星艦第五次軌道級飛行試驗分析
1.概述
北京時間2024年10月13日晚，SpaceX（太空探索技術公司）進行了激動人心的星艦第五次飛行試驗（IFT-5），IFT-5成功對超重助推器進行了回收，結果振奮人心。
星際榮耀公司相關專業人員對飛行試驗準備工作、飛行試驗實際情況以及飛行試驗中出現的特殊情況進行歸納整理、分析與總結，詳見下文。
2.飛行回顧
星艦於北京時間2023年4月20日首飛，由於起飛過程中超重助推器有部分發動機無法正常工作，火箭自毀。在同年11月進行的第二次飛行試驗中，儘管星艦成功實現了熱分離，最終還是以自毀結束。隨後在2024年3月的第三次飛行試驗中，星艦飛船首次達到預定軌道，並對載荷艙艙門以及推進劑轉移項目進行了測試，飛行試驗取得部分成功。
星艦第四次飛行測試於北京時間2024年6月6日晚進行，超重助推器和星艦飛船都成功完成了軟濺落，但再入過程中星艦飛船S29的其中一個前襟翼嚴重損壞。
下表爲星艦歷次飛行試驗小結。
表1 星艦歷次飛行試驗小結
事後，6月12日，美國聯邦航空局（FAA）得出結論，他們不需要對第四次飛行測試進行事故調查：“美國聯邦航空局評估了SpaceX星艦第四次飛行任務的運行情況。星艦飛船和超重助推器的所有飛行事件似乎都發生在計劃和授權的活動範圍內。”
本次試驗達成了多項成就：
儘管一臺猛禽發動機未能成功點火，超重助推器仍成功完成海上濺落；
星艦飛船首次成功通過了大氣層再入，儘管再入過程中一個前翼因高溫受損，飛船仍可控制，並順利完成了“翻轉和點火”機動。這一成就展示了SpaceX在熱防護系統和姿態控制方面的進步。
2024年9月22日，馬斯克分享了一張從海中打撈出的超重助推器B11的含有部分發動機的照片，用來評估發動機的狀態。
圖1 打撈出的B11殘骸
2024年10月10日，Jeff Foust（著名網站SpaceNews編輯）在個人社交媒體上提到：“今天，SpaceX公司的比爾·格斯頓邁爾（Bill Gerstenmaier）在一場委員會會議上發表了一些評論。他表示，之前的超重型火箭以半釐米的精度”落入海洋，這爲即將到來的接力嘗試帶來了信心。”
圖2 評論（左）以及精度可視化（右圖標點處）
3.第五次飛行情況
本章節主要介紹2024年10月13日第五次飛行試驗的基本情況，包括飛行產品狀態、理論飛行流程以及飛行試驗的目的與亮點。
3.1 飛行產品狀態
本次飛行使用的一二級組合爲超重助推器B12以及星艦飛船S30。
針對第四次飛行試驗出現的問題，SpaceX星艦團隊對本次飛行試驗中的飛行產品進行了一系列優化改進。
3.1.1 超重助推器改進
3.1.1.1 通信與天線
SpaceX對超重助推器上用於保護氣瓶的長排罩上的Starlink終端進行了重新設計，採用了方形的新方案，原方案爲圓形。改進的目的猜測爲與超重助推器上的其他終端接口進行統一。
圖3 超重助推上重新設計的星鏈天線接口（圖右爲新設計狀態）
3.1.1.2 防熱底板
超重助推器B11發動機防熱底板邊緣的黑色材料疑似爲噴漆，由圖5可知，在靜態點火之後（B11圖片時間爲2024年4月7日），漆面局部剝蝕，露出防熱底板。在超重助推器B12黑色噴漆被替換爲單層不鏽鋼鋼板圍擋，防熱大底處可見防熱底板及不鏽鋼板連接痕跡，推測不鏽鋼圍擋對超重型的複用流程起到優化作用，避免重複噴漆。
