# 蒂姆·多德：SpaceX、星艦、火箭發動機與太空旅行的未來 > 與蒂姆·多德聊星艦的研發現狀、火箭發動機技術與可重複使用路線，展望太空旅行的未來。 - 原標題：#356 – Tim Dodd: SpaceX, Starship, Rocket Engines, and Future of Space Travel - 期數：第 356 期 - 釋出日期：2023-02-02 - 嘉賓 / 主題：蒂姆·多德與星艦 - 網頁版：https://lex.qiaomu.ai/tw/ep/tim-dodd/ - 官方頁面：https://lexfridman.com/tim-dodd/ - 精讀字數：約 6354 字（閱讀約 14 分鐘） > 本文為 lex.qiaomu.ai 基於原始訪談的 AI 改寫中文精讀，非官方翻譯；引用請註明出處並連結網頁版。 2014 年 4 月，一枚 Falcon 9 火箭從卡納維拉爾角升空。和以往不同的是，這枚火箭一級的側面多了四條摺疊著的著陸腿。當時網上的反應基本是嘲笑：一個億萬富翁浪費時間想讓火箭落回來，這不可能成功。 八年多之後，同一家公司連續將近一百次把助推器穩穩落回地面。整個 2022 年，SpaceX 送進軌道的質量超過中國一個國家，而中國那一年的發射次數還比它多兩次。 蒂姆·多德（Tim Dodd）第一次去現場看發射，看的正是那枚帶著著陸腿的 CRS-3。他當時只是個攝影愛好者，架了臺遠端觸發的相機，因為連續幾次推遲發射，人先回家了，最後是相機替他看到了那一次升空。九年之後，他成了 YouTube 頻道 Everyday Astronaut 的主理人，坐在 Lex Fridman 的麥克風前，把 SpaceX 從 Falcon 1 到星艦的整條技術路線講了一遍。 這期訪談資訊密度很高，多德講東西有個特點：他不滿足於告訴你發生了什麼，他一定要把為什麼只能這麼做講透。下面按技術脈絡重新組織。 ## 去俄羅斯買火箭沒談成，才有了 SpaceX Falcon 1 是一切的起點。馬斯克最初的計劃簡單粗暴：去俄羅斯買一枚火箭，把東西送上火星。談崩了，回來之後他決定自己造。 多德說，他至今不太理解馬斯克是怎麼在那麼短的時間裡湊出那支團隊的，但那批人確實把東西做出來了。Falcon 1 是一枚很小的火箭，一級一臺 Merlin 發動機，二級一臺叫 Kestrel 的發動機。用今天的眼光看幾乎是模型級別，可它驗證了一件事：一傢俬營公司可以從零開始把載荷送進軌道。 真正讓 SpaceX 活下來的，是 NASA 的一份合同。當時有一個叫 COTS 的專案，全稱 Commercial Orbital Transportation Services，商業軌道運輸服務，後來演變成商業補給合同（Commercial Resupply Services）。NASA 出錢，私營公司出方案，把貨物送到國際空間站。 SpaceX 為此同時開發了兩樣東西：Dragon 飛船和 Falcon 9 火箭。這兩者的關係，多德用了一個很樸素的比喻。**Falcon 9 是半掛卡車，Dragon 是貨廂裡那個被送到目的地的箱子。**目的地就是國際空間站。 Dragon 一代執行了大約二十次貨運任務，只出過一次事故。之後升級成 Dragon 2，分成載人版 Crew Dragon 和貨運版兩個型號。載人版的首次任務 DM-2 把 Bob Behnken 和 Doug Hurley 送上了空間站，那是 SpaceX 第一次送人入軌。 多德特意強調了一點：入軌和摸到卡門線是兩件事。前者需要的速度增量是後者的幾十倍，難度不在一個量級上，更別說還要跟空間站交會對接。 ## 3.7 米直徑、45 米長度，這已經是公路運輸的物理上限 多德回憶他 2014 年第一次到肯尼迪航天中心看發射，出發前其實是失望的。他以為要看的是那種 NASA 級別的大火箭，結果被告知“這個火箭不大，可能沒那麼震撼”。 走到發射臺邊上，他的第一反應是：這東西太大了。 Falcon 9 高 70 米，助推器本身長 45 米，直徑 3.7 米。這個尺寸背後有一條硬約束：**它基本就是美國公路、橋樑、隧道允許透過的上限。**再寬一點，高速公路要封路；再長一點，轉彎過不去。