃烧，也叫 hoverslam。

如果发动机点火早了一点，火箭会停在地面上方，然后它没法再降下去。它唯一的选择是关掉发动机，然后从两百英尺高的地方掉下来。（蒂姆·多德）

所以实际操作是这样：发动机的可用区间是 40% 到 100%，控制算法不会从 40% 开始，而从中间某个位置切入，比如 70%。如果落得比预期快，往上推还有空间；如果落得比预期慢，往下收也还有余量。

这套控制逻辑听起来不复杂，难的是它必须在一次性的机会里，在剧烈的气动干扰和燃烧不稳定中，在结构应力和贮箱晃动的耦合下把误差收敛到米级。

多德承认自己完全不懂飞控代码，只懂硬件。不过他给出一个有意思的细节：马斯克当年定下的规矩是用最通用的编程语言写，这样不需要招“会说某种古老语言的人”，从街上拉一个合格工程师就能上手。所以他推测飞控是 C 或 C++，而不是 JavaScript。可靠系统在实时性上的要求，基本把脚本语言排除在外了。

这套算法的代价也很清楚：每一次着陆消耗的推进剂，都是没有用来送货的推进剂。着陆本身不产生收入，它是一项长期投资，收益要在未来几百次发射里才兑现。目前 SpaceX 累计完成了一百五六十次着陆，其中接近一百次连续成功。

CRS-7：一个氦气瓶引发的失控爆炸

2015 年 6 月，CRS-7 任务在上升段解体。这是 Falcon 9 第一次真正的失败，大约第 18 次飞行。

原因是二级贮箱内部一个装氦气的小瓶子在上升段脱落，导致二级超压，直接炸开。整枚火箭随后失控解体。多德当时在周六或周日的早上看直播，看到爆炸的那一刻，脑子里只剩一个念头：这下完了。

复飞的那一次，SpaceX 顺手把火箭落在了地面上。

把这两件事放在一起看，才能理解这家公司的节奏。从 2014 年到 2015 年那段时间，CRS-4 差一点，CRS-5 差一点，CRS-6 差一点，CRS-7 炸了，然后 CRS-8 落成了。中间没有停下来做冗长的归零评审，整条迭代线继续往前推。失败在这些年里更像是一种迭代成本，而不是流程中断的理由。

这种节奏的代价也很明显：早期发射频率低，一年只有五次左右，每次发射都是大事件，多德会半夜三点起床看直播。现在平均一周两次，他自己都不再每场都看了。

Block 5：一支十来枚助推器组成的舰队

Falcon 9 现在的型号叫 Block 5，尽管它已经是 Falcon 系列第八九次大改。外观特征是黑色的着陆腿和黑色的级间段。

SpaceX 维持着大约十枚助推器组成的舰队，让它们轮流出勤。当时单枚助推器的复用纪录是 15 次。整流罩也开始回收，两级之间那个大鼻子不再是一次性消耗品。

整个系统里唯一被扔掉的，只剩下二级。

多德在这里给出了一个判断：Falcon 9 的平台已经走到头了，继续优化二级的可复用性在经济上不划算。二级要能扛住轨道速度再入，需要的结构余量会让整枚火箭的运力损失太多。与其在 3.7 米的直径里抠，不如把直径直接放大。

这就是星舰的起点。

一个系统，三个名字，还容易叫错

星舰的命名史本身就很混乱，值得理一遍。

2016 年公开的时候叫 ITS，Interplanetary Transport System，星际运输系统。2017 年底改叫 BFR，Big Falcon Rocket。2018 年底才定名 Starship。

更麻烦的是，Starship 这个词有狭义和广义两个用法。狭义上它只是上面级，也就是那艘飞船；底下那个巨大的助推器叫 Super Heavy。广义上，整套系统都叫 Starship。

所以看到“星舰首飞”这种表述，需要先判断说的是哪一部分。多德在访谈里也吐槽了这一点。

从三级跳到一个三米的高度开始

星舰的测试里程碑，最早的一个来自一个外形非常简陋的金属圆筒，代号 Starhopper。

2019 年，它第一次用 Raptor 发动机产生推力把自己抬离地面，先是被系绳拴着飞了几米，然后 15 米，最后 150 米。这是 Raptor 发动机第一次真正把东西送上天，也是星舰不锈钢贮箱方案第一次得到飞行验证。

之后是 SN5 和 SN6，同样做 150 米的跳跃，但系统更完整，贮箱工艺、管路、阀门、控制都往前走了一步。

真正的重头戏在 2020 年底到 2021 年初：SN8、SN9、SN10、SN11，还有最后的 SN15。这几枚都飞到十几公里的高度，做 belly flop 这个动作，腹部朝下平躺着下落，靠气动面控制姿态，最后在接近地面时把姿态翻正、点火着陆。