圖4 B11（左）與B12（右）的結構外觀變化（整體視角紅色標記處）
圖5 B11（左）與B12（右）的結構外觀變化（局部細節）
3.1.1.3 結構設計
在超重助推器B12的兩個穩定點上，每個穩定點的兩側都增加了6個新的加強筋，每一側增加了3個。這些新增的加強筋可能是爲了提高結構穩定性和強度，特別是在穩定臂鎖定到助推器位置。
在捕獲超重助推器時，需要對機械臂的夾角進行調整，由張開轉爲收攏狀態。在此期間，助推器與機械臂的間距不統一，可能會出現碰撞。
這項改動可能是因爲在第四次飛行試驗後，助推器B14.1在機械臂測試後，穩定點附近出現裂縫。爲確保後續助推器能夠順利執行回收任務，SpaceX對該處結構進行補強。
圖6 B14.1在機械臂測試後的縱向與環向裂縫（上）與B12的新加強筋（下）
3.1.1.4 飛行終止系統
超重助推器（編號B12）的液氧貯箱上新增了一個飛行終止系統（FTS-Flight Termination System），位於液甲烷輸送管的橫向支撐附近，一併增加的還有一個護罩。
圖7 B12上新的FTS護罩
3.1.2 星艦飛船改進
3.1.2.1 貯箱壓力控制
S30的兩個貯箱上方部段均增加了一個新的排氣口，閥門也可能因此採用了新設計或佈局。
圖8 新的甲烷（左）與液氧（右）排氣口
此處可能是爲了提高安全性或功能性而進行的改進。例如，可能是爲了更好地控制放氣過程，防止過度排放或意外泄漏，或者是作爲排氣系統的一部分，以防止貯箱因溫度變化或在操作過程中出現壓力過高的現象。
3.1.2.2 通信與天線
星艦飛船S30鼻錐上的小金天線已被拆除並更換爲隔熱瓦。這些天線曾是S30鼻錐上一個非常突出的特徵。
天線右側的焊縫現在也不存在，這可能表明這些焊縫與天線有關，可能是天線的終端或者是接收器支架，天線取消後，這些支架也一併取消。
圖9 頭錐背風面處天線變化（左S28，右S30）
圖10 迎風面處天線
這些天線現在被集成在載荷艙部分，並且仍然被隔熱瓦覆蓋。這樣的設計改動可能是爲了加強對天線的防護，避免飛行過程中在最大動壓段被氣動力熱條件所破壞。此外，由於天線位於隔熱層下方，飛船組裝完成後可以保持完整的流線型氣動外形，這種設計可以減少空氣阻力，同時避免了外部凸起物引起的惡劣熱環境。
圖11 天線的新位置（位於背風面方框處）
這種新設計與超重助推器級間段處相同，因此這可能是兩個部段之間的統一設計，以簡化結構。根據某社交網站上的用戶提供的信息，可以佐證以上猜想。
圖12 網友的相關回復
3.1.2.3 熱防護系統
針對第四次飛行測試中暴露的重返大氣層問題後，SpaceX對S30的熱防護系統進行了多項關鍵改進，包括更換了更堅固的新型隔熱瓦、增加了燒蝕保護層以及在隔熱瓦下方加入了一層薄氈。這些措施部分借鑑了Block 2版本星艦的設計。
圖13 “熱盾”隔熱瓦下方的毛氈
Elon Musk提到，S29的後部使用的雙層燒蝕材料在第四次測試中成功抵禦了高溫侵蝕，這也促使SpaceX在S30的中央部分和翼片等關鍵部位增加了類似的升級，以增強其重返大氣層時的耐熱能力，據推測新的隔熱瓦的強度是之前的2倍左右。
此外，SpaceX還更換了隔熱瓦使用的粘合劑，並在縫隙較大的地方添加了更多填充材料，以解決耐熱瓦在生產過程中產生的容差問題，避免飛行試驗中的脫落。
圖14 “熱盾”的舊粘合劑（左）與新型粘合劑（右）
