# 蒂姆·多德：SpaceX、星舰、火箭发动机与太空旅行的未来 > 与蒂姆·多德聊星舰的研发现状、火箭发动机技术与可重复使用路线，展望太空旅行的未来。 - 原标题：#356 – Tim Dodd: SpaceX, Starship, Rocket Engines, and Future of Space Travel - 期数：第 356 期 - 发布日期：2023-02-02 - 嘉宾 / 主题：蒂姆·多德与星舰 - 网页版：https://lexfridman-cn.pages.dev/ep/tim-dodd/ - 官方页面：https://lexfridman.com/tim-dodd/ - 精读字数：约 6354 字（阅读约 14 分钟） > 本文为 lex.qiaomu.ai 基于原始访谈的 AI 改写中文精读，非官方翻译；引用请注明出处并链接网页版。 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。