在現(xiàn)在火箭技術(shù)發(fā)展迅速的時代，SpaceX的星艦是否可以單級入軌？以目前的技術(shù)水平，單級入軌飛行器（SSTO）有多么荒謬。要么我們需要效率大幅提升（比沖更高）的發(fā)動機(jī)，要么我們就得設(shè)計一個極其夸張的有效載荷燃料比。

如果可以，也許會在以后的火星上！

/*擺脫引力

因地球引力太強(qiáng)，根本無法制造出實用的化學(xué)燃料單級入軌火箭（SSTO）。

根據(jù)計算，SSTO火箭的燃料占比必須達(dá)到95%到97%。我們無法制造出足夠大的火箭來容納所有這些燃料和發(fā)動機(jī)，同時還要保持如此輕的重量，更不用說還需要攜帶大量有效載荷。

以目前的技術(shù)水平，單級入軌飛行器（SSTO）有多么荒謬。要么我們需要效率大幅提升（比沖更高）的發(fā)動機(jī)，要么我們就得設(shè)計一個極其夸張的有效載荷燃料比，而這個比例目前來看根本不切實際。

我們知道星艦由兩級組成。

助推器將星艦上級送出大氣層，速度達(dá)到約2.7公里/秒。

之后，上級脫離大氣層，返回發(fā)射塔，再次被回收并安裝到發(fā)射架上，以便再次發(fā)射。

上級繼續(xù)進(jìn)入軌道，攜帶最多150噸的有效載荷。在完成一次或多次軌道飛行后，上級再次脫離大氣層，返回發(fā)射臺，再次被回收并組裝。

它在軌道上通過加油機(jī)進(jìn)行燃料補(bǔ)給。然后它飛往火星，在那里利用水冰和二氧化碳大氣生成液氧和液態(tài)甲烷，再次進(jìn)行燃料補(bǔ)給。

它以單級飛行的方式從火星返回地球，所以它在火星上確實是單級入軌飛行器（SSTO）?；蛘咭苍S應(yīng)該說是單級返回地球飛行器（SSTE）。

/*星艦架構(gòu)

SpaceX 的星艦系統(tǒng)在其基本配置下是兩級入軌飛行器（超重型運(yùn)載火箭+星艦第二級）。

整個系統(tǒng)設(shè)計為可重復(fù)使用的兩級堆疊式結(jié)構(gòu)；只有在少數(shù)特殊情況下，第二級才能在沒有單獨(dú)運(yùn)載火箭的情況下入軌，但這并非其預(yù)期的單級入軌 (SSTO) 設(shè)計。

• 架構(gòu)：星艦指的是上面級（“星艦”），超重型火箭是第一級助推器。兩者都采用液態(tài)甲烷/液氧猛禽發(fā)動機(jī)，并設(shè)計為可重復(fù)使用。正常的發(fā)射流程是，超重型火箭將星艦從稠密的大氣層中提升出來，并提供大部分進(jìn)入軌道所需的Δv；之后，星艦執(zhí)行軌道插入和在軌機(jī)動。

• 為什么實際應(yīng)用中不采用 SSTO：
• 質(zhì)量分?jǐn)?shù)限制：實現(xiàn)單級入軌需要極高的推進(jìn)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)和極低的干重。即使采用不銹鋼結(jié)構(gòu)和猛禽發(fā)動機(jī)，燃料箱、發(fā)動機(jī)、隔熱罩、著陸裝置和有效載荷的總惰性質(zhì)量也意味著飛船本身缺乏足夠的推進(jìn)劑容量和質(zhì)量比，無法從海平面攜帶有效載荷達(dá)到軌道速度。
• 重力和空氣動力損失：單級火箭必須克服重力和阻力，而不能借助分級裝置，這增加了所需的推進(jìn)劑。
• 有效載荷權(quán)衡：移除助推器可以讓空飛船在某些測試條件下或攜帶最少有效載荷進(jìn)入軌道，但與分級系統(tǒng)相比，實際有效載荷能力將微乎其微。
• 實際例外情況和測試用例：
• 動力星艦單獨(dú)進(jìn)行“亞軌道跳躍”和高空飛行（用于測試或演示）是可行的，并且已經(jīng)在原型機(jī)上進(jìn)行了驗證，但這些都不是軌道插入。
• 原則上，一艘非常輕巧的改裝飛船可以從高空飛艇或空天飛機(jī)上投放，以較小的質(zhì)量損失接近軌道速度，但這會改變復(fù)雜性，而且不是從地面發(fā)射的單級入軌飛船。
• 兩階段操作推理：
• 級聯(lián)可以提高整體速度增量和有效載荷比例，因為助推器在空載時會被丟棄，從而降低必須加速到軌道速度的質(zhì)量。
• 可重復(fù)使用的兩級設(shè)計將發(fā)動機(jī)和熱力需求分散到各級，并針對每級的飛行狀態(tài)（濃密大氣與真空）進(jìn)行優(yōu)化。

結(jié)論：SpaceX的星艦系統(tǒng)有意采用兩級入軌架構(gòu)。單憑星艦本身，無法從地面發(fā)射并攜帶有效載荷進(jìn)行實用的單級入軌（SSTO）發(fā)射；分級發(fā)射仍然是高效入軌和攜帶重要有效載荷的必要步驟。