2024年10月9日，有愛好者發現，在S30的左側有一些隔熱瓦與其他不同，推測爲測試用的隔熱瓦。在第四次飛行試驗中也存在類似結構，不同的是，S29在某些地方刻意缺失一些隔熱瓦，可能是用於測試局部的溫度數據。
圖15 S30左舷測試用隔熱瓦（紅圈處）
3.1.2.4 箭載攝像頭
星艦飛船有效載荷艙上的三角形攝像頭塊（安裝了兩個攝像頭）已被移除。在以前的星艦飛船上，一個攝像頭能夠看到前襟翼和後襟翼的鉸鏈，但現在不再需要，或者已被重新定位到更隱蔽的位置。
圖16 更換襟翼攝像機
3.1.3 飛行產品優化總結
從以上的變化可以看出，SpaceX重點對星艦飛船S30的“熱盾”隔熱瓦進行了升級，包括增加填充物、更換設計等。此外，針對襟翼在第四次飛行試驗的表現，在本次飛行試驗中，星艦團隊更改攝像頭設置，着重觀察翼面以及襟翼與艦體連接處的位置。
對於超重型火箭B12而言，考慮到本次飛行試驗兼具“捕獲”與“濺落”兩種回收方式，SpaceX爲其增加額外貯箱。
整體而言，超重助推與星艦飛船有多處結構進行了統一設計，如超重助推上的星鏈終端、星艦飛船天線與超重助推天線統一等，這麼做可以降低出現錯誤的風險。
3.2 飛行產品研製和試驗歷程
3.2.1 超重助推器B12試驗歷程
B12超重助推器於2022年12月開始建造，並在2023年8月完成組裝。該助推器是星艦基地打造的第5枚升級款超重型火箭。
B12超重助推器主要試驗項目見下表：
表2 B11地面試驗歷程
圖17 超重助推器B12靜態點火
3.2.2 星艦飛船S30試驗歷程
S30星艦飛船於2022年9月投產，2023年7月開始組裝，2023年8月完成。
S30星艦飛船主要試驗項目見下表：
表3 S30主要地面試驗歷程
圖18 星艦飛船S30第二次靜態點火
3.2.3 完整飛行組合
在星艦飛船S30完成第二次靜態點火試驗後，SpaceX宣佈用於第五次飛行試驗的兩個部段已做好飛行準備。
2024年9月21日，B12/S30組合體完成第一次組裝，並於兩天後完成第一次貯箱測試。
貯箱測試後，星艦飛船S30被拆下，同時拆除的還有超重助推器B12上的熱分離適配器。
2024年10月5日，B12/S30組合體完成了第二次組裝，爲第五次飛行試驗做準備。
圖19 組裝過程中的B12與S30
下表爲B12/S30組合體的相關試驗情況。
表4 B12/S30組合體主要地面試驗歷程
3.3 飛行實施方案
3.3.1 飛行試驗的延遲
2024年6月12日，美國聯邦航空管理局（FAA）宣佈在SpaceX第五次星艦飛行測試（IFT-5）之前不需要對IFT-4事故進行調查。8月30日，SpaceX獲得了美國聯邦通信委員會（FCC）的通訊許可證，標誌着飛行準備進入最後階段。然而，9月10日，SpaceX宣佈FAA將發射日期推遲至11月，理由是超重型助推器的回收測試需要更多時間來審查許可。
SpaceX對FAA的許可程序表示不滿，稱其過多關注不相關問題，導致進展緩慢，且受到一些線上反對者和利益團體提供的“不準確的科學數據”的影響。此外，德州環境質量委員會（TCEQ）和美國國家環境保護局（EPA）因SpaceX的水冷鋼板系統對環境的潛在影響對其進行了調查和罰款，進一步增加了監管障礙。SpaceX對此做出迴應，強調他們的水冷系統使用的是飲用水，不會對環境造成重大影響，並得到了相關機構的支持。