Falcon 9 的助推器差不多就是能橫穿整個國家運輸的最大物體。 這也解釋了為什麼後來的星艦必須建在得克薩斯州博卡奇卡的海邊。星艦直徑 9 米，從工廠到發射臺的距離以米計算，因為它根本運不出去。造多大這件事，最後是被物流決定的。 多德說，很多人看照片會覺得 Falcon 9 又細又長，像個牙籤，忽略了它其實是人類工業裡非常大的一塊機械。**把這麼大一坨東西完整地推離地面，這件事本身就足夠讓人謙卑。** ## 發動機佈局從九宮格改成八角網，省下的是製造時間 最早的 Falcon 9 一級，九臺 Merlin 發動機排成一個 3×3 的方陣。這個佈局只用了兩到四次飛行就被換掉了。 新佈局叫 Octaweb，中間一臺，外面八臺圍成一圈。火箭直徑沒變，還是 3.7 米，但推力結構完全重做。 換的理由非常具體。方陣佈局裡，四個角上的發動機和四條邊中點的發動機在結構上不是一回事，安裝位置不同，受力不同，零件也不同。改成環形之後，外圍八臺發動機的安裝結構是同一個零件，轉個角度就能裝到任何一個位置上。 **Octaweb 帶來的收益主要來自同一個零件能重複用、能快速換，零件本身的先程序度並沒有變化。**這是 SpaceX 反覆出現的思路：先解決裝配線上的時間成本，再談單項效能。 之後 Falcon 9 開啟了長達多年的拉長過程。每次迭代都變高一點、推力大一點，最後定型在 Block 5 上。 ## Starlink 衛星長得奇怪，因為它是照著火箭內壁設計的 SpaceX 現在最大的客戶是自己。Starlink 是它發射質量暴漲的直接原因。 多德講了一個很有洞察力的細節：Starlink 衛星摺疊起來大概有一張桌子那麼大，扁平的，形狀在衛星裡算是異類。**它之所以長成這樣，是因為 SpaceX 在設計衛星的時候，手裡同時握著火箭整流罩的尺寸、質量上限、體積上限。** 一家獨立的衛星公司，通常是先按功能需求把衛星設計出來，再去找能裝得下的火箭。SpaceX 反著來：先看整流罩裡能塞什麼形狀，再讓衛星長成那個形狀。 這種垂直整合帶來的自由度，別人很難複製。結果就是 Falcon 9 一年幾十次發射，絕大部分裝的都是自家衛星，把入軌質量推到了人類歷史上從未有過的量級。 ## 再入點火：用三臺發動機給自己造一個氣動盾牌 讓助推器活著穿過大氣層，是回收路上第一個真正的難關。 早期 SpaceX 試過用降落傘回收 Falcon 1 和最早的兩枚 Falcon 9 一級，沒成。多德提到 Rocket Lab 現在還在做類似的事，用降落傘減速，再用直升機在空中把傘繩勾住。這個方案他們成功過一次，但那枚火箭小得多，一級空殼只有一噸左右，而且用的是碳纖維貯箱，結構輕、質量比好，能扛住再入。 Falcon 9 當時的引數做不到這一點。於是 SpaceX 換了個思路：在進入稠密大氣之前主動減速。 這個動作早期叫 reentry burn，再入點火，後來內部改稱 entry burn，進入點火。多德堅持認為前者更準確，因為它確實發生在再入階段。做法是重新點燃九臺 Merlin 中的三臺。 **這三臺發動機起兩個作用。一是把速度砍掉將近一半，二是尾焰本身在飛行器前方推開空氣，形成一道類似力場的屏障。**大氣層的殺傷力來自壓縮：任何物體高速穿過時，前方的空氣被急劇壓縮、升溫，熱到變成等離子體，足以把材料燒穿。速度降下來，溫度就降下來，飛行器才有機會活著穿過這一層。 多德說，SpaceX 大概是在這個階段意識到：既然為了減速已經要點火了，不如把同一臺發動機留著用來著陸。於是就有了著陸腿，有了垂直降落。 2015 年 12 月 21 日，第一次成功。 ## 自殺式燃燒：推力永遠大於重力，所以它不能懸停 訪談裡技術含量最高的一段，是多德解釋 Falcon 9 為什麼著陸這麼難。 九臺發動機，著陸時只留一臺。這臺發動機的推力可以節流，最低能到額定推力的 40% 左右。**即便油門收到最低，它的推力仍然大於空殼助推器的重量。**也就是說，這枚火箭在著陸段根本沒法懸停，推力重量比永遠大於 1。 行業裡管這個叫 suicide burn，自殺式燃燒，也叫 hoverslam。 > 如果發動機點火早了一點，火箭會停在地面上方，然後它沒法再降下去。它唯一的選擇是關掉發動機，然後從兩百英尺高的地方掉下來。