SN8 到 SN11 全部在着陆阶段炸掉。SN15 成了。

多德解释说，SN 就是 Serial Number，序列号。数字会跳号，因为有些测试被取消，有些贮箱造到一半发现设计改了，直接报废。在博卡奇卡，一只脚经常踩在另一只脚前面，有时候手不知道腿在干什么。今天还在催着造四十个贮箱段，明天发现某个头部贮箱的方案已经淘汰，那批零件就真的拉去废料场。

这种迭代方式的浪费是显性的，学习速度也是显性的。

看起来最壮观的爆炸，其实当量不大

星舰的爆炸视频传播很广，火球铺满整个画面。多德给出了一组具体数字：这些飞行器虽然是人类造过的最大飞行物之一，但到目前为止，加注的推进剂从来没有超过贮箱容量的 10% 到 20%。

视觉上的壮观和能量上的规模是两件事。真要按 TNT 当量算，这些爆炸在航天史上属于小号。等星舰满载推进剂做轨道级测试的时候，才会有真正意义上的大场面。

这个提醒很有价值。社交媒体的传播逻辑天然偏爱画面冲击力，工程判断依赖的却是装药量、结构、失败模式。两者经常对不上。

那辆在太阳系里飘着的 Roadster

2018 年 2 月，Falcon Heavy 首飞，载荷是一辆特斯拉 Roadster，驾驶座上坐着一个穿宇航服的假人。这件事在传播上极其成功，多德却把它算作一个实打实的工程里程碑：Falcon Heavy 首飞一次成功，意味着三枚助推器并联的方案是可行的。

那辆车现在还在。有一个网站叫 whereisroadster.com，实时追踪它的位置。它绕太阳运行，轨道是个大椭圆，一端在地球轨道附近，另一端越过火星轨道。

Lex 在访谈里问了一个带点浪漫色彩的问题：未来有没有可能派个任务追上它，往里面再放点东西。

多德的回答很干脆：技术上完全可以做到。难的是它的轨道偏心率大，交会窗口和速度匹配会很麻烦，原理上没有障碍。

十年、二十年、一百年的尺度

访谈后段，Lex 提了一个观察：马斯克特别擅长在 10 年、20 年、50 年、100 年的尺度上做工程和商业决策。他会先问“如果拉到二十年后看，这件事显而易见的做法是什么”，然后再倒推今天该造什么。

这个尺度的思考方式，解释了很多当时看起来不合理的决定：在火箭上装着陆腿、自建卫星互联网、把直径从 3.7 米直接跳到 9 米。

多德很诚实地承认，他自己做不到这种外推。他没法预测星舰第一次轨道级发射的确切时间，虽然那在当时看起来只有一两个月的距离；他也没法预测什么时候能上火星，那个经济模型长什么样，发射规模要做到多大。

五年前我不会预测到今天这个局面。真的太难预测了。（蒂姆·多德）

这句话放在一个整天讲火箭的人嘴里，反而显得可信。对近处的事情给出精确判断，对远处的事情承认无知，这两件事并不冲突。SpaceX 内部大概也是这样运作的：战略层面拉到几十年，日常执行只盯着接下来几个月，因为发射窗口、监管审批、供应链，全都在那个时间尺度上。

访谈里还有一个没被展开但很有意思的问题，是 Lex 抛出来的：未来某一天，人类进入轨道的发射次数会不会超过地球表面飞机的起降次数。多德的回答是“我很难外推那么远”。

这个问题本身值得留着。它把航天常态化这个模糊的说法，换算成了一个可以比较的数量级。

给想认真理解航天的人，几条具体建议

• 看发射时别只盯着火球。找带遥测数据（速度、高度、节流百分比）的直播画面，对照着看 entry burn 什么时候点火、着陆点火时推力收到多少。看懂一次，后面几十次都能看懂。
• 读火箭参数先看三个数：直径、长度、起飞质量。直径告诉你它能怎么运输，长度告诉你它受什么结构限制，起飞质量告诉你它需要多少台发动机。
• 遇到星舰的新闻，先分辨说的是上面级、助推器还是整套系统。名称混乱是这轮航天热潮里最常见的误解来源。
• 想理解可复用为什么难，去搜 suicide burn 或 hoverslam 这两个词。理解了推力重量比无法小于 1 这个约束，就理解了整个着陆控制问题的核心。
• 关注 Everyday Astronaut 的发动机深度讲解系列，多德会带着镜头走进工厂，把阀门、涡轮泵、燃烧室一个个拆开讲，文字和动画替代不了那种尺度感。
• 对时间表保持怀疑，对方向保持耐心。这个领域的公开预测普遍偏乐观，但十年尺度的趋势判断往往是对的，两件事要分开对待。