與此同時，SpaceX指出，FAA的審查程序和環境諮詢拖慢了第五次飛行的許可審批，即使這些審查對其他發射公司並沒有類似的要求。這些延誤引發了國會議員和航天業人士的批評，他們認爲當前的法規影響了美國在太空競爭中的位置。
北京時間2024年10月13日0時21分左右，美國聯邦航空管理局（FAA）正式授予SpaceX星艦第五次飛行試驗許可證，且該許可證同樣適用於第六次飛行試驗。
3.3.2 起飛前準備
根據飛行試驗前的官網內容，圖20給出星艦起飛前的加註與測試等流程:
圖20 星艦五飛起飛前準備工作
與星艦第四飛時相比，本次飛行試驗中，星艦飛船液甲烷提前50s開始加註，液氧提前1min 40s開始加註。整體加註結束時間與第四飛相同，本次持續加註時間延長50s。
超重助推器液甲烷提前40s開始加註，液氧提前2min 57s開始加註。整體加註結束時間與第四飛相同，本次持續加註時間延長40s。
除此以外，其餘流程無顯著變化。
以下爲起飛前階段關於燃料加註的相關對比：
表5 IFT-4與IFT-5起飛前準備對比
3.3.3 飛行階段
根據飛行試驗前的官網內容，圖21給出星艦起飛後的飛行時序以及理論飛行軌跡：
圖21 星艦起飛後官方時序與飛行軌跡
對於起飛後的落區控制，根據起飛前的相關官方通告，星艦飛船預計落入南印度洋，但落區範圍比上一次更小。
3.4 第五次飛行試驗目標與亮點
3.4.1 飛行試驗目標
與第四次飛行試驗相比，在本次飛行試驗中，超重助推器嘗試首次被“機械手”Mechazilla在軌道發射集成塔抓取。這一大膽的回收方法旨在減少火箭的返航和檢查時間，從而提高發射頻率。
此外，星艦飛船在完成軌道飛行後嘗試濺落印度洋，和之前的測試類似。
3.4.2 飛行試驗亮點
本次飛行試驗與前四次的不同點在於，SpaceX新增機械臂“嘗試捕捉超重助推器”這一環節。
根據官方給出的飛行時序，本次飛行試驗在發動機關機、熱分離、返航點火、拋棄熱分離環以及着陸點火的時間較第四次飛行試驗有所提前。這意味着星艦團隊有意降低超重助推器的飛行高度以及飛行速度，嘗試提高機械臂的捕獲成功率。
對機械臂能否執行捕獲超重助推器程序起決定性影響的時間點是在超重助推器着陸前的6s，即《T+00:06:50》時刻。
圖22 關鍵時刻“T+00:06:50”處指令
1)如果機械臂或超重助推器未達到捕獲條件，超重助推器直接執行“海上濺落”程序，並進入着陸點火程序，在距發射場數十公里處的墨西哥灣執行海面軟着陸，與第四次飛行試驗相同。
2)如果達到嘗試捕獲條件，超重助推器直接執行捕獲程序。這意味着，在捕獲之前，超重助推器與發射塔需要檢測數千條數據，只有在確定超重助推器與發射塔均狀態良好、運行正常的情況下，經發射任務總監確認後，纔會發出捕獲指令。
3.4.3 星艦地面發射和回收系統簡述
SpaceX爲星艦設計了一種奇特的地面發射和回收系統，即被稱爲“第0級”的系統，主要由“軌道發射集成塔”（OLIT）和“軌道發射臺”（OLM）組成。
圖23 星艦地面發射和回收裝置
3.4.3.1 軌道發射集成塔
軌道發射集成塔是一個由鋼材構成的高塔，高度爲146米，由9個鋼材料的桁架結構部段組成。每段的截面爲正方形，邊長約爲12米。