（蒂姆·多德） 所以實際操作是這樣：發動機的可用區間是 40% 到 100%，控制演算法不會從 40% 開始，而從中間某個位置切入，比如 70%。如果落得比預期快，往上推還有空間；如果落得比預期慢，往下收也還有餘量。 這套控制邏輯聽起來不復雜，難的是它必須在一次性的機會里，在劇烈的氣動干擾和燃燒不穩定中，在結構應力和貯箱晃動的耦合下把誤差收斂到米級。 多德承認自己完全不懂飛控程式碼，只懂硬體。不過他給出一個有意思的細節：馬斯克當年定下的規矩是用最通用的程式語言寫，這樣不需要招“會說某種古老語言的人”，從街上拉一個合格工程師就能上手。所以他推測飛控是 C 或 C++，而不是 JavaScript。可靠系統在實時性上的要求，基本把指令碼語言排除在外了。 這套演算法的代價也很清楚：每一次著陸消耗的推進劑，都是沒有用來送貨的推進劑。著陸本身不產生收入，它是一項長期投資，收益要在未來幾百次發射裡才兌現。目前 SpaceX 累計完成了一百五六十次著陸，其中接近一百次連續成功。 ## CRS-7：一個氦氣瓶引發的失控爆炸 2015 年 6 月，CRS-7 任務在上升段解體。這是 Falcon 9 第一次真正的失敗，大約第 18 次飛行。 原因是二級貯箱內部一個裝氦氣的小瓶子在上升段脫落，導致二級超壓，直接炸開。整枚火箭隨後失控解體。多德當時在週六或週日的早上看直播，看到爆炸的那一刻，腦子裡只剩一個念頭：這下完了。 復飛的那一次，SpaceX 順手把火箭落在了地面上。 把這兩件事放在一起看，才能理解這家公司的節奏。從 2014 年到 2015 年那段時間，CRS-4 差一點，CRS-5 差一點，CRS-6 差一點，CRS-7 炸了，然後 CRS-8 落成了。中間沒有停下來做冗長的歸零評審，整條迭代線繼續往前推。**失敗在這些年裡更像是一種迭代成本，而不是流程中斷的理由。** 這種節奏的代價也很明顯：早期發射頻率低，一年只有五次左右，每次發射都是大事件，多德會半夜三點起床看直播。現在平均一週兩次，他自己都不再每場都看了。 ## Block 5：一支十來枚助推器組成的艦隊 Falcon 9 現在的型號叫 Block 5，儘管它已經是 Falcon 系列第八九次大改。外觀特徵是黑色的著陸腿和黑色的級間段。 SpaceX 維持著大約十枚助推器組成的艦隊，讓它們輪流出勤。當時單枚助推器的複用紀錄是 15 次。整流罩也開始回收，兩級之間那個大鼻子不再是一次性消耗品。 整個系統裡唯一被扔掉的，只剩下二級。 多德在這裡給出了一個判斷：**Falcon 9 的平臺已經走到頭了，繼續最佳化二級的可複用性在經濟上不划算。**二級要能扛住軌道速度再入，需要的結構餘量會讓整枚火箭的運力損失太多。與其在 3.7 米的直徑裡摳，不如把直徑直接放大。 這就是星艦的起點。 ## 一個系統，三個名字，還容易叫錯 星艦的命名史本身就很混亂，值得理一遍。 2016 年公開的時候叫 ITS，Interplanetary Transport System，星際運輸系統。2017 年底改叫 BFR，Big Falcon Rocket。2018 年底才定名 Starship。 更麻煩的是，Starship 這個詞有狹義和廣義兩個用法。狹義上它只是上面級，也就是那艘飛船；底下那個巨大的助推器叫 Super Heavy。廣義上，整套系統都叫 Starship。 所以看到“星艦首飛”這種表述，需要先判斷說的是哪一部分。多德在訪談裡也吐槽了這一點。 ## 從三級跳到一個三米的高度開始 星艦的測試里程碑，最早的一個來自一個外形非常簡陋的金屬圓筒，代號 Starhopper。 2019 年，它第一次用 Raptor 發動機產生推力把自己抬離地面，先是被繫繩拴著飛了幾米，然後 15 米，最後 150 米。**這是 Raptor 發動機第一次真正把東西送上天，也是星艦不鏽鋼貯箱方案第一次得到飛行驗證。** 之後是 SN5 和 SN6，同樣做 150 米的跳躍，但系統更完整，貯箱工藝、管路、閥門、控制都往前走了一步。 真正的重頭戲在 2020 年底到 2021 年初：SN8、SN9、SN10、SN11，還有最後的 SN15。這幾枚都飛到十幾公里的高度，做 belly flop 這個動作，腹部朝下平躺著下落，靠氣動面控制姿態，最後在接近地面時把姿態翻正、點火著陸。 