4月17日晚8時（北京時間），號稱人類歷史上體積最大、推力最強的運載火箭「星艦」即將首秀。

據悉，「星艦」是新一代超重型火箭，由美國太空探索技術公司（SpaceX公司）研製。

「星艦」總高度約120米（40層樓高），其中底部的「超重型推進器」高70米，配備33台「猛禽」發動機；頂部高50米，由可重複利用的飛船船艙組成。

星艦的一級推力達到了5400噸，超過了「土星5號」的3408噸，也超過了蘇聯N-1的4630噸推力。

「土星5號」是美國上世紀60年代的產物，擔任了美國「阿波羅計劃」的重任，但是美國登月至今都飽受爭議，甚至認為這是在「攝影棚中拍攝的」。

蘇聯的N-1運載火箭也是為登月打造的，但是連續四次試射都失敗了，於是蘇聯在1076年取消了登月計劃。

如今，體積更大、推力更強的「星艦」誕生了，如果發射成功，將會成為美國火星計劃的一個重要轉折點，也為美國重返月球提供強大的支持。

當然，星艦能否發射成功，誰也說不清楚。就連馬斯克本人也表示：「星艦首次發射成本高達30億美元，成功概率就像拋硬幣（50%）。」

想知道未來能夠把人類送入火星「星艦」有多牛，就要先來了解一下把人類送入月球的「土星五號」。

土星五號

1969年7月16日，「土星5號」火箭載著「阿波羅11號」飛船在美國甘迺迪航天中心升空，最終將美國太空人阿姆斯特朗、奧爾德林和柯林斯送入月球，實現了人類千百年來的登月夢想。

阿姆斯特朗的左腳踏上了月球，並說：這是一個人的一小步，卻是人類的一大步。

美國登月計劃的成功既標誌著美國贏得了太空競賽，也徹底擊碎了蘇聯的登月夢，加速了蘇聯的解體。

阿波羅計劃對關鍵科學和交叉科技轉化為經濟實力起到了重要的促進作用。

阿波羅計劃成功前，美國的研發投入產出比為1:7，成功後變為1:14，即便在結束後的20年內仍然高達1:9。

美國經濟增長率提高了2%，物價指數下降2%，增加了80萬個崗位。10年內美國的國民收入翻了一倍。

通過阿波羅計劃，美國建立和完善了龐大的航天工業和技術體系，從而帶動了信息技術、光學、計算機、AI、自動化、生物醫藥、航天軍工的快速發展。

這些功勞都離不開阿波羅計劃中的一項關鍵技術——「土星5號」大推力火箭。

土星5號是三級火箭，由S-1C第一級、S-2第二級、S-4B第三級、儀器艙和有效載荷組成。第一級採用5台F-1發動機，推進劑為液氧和煤油，2個10米直徑的鋁製推進劑貯箱用桁條和隔框加強。第二級長25米，直徑10米，採用液氧液氫推進劑 ，共用5台J-2發動機。第三級長18.8米，直徑6.6米，1台J-2發動機，推進劑為液氧液氫。