桁架結構的4根主立柱採用大尺寸的方形鋼材（截面邊長1.6米），內部利用較細的鋼材連接，提升整體強度。主塔還提供了發射總裝和返回捕獲的基礎支撐，用於安裝機械臂、星艦飛船快速斷開臂（QD，即臍帶臂）、吊裝設備等。
圖24 軌道發射集成塔主要結構
在這一系統中，機械臂（民間俗稱爲“筷子”）扮演着至關重要的角色。它們是雙叉臂結構，在捲揚機以及導軌的作用下可以在發射塔架上自由的上下移動，並且能夠沿中間縱軸轉動。機械臂由兩部分組成：擺臂爲助推器和星艦提供支撐，而托架負責將機械臂固定在塔架上，允許其上下滑動。
圖25 機械臂主要結構
圖26 擺臂上的結構（包括回收導軌、緩衝裝置等）
根據國外愛好者推測，機械臂可張開的角度大約爲113°，有效捕獲長度爲20m，此外還根據機械臂的尺寸推測出了可以捕捉的範圍。根據SpaceX前期水袋測試，機械臂的最大負載不小於700t。
圖27 水袋測試圖28 網友對捕獲臂尺寸及張開角度預估圖（左）與有效回收範圍（右圖紅色區域）
機械臂上有兩處特別的地方：回收導軌處的液壓緩衝裝置和擺臂內側的金屬盒狀吸能結構。
超重助推器在執行回收任務時，位於箭體兩側的着陸支耳率先與導軌接觸，此時導軌處於升起狀態。待箭體穩定後，導軌下方的氣缸壓縮，使導軌向下移動，起到整體緩衝的作用。這麼做的目的是吸收一部分機械能，減小箭體以及機械臂的載荷。
圖29 超重助推器回收時捕獲臂的動作推測（順序爲從左至右）
因星艦艦體與機械臂均存在一定的控制誤差，機械臂的擺臂內側安裝有緩衝裝置。根據推測，該裝置在早期爲軟包覆的泡沫材料，後續可能因爲星艦試飛中被尾焰損壞而對其結構進行優化，外部通過金屬盒狀結構進行包覆，內部緩衝塊材料暫未明確是否有更新。
圖30 原版緩衝裝置（左 IFT-2前）以及改進後緩衝裝置（右 IFT-5前）
在本次飛行試驗前，還能看到緩衝裝置表面的剮蹭痕跡。
圖31 機械臂內側緩衝裝置表面剮蹭（紅圈處）
3.4.3.2 軌道發射臺
軌道發射臺主要由發射臺基體、噴水降噪系統等組成，滿足星艦的支撐、固定與發射要求。
發射臺地基使用混凝土澆築，地下埋有地基樁。星艦首飛時，發射臺的混凝土曾因超重助推器發動機尾焰的衝擊熱解，後續揚起的砂石與部分被破壞結構對發動機進行了破壞，使其失效。後續SpaceX團隊進行了修復以及優化。
圖32 星艦首飛後發射臺情況
地基上方的鋼支撐結構分爲斜撐與垂直支撐結構。斜撐結構共6組，上方爲發射臺的主體。
發射臺主體爲一個直徑約18m的鋼製圓環，高約6m，同時也是發射塔的功能區。牽制釋放裝置、快速脫拔裝置等均設置在此處。表6爲發射臺部分數據統計。
圖33 發射臺的結構構成
表6 相關數據統計
4.飛行實況
本章節主要根據官方直播介紹星艦飛船與超重助推器的實際飛行過程。點火指令於北京時間2024年10月13日晚20時25分正式發出，以此爲基準時間進行統計。
4.1 超重助推器飛行狀況
T-00:00:02，星艦超重助推器同時啓動內圈與中圈共13臺發動機，並在2秒內啓動剩餘所有發動機。最終在距離發動機點火後4秒，星艦起飛，正式進入飛行階段。
圖34 超重助推器發動機點火順序
圖35 星艦起飛
T+00:01:00，星艦達到最大動壓狀態，此時根據遙測參數，星艦整體速度爲1116km/h，高度爲9km。
圖36 星艦達到最大動壓
T+00:02:34，星艦啓動超重助推器關機程序，並從外向內關閉總計30臺發動機，僅剩三臺中心發動機繼續工作。此時根據遙測信息，星艦速度爲5275km/h，高度爲64km。