SN8 到 SN11 全部在著陸階段炸掉。SN15 成了。 多德解釋說，SN 就是 Serial Number，序列號。數字會跳號，因為有些測試被取消，有些貯箱造到一半發現設計改了，直接報廢。**在博卡奇卡，一隻腳經常踩在另一隻腳前面，有時候手不知道腿在幹什麼。**今天還在催著造四十個貯箱段，明天發現某個頭部貯箱的方案已經淘汰，那批零件就真的拉去廢料場。 這種迭代方式的浪費是顯性的，學習速度也是顯性的。 ## 看起來最壯觀的爆炸，其實當量不大 星艦的爆炸影片傳播很廣，火球鋪滿整個畫面。多德給出了一組具體數字：這些飛行器雖然是人類造過的最大飛行物之一，但到目前為止，加註的推進劑從來沒有超過貯箱容量的 10% 到 20%。 **視覺上的壯觀和能量上的規模是兩件事。**真要按 TNT 當量算，這些爆炸在航天史上屬於小號。等星艦滿載推進劑做軌道級測試的時候，才會有真正意義上的大場面。 這個提醒很有價值。社交媒體的傳播邏輯天然偏愛畫面衝擊力，工程判斷依賴的卻是裝藥量、結構、失敗模式。兩者經常對不上。 ## 那輛在太陽系裡飄著的 Roadster 2018 年 2 月，Falcon Heavy 首飛，載荷是一輛特斯拉 Roadster，駕駛座上坐著一個穿宇航服的假人。這件事在傳播上極其成功，多德卻把它算作一個實打實的工程里程碑：Falcon Heavy 首飛一次成功，意味著三枚助推器並聯的方案是可行的。 那輛車現在還在。有一個網站叫 whereisroadster.com，實時追蹤它的位置。它繞太陽執行，軌道是個大橢圓，一端在地球軌道附近，另一端越過火星軌道。 Lex 在訪談裡問了一個帶點浪漫色彩的問題：未來有沒有可能派個任務追上它，往裡面再放點東西。 多德的回答很乾脆：技術上完全可以做到。難的是它的軌道偏心率大，交會視窗和速度匹配會很麻煩，原理上沒有障礙。 ## 十年、二十年、一百年的尺度 訪談後段，Lex 提了一個觀察：馬斯克特別擅長在 10 年、20 年、50 年、100 年的尺度上做工程和商業決策。他會先問“如果拉到二十年後看，這件事顯而易見的做法是什麼”，然後再倒推今天該造什麼。 這個尺度的思考方式，解釋了很多當時看起來不合理的決定：在火箭上裝著陸腿、自建衛星網際網路、把直徑從 3.7 米直接跳到 9 米。 多德很誠實地承認，他自己做不到這種外推。他沒法預測星艦第一次軌道級發射的確切時間，雖然那在當時看起來只有一兩個月的距離；他也沒法預測什麼時候能上火星，那個經濟模型長什麼樣，發射規模要做到多大。 > 五年前我不會預測到今天這個局面。真的太難預測了。（蒂姆·多德） 這句話放在一個整天講火箭的人嘴裡，反而顯得可信。**對近處的事情給出精確判斷，對遠處的事情承認無知，這兩件事並不衝突。**SpaceX 內部大概也是這樣運作的：戰略層面拉到幾十年，日常執行只盯著接下來幾個月，因為發射視窗、監管審批、供應鏈，全都在那個時間尺度上。 訪談裡還有一個沒被展開但很有意思的問題，是 Lex 丟擲來的：未來某一天，人類進入軌道的發射次數會不會超過地球表面飛機的起降次數。多德的回答是“我很難外推那麼遠”。 這個問題本身值得留著。它把航天常態化這個模糊的說法，換算成了一個可以比較的數量級。 ## 給想認真理解航天的人，幾條具體建議 - 看發射時別隻盯著火球。找帶遙測資料（速度、高度、節流百分比）的直播畫面，對照著看 entry burn 什麼時候點火、著陸點火時推力收到多少。看懂一次，後面幾十次都能看懂。 - 讀火箭引數先看三個數：直徑、長度、起飛質量。直徑告訴你它能怎麼運輸，長度告訴你它受什麼結構限制，起飛質量告訴你它需要多少臺發動機。 - 遇到星艦的新聞，先分辨說的是上面級、助推器還是整套系統。名稱混亂是這輪航天熱潮裡最常見的誤解來源。 - 想理解可複用為什麼難，去搜 suicide burn 或 hoverslam 這兩個詞。理解了推力重量比無法小於 1 這個約束，就理解了整個著陸控制問題的核心。 - 關注 Everyday Astronaut 的發動機深度講解系列，多德會帶著鏡頭走進工廠，把閥門、渦輪泵、燃燒室一個個拆開講，文字和動畫替代不了那種尺度感。 - 對時間表保持懷疑，對方向保持耐心。這個領域的公開預測普遍偏樂觀，但十年尺度的趨勢判斷往往是對的，兩件事要分開對待。