土星5號運載火箭高度達到了110.6米，最大直徑10.1米，重3039噸，推力達到了驚人的3408噸。近地軌道運力140噸，地月轉移軌道極限運力48.6噸。

土星5號火箭發動機的燃料是液態氫和精煉煤油，氧化劑是液態氧。這款火箭一共發射了九次，而且每次都成功了，稱得上是人類航天史上最強的火箭。

中國現役最強火箭是長征5號，重867噸，直徑5米，高57米，近地軌道運力25噸，地月轉移軌道運力8噸，各項指標都遠遜於土星5號，但時間上晚了近50年。

土星5號火箭研發工作很快，讓人一度懷疑其真實性。

1961年，土星5號還沒有立項，但下半年就定好了承包商，居然在短短4年時間內完成了。快的令人咋舌。

土星5號的核心技術依然是發動機，發動機製造商為洛克達因。

1955年，洛克達因開始研製，將其命名為F-1，1957年，完成了相關技術細節的研究，並做出了一些測試部件，其中包括一台的推力室。

1959年3月，F-1發動機正式點火測試，並成功達到了445噸的推力要求，但時間只有200毫秒。

1961年4月，短程試車成功，推力的峰值達到了729.5噸，此時距離土星1號首飛還有半年時間。

正當工程師們開香檳慶祝時，發動機噴注器突然出現了問題。

面對3700個煤油噴嘴，2600個氧化劑噴嘴，32個輻射狀管路時，項目負責人說，這個問題無解。

最後NASA追加了2000萬美元的經費，幾個月後號稱無解的難題攻破了。

普林斯頓大學的幾位學者，拿到了部分「科研經費」，然後經過一頓分析計算，給出了答案：「把噴嘴的直徑適當擴大一點」。

就這樣一級發動機完成了。隨後二級發動機J-2、其他零部件也宣告完成。

有了火箭發動機，剩下的事情就容易多了，登月計劃如期實現。

放到今天的「星艦」也是一樣，只要「猛禽」發動機沒問題，星艦就能試飛成功。

「猛禽」發動機參考了蘇聯的設計

馬斯克一直有一個宏偉的計劃，那就是登陸火星，這就需要一款超強的重型火箭，而火箭的發動機必須推力極強，原有的梅林發動機明顯力不從心。

於是猛禽提上了研發日程，它需要單台推力達到200噸級別以上，因為未來要運輸上萬噸物資去火星，80噸的發動機是無法實現的。

據悉，猛禽發動機採用低溫液態甲烷與液氧作為推進劑，這種發動機具有很高的性能，能為星艦火箭提供巨大的推力。同時也便於在火星上直接生產。

猛禽發動機的海平面推力可達230噸，並且參考了蘇聯新技術「全流量分級燃燒」。

儘管蘇聯在太空競賽中輸給了美國，但是這並不代表著蘇聯在技術上就一定比美國差。

事實上，蘇聯的工程師極具創新和創造精神，只是缺少像NASA那樣有遠見、有技巧、有能力的統籌機構。

當時的格魯什科領導的負責為N-1提供有毒燃料發動機RD-270，這種發動機要求有更高的推力、更強的爆發力，因此其採用了一種新型技術——「全流量分級燃燒」。

當時的RD-270出現了一個難以協調的問題，富氧和富燃燃氣同時進入主燃燒室二次燃燒，產生了高頻振動。

1967年10月—1969年7月，RD-270進行了27次試驗，但都沒有達到預期效果。每次試驗後，還要清理殘留的試車劇毒燃料，導致研發進度非常緩慢。

1969年7月，美國登月計劃成功，蘇聯在競爭中落後，於是下令停止RD-270發動機的研發，「全流量分級燃燒」的技術最終夭折。

蘇聯的N-1火箭最終無緣「全流量分級燃燒」的技術，無奈選擇了30台發動機並聯的技術，導致連續3次試射失敗，最終退出了登月計劃。

「全流量分級燃燒」也銷聲匿跡，直到馬斯克的猛禽發動機，這項技術才重現江湖。

全流量分級燃燒

全流量分級燃燒被稱為火箭技術的「聖杯」，它可以從燃料中獲取更多的能量，發揮更大更強的效率。

數十年來，航天大國都在研究這項技術，但是到目前為止，仍然沒有哪個國家宣稱掌握了這項技術。

因為這項技術一旦掌握，火箭的高度、體積、載重將直接提升一個數量級，昔日的「矮窮挫」徹底變成「高富帥」。一起來看看這項先進的技術吧！

全流量分級燃燒是分級燃燒的升級版，其擁有兩套獨立的渦輪機和預燃室系統，分別用於氧化劑和燃料的與燃燒，從而產生推力為各自的渦輪泵供壓，基本流程如下：

1、富燃預燃室驅動燃料泵

將剩餘大部分的燃料和小部分氧化劑送入富燃預燃室燃燒，產生富燃燃氣，驅動燃料渦輪泵，從而使燃料到達主燃燒室。

2、富氧燃燒室驅動氧化劑泵

將剩餘大部分的氧化劑和小部分燃料送入富氧預燃室燃燒，產生富氧燃氣，驅動氧化劑渦輪泵，從而使氧化劑到達主燃燒室。

3、全面會師

兩個渦輪泵出的燃料和氧化劑在主燃燒室進行二次燃燒，產生巨大的壓力，再由噴嘴噴射出。

全流量分級燃燒在設計和測試上非常困難，但是有效的解決了開放式循環引擎的浪費，同時不用擔心渦輪機和泵密封不好污染燃料。

全流量分級燃燒提高了渦輪的工作量，擁有更強的泵功率。不但降低了泵的溫度，提升了泵的性能，同時實現了更高效的氣氣燃燒，產生更大的推力。

這項技術也應用在即將首秀的「星艦」超重型火箭中，能夠帶來哪些驚艷，我們拭目以待！

寫到最後

目前，星艦的組合體已在發射架上準備就緒，在幾小時後將迎來它的首秀。如果首秀成功，將極大增強美國的太空實力，也會給我國的航空航天帶來很大的壓力。

中國的登月火箭長征9號，如今還在緊鑼密布的研發，按照計劃將於2028年左右發射。能否逆襲星艦，我們拭目以待！

我是科技銘程，歡迎共同討論！