圖37 超重助推器發動機關機順序
T+00:02:39，星艦迎來起飛後的第一項重點程序。此時星艦飛船依次啓動外圈與內圈發動機，並於3秒後助推器與星艦飛船成功熱分離。此時星艦速度爲5227km/h，高度爲69km。
圖38 星艦飛船點火順序
圖39 熱分離箭上圖像
T+00:02:46，超重助推器進行返回點火，啓動所有中圈發動機，並將姿態角從小傾角調整爲水平。超重發動機最終於點火1分鐘後全部關機。此時速度爲1899km/h，高度爲95km。
圖40 超重助推器第一次姿態調整
圖41 超重助推器所有發動機全部關機
在直播中，並沒有超重助推器拋出熱分離適配器的特寫畫面，但通過地面視角可以看到，熱分離適配器已經順利拋出。從視頻上看，超重助推器進行了多次調整，避免與適配器距離過近。
圖42 超重助推器拋熱分離適配器過程
圖43 熱分離適配器（紅圈處）
T+00:03:49, 發射指揮人員表示發射塔的狀態允許超重助推器返回進行回收。
T+00:05:10, 主持人確認超重助推器返回指令已發送，機械臂準備執行超重助推器回收流程。
T+00:06:30，超重助推器進入亞音速段，並迅速啓動中心發動機，爲最後的着陸做準備。
圖44 超重助推器發動機着陸啓動順序
T+00:06:37，超重助推器將速度減小至237km/h左右後，依次關閉中圈與內圈發動機，並最終以3km/h左右的速度被機械臂捕獲。
圖45 機械臂捕獲超重助推器
圖46 超重助推器關機時刻
根據回收時的兩處特寫鏡頭，可以看到機械臂上有明顯的壓縮，結合圖37與圖38來看，此時超重助推器的發動機均已關閉，壓縮機構可能是用來抵消超重助推器自身重力。
圖47 直播中的回收特寫（雙視角）
4.2 星艦飛船飛行狀況
T+00:07:58，在超重助推器被機械臂成功捕獲後一分鐘左右，星艦飛船啓動發動機關機程序，從外至內關閉所有發動機並開始滑行階段，軌道最終高度爲212km，與第四次飛行試驗相同。
圖48 星艦飛船發動機關機順序
圖49 星艦飛船達到軌道最高點
T+00:37:24，星艦飛船開始對姿態進行調整，爲接下來的再入大氣層做準備。
圖50 星艦飛船爲再入做準備
T+00:45:30左右。飛船邊緣開始出現等離子體。星艦飛船開始進入黑障區。
在整個再入的過程之中，星艦飛船受到的熱逐漸增大，並於T+00:49:00左右達到最大溫度。
在星艦進入最大動壓狀態前，根據SpaceX新增的鼻錐處以及尾部襟翼攝像頭可知，星艦飛船鼻錐處襟翼與艦體連接處在大於T+00:58:39開始燒蝕。
圖51 襟翼處開始出現燒蝕（白圈）
值得一提的是，在T+00:58:42，直播人員表示，星艦S30上佈置了的銀色防熱瓦，是在標準防熱瓦外表包裹了鋁材料，因爲鋁熔化的溫度是不鏽鋼開始失效的溫度，以此來指示結構的受熱問題。這也解釋了S30的相關變化。
星艦飛船最後於T+01:00:38達到返回段最大動壓狀態。此時，星艦鼻錐襟翼處燒蝕逐漸嚴重，但燒蝕情況遠好於第四次飛行試驗。
圖52 星艦飛船達到Max Q 以及此時襟翼的燒蝕（白圈）
T+01:03:05，星艦飛船順利進入跨音速飛行狀態，根據遙測數據，此時的速度約爲979km/h，高度爲20km。星艦飛船於25秒後進入亞音速狀態。
此後，飛行圖像因星艦飛船所在時區爲傍晚而較差，只能隱約觀察到襟翼是否搖擺。
T+01:05:23，星艦飛船發動機啓動進行着陸點火。此時星艦飛船速度爲332km/h。
圖53 星艦飛船着陸點火
從遙測信息來看，星艦飛船的着陸點火以及着陸調姿（“神龍擺尾”）似乎是同時進行的，這一點與官方時序不同。由於此前的光線原因，無法進行進一步判斷。
圖54 星艦飛船最後階段姿態變化
T+01:05:43，星艦團隊宣佈着陸點火結束，濺落成功，不久後星艦自毀，根據遙測，此時速度爲7km/h。濺落位置處於浮標攝像頭處，可判斷其精度符合官方預計。
圖55 星艦濺落與自毀
4.3 飛行參數
4.3.1 本次飛行試驗飛行參數
根據直播數據，本次飛行試驗理論與實際飛行時序的差異見下表。
表7 實際飛行時序與官方飛行計劃對比
根據前述直播視頻情況整理得到的飛行時序及特徵參數見下表。
表8 實測飛行時序與特徵參數對比
以下爲超重助推器的實際飛行參數時間歷程曲線。
圖56 超重助推器實際v-t與H-t曲線
以下爲星艦飛船的飛行參數時間歷程曲線。
圖57 星艦飛船實際v-t與H-t曲線
以下爲本次飛行試驗的整體飛行參數時間歷程曲線。
圖58 星艦飛行全程v-t與H-t曲線
4.3.2 與上一次飛行試驗的對比
4.3.2.1 超重助推器
圖59 超重助推器IFT-4（藍）與IFT-5（紅）數據對比
4.3.2.2 星艦飛船
圖60 星艦飛船IFT-4（藍）與IFT-5（紅）數據對比
4.3.2.3 飛行時序差異對比
下表爲第四次飛行試驗中，實際飛行時序與官方飛行時序的對比。
表9 第四次飛行試驗中實際飛行時序與官方飛行計劃對比
4.3.3 小結
從本次實際飛行時序以及官方飛行時序對比可以看出，星艦在上升段以及超重助推器返回段，飛行時序的差距在±3s以內，可以認爲精確執行。而星艦飛船的再入則比官方時序晚約1分鐘，但後續任務執行精準。
從超重助推器以及星艦飛船在兩次飛行試驗中的速度與高度數據來看，在本次飛行試驗中，超重助推器整體的飛行高度與速度均小於上一次飛行試驗。由此可以推測，這是爲了降低超重助推器返回時的熱環境。
5.第五次飛行中的特殊情況
在實際飛行過程中，通過飛行直播，可以發現以下特殊情況。
5.1 超重助推器
5.1.1 着陸減速箭體外部起火/COPV整流罩部分脫落
超重助推器從T+00:06:32開始，即超重助推器着陸點火後不久，箭體外部局部起火。
圖61 超重助推器靠近機械臂（左）以及被捕獲（右）時箭體外部燃燒情況
約T+00:06:40，靠近機械臂一側火勢增大。此時超重助推器爲豎直狀態，發動機部分尾焰反捲至加註口附近，引燃排出的可燃介質。
在此期間，可以通過直播畫面觀察到被用於保護COPV的長排罩處有碎屑散落。
圖62 返回時箭體碎屑散落（紅圈處）
通過對比圖片，推測可能是在加註口附近發生了甲烷泄漏，甲烷被點燃引發了火災，此時在熱流以及氣流的雙重影響下，長排罩的結構損壞。由於當時的飛行速度較低，這種損傷並沒有導致內部氣瓶的破壞。着陸後，可以看到COPV防護罩的部分結構已經脫落，但內部的支撐結構仍然保持完整。
圖63 起火位置特寫
圖64 超重助推器結構破損處以及起火處特寫（拍攝於發射當天稍晚）
下圖爲疑似發生泄漏的加註口。
圖65 疑似泄漏的加註口
5.1.2 返回時外圈發動機噴管變形
通過視頻可見，超重助推器外圈發動機在着陸前動力減速段，已發生肉眼可見的變形。
圖66 發動機變形處（箭頭示意）
後續馬斯克在其社交媒體進行了回覆，稱外圈發動機噴管因高溫和氣動力導致變形。
圖67 馬斯克對該現象的解釋
5.1.3 預留推進劑過多
火箭着陸後，可見氧箱、甲烷箱下部仍保有大段白色結霜部分，可知仍剩餘了大量低溫推進劑，相關討論認爲有數百噸的推進劑留存。通過對比官方的飛行時序,可以判斷爲計劃內的推進劑餘量。
圖68 回收後的超重助推器情況
5.2 星艦飛船
5.2.1 一二級熱分離對後襟翼的影響
T+00:12:43時，直播視角切換到星艦飛船後襟翼，可觀察到其後部區域顏色有明顯差異，綜合其出現位置以及飛行過程，推測在星艦飛船發動機啓動至一二級熱分離期間，發動機尾焰高溫使襟翼的不鏽鋼材料表面發生氧化反應的結果。
圖69 星艦飛船後襟翼不鏽鋼表面狀態
5.2.2 再入過程中前翼轉軸局部燒穿受損
星艦再入返回過程中，前翼面中間鉸鏈處被高溫等離子體侵入並局部燒穿受損。
燒蝕從T+00:58:38，即星艦飛船切換到再入視角時開始，此時根據實際飛行時序，星艦飛船已經過最高氣動加熱溫度飛行段，即將接近返回段最大動壓點。
燒蝕從中間鉸鏈蔓延至後鉸鏈部位，但蔓延速度較慢，總時長約2分鐘。
圖70 襟翼燒蝕過程（順序：從左至右，從上向下）
在星艦飛船再入返回期間，從鼻錐處襟翼有白色碎屑飄出，有可能與襟翼燒蝕有關。
在此次飛行試驗中，襟翼前緣升級了熱密封措施，提高了飛行環境高溫適應性，但襟翼後鉸鏈部位由於未進行防熱包覆措施升級，出現了大範圍燒蝕，和星艦第四次飛行試驗中的燒蝕現象相似，熱防護措施的效果雖有改善但仍存在提升空間。
5.2.3 海面着陸後爆炸
箭上與海面浮漂視角視頻顯示星艦落海後發生了爆炸。考慮到在本次飛行試驗中，星艦飛船濺落精度符合預期，有討論認爲可能是預定動作或軟着陸異常觸發安控裝置引爆，但目前還沒有官方解釋。
圖71 星艦飛船濺落海面後發生爆炸
6.總結
在SpaceX星艦的第五次飛行任務中，二級再入返回的防熱問題得到一定程度的改善、海上軟着陸位置精度大幅提高，並首次實現了通過發射塔機械臂回收超重助推器。本次飛行試驗成就了SpaceX發展的里程碑節點與重要的歷史時刻，是重複使用運載火箭技術和能力的再一次突破，對世界航天領域未來大規模低成本空間運輸具有重大意義。SpaceX的成功離不開其“快速迭代、快速進化”的理念。星艦的歷次飛行試驗間隔從200多天逐步縮短至80多天，甚至在原計劃中，第五次與第四次飛行試驗間隔僅60天。通過反覆的測試、分析總結和優化進行快速迭代，採用敏捷管理方法以適應不斷變化的需求，在可控風險下進行技術嘗試，鼓勵團隊創新文化，以及有效利用資源、以最大化產出投入比，都是中國航天可以借鑑並應用到自身發展中的策略。北京星際榮耀空間科技股份有限公司（簡稱“星際榮耀”）致力於研發優秀的商業運載火箭並提供系統性的發射解決方案，爲全球商業航天客戶提供更高效、更優質、更具性價比的發射服務，以大幅提升人類自由進出空間的能力。星際榮耀擁有一支極具專業經驗和創造力的隊伍，人員囊括了技術研發、業務管理、顧問諮詢等多個領域的精英，擁有強大的綜合實力，志在商業航天領域大有所爲。公司專注於高品質、低成本、快響應的智能運載火箭產品研發，爲全球衛星及星座客戶提供一體化的商業發射服務。