通过环评，星箭发射终于获得绿灯放行

文/田丰

▲ “星际基地”门口

在美国，要说最受关注的两款火箭，那一定非美国宇航局的SLS 火箭和太空探索技术公司（SpaceX）的“星舰”莫属了。两款火箭目前都在进行首飞前的各项地面测试，但“星舰”除了大量的测试项目外，还有一项SLS 不存在的烦恼，就是其制造和发射所在地位于得克萨斯州博卡奇卡星际基地（Starbase），必须通过美国联邦航空管理局（FAA）的环境影响评估。

2022 年6 月13 日，几经推迟之后，美国联邦航空管理局终于公布了太空探索技术公司在博卡奇卡的发射场环境评估结论，总体结论是“没有重大环境影响”，太空探索技术公司可以从该地进行“星舰”的轨道发射。

几经推迟，环评结果终于公布

“星舰”是太空探索技术公司正在研发的一款两级可完全重复使用的重型火箭，全箭采用自研的猛禽液氧甲烷发动机，近地轨道运力不低于100 吨。其中，火箭芯二级被称之为“星舰飞船”，火箭芯一级则称为“超重型火箭”。“星舰”首次正式公布是在2016 年的国际宇航大会压轴演讲上。但是自此之后的近3 年间，“星舰”的制造和发射地点却一直游移不定，太空探索技术公司为照顾公司总部员工，早期曾计划就近在加州港口购买一处废弃厂房，以用于“星舰”的制造和总装。但在2019 年1 月，太空探索技术公司宣布“星舰”进行重大设计变更，火箭贮箱放弃采用碳纤维，而是采用成本低廉的不锈钢材料。同时也将“星舰”的最终总装制造、测试和发射地点，选在美墨边境旁，一个名叫博卡奇卡的小地方。这里原定是太空探索技术公司的猎鹰系列火箭的自建发射场，但多年来工程进展缓慢。随着“星舰”“老家”的最终敲定，博卡奇卡村子荒凉的海滩边逐渐出现了一些做工“粗糙”的大型不锈钢压力容器，各种测试和工程设备陆续运抵，各式生产和总装厂房拔地而起，整个地区在接下来的3 年间发生了天翻地覆的变化。由于太空探索技术公司和“星舰”的到来，这片地区随后被命名为星际基地。

随着“星舰”研发的快速迭代，距离首飞似乎只有一步之遥，仿佛划根火柴点燃火箭就可以奔向太空。然而事实并非如此，“星舰”的轨道试飞一直受到FAA 对当地环境影响评价的限制，无法按计划进行。

此次通过环评，终于为“星箭”的首次轨道试飞亮了绿灯，但前提是必须完成75 项减少对环境和公众影响的整改措施。

在这些整改措施中，首先考虑火箭射界和弹道对周边人口稠密地区的飞越风险，还包括部分国家安全或外交政策问题，甚至还包括保险赔付的相关条款。其次，环评限制了太空探索技术公司部分设施的扩建计划，如要求取消建设海水淡化厂、甲烷提纯设施、发电厂的计划。

然后是与公众影响相关的要求，如减少星际基地以及公共海滩交通量，即限制员工乘坐私家车上班，而是增开班车运送员工往返现场。文中还要求太空探索技术公司进行测试和发射前更早发布封路通知，且在18 个假期期间禁止关闭海滩；每年仅允许5 个周末关闭海滩；发射、测试的封路总时间将限制在每年500 小时以内，而“解决异常情况”的封路时间将限制为300 小时。这些措施意在确保当地居民可以进入星际基地附近的野生动物保护区和海滩。此外，环评目前允许每年最多5 次轨道发射，以及5 次箭体回收和相关地面测试。这个次数相对于太空探索技术公司公布的愿景相距甚远，但根据“猎鹰9”发射规律，发射次数可以后期另行增加，但是每次静态点火时间限制在15 秒以内。

▲ 2013 年的发射台及厂房规划图

▲ 2019-2022 年变化图

由于星际基地毗邻保护区，环评中还包含动物保护措施，比如减少夜间照明设施对周边生物栖息的影响，资助具备资质的生物学家监测该地区的野生动物。太空探索技术公司还需要每年向周边的公园、保护区及动物保护组织捐款。利用其星链网络为远程野生动物监测提供更多机会，并定期向周边学生开放星际基地以供参观。

然而，环评的完成并不意味着太空探索技术公司可以直接开展“星舰”的轨道试飞，从行政许可到距离发射仍有一步之遥，也就是FAA 的发射许可。FAA 作为监管机构，还需要审查验证太空探索技术公司已经如期完成相应整改，将轨道发射和测试对环境的影响控制在可接受范围后，方可批准发射。因此FAA 和太空探索技术公司都尚未公布可行的发射时间表，而太空探索技术公司还在对星舰B7 和S24 这对“入轨组合”开展测试。

▲ 4 年间，荒滩变基地

▲准备测试的B7 和S24

为减小对公众和环境影响，对一座新建的重型火箭制造、发射设施进行环境影响评估是必要和正当的。但正所谓树大招风，即使FAA 环评通过，部分环保组织，如美国鸟类保护协会仍然宣称“星舰”的到来会导致当地物种受威胁甚至濒临灭绝。

▲准备测试的B7 和S24

环评有得有失，催生技术改进

FAA 给太空探索技术公司星际基地的整改要求不仅限制了测试和发射活动，还倒逼了猛禽发动机的技术升级。环评报告中提及，星际基地现场不能兴建甲烷提纯设施。无奈之下，太空探索技术公司对猛禽发动机进行了升级改造，使其可直接采用市售天然气（液态）进行燃烧。可以说，FAA 将一款甲烷火箭硬生生“逼”成了天然气火箭。之前，蓝色起源公司研发的BE-4 液氧甲烷发动机曾宣称可直接采用天然气作为推进剂，并作为该发动机相对“猛禽”的一大优势。经过环评风波后，两款发动机最终殊途同归，在降低推进剂成本的路上做到了目前化学火箭的极致。

相对于提纯甲烷而言，天然气的成分比较复杂，主要由甲烷以及少量的其他高级烷烃组成。除此之外，还存在一些低水平的微量气体，如二氧化碳、氮气、硫化氢和氦气，具体含量与产地有关。甲烷之外的成分中，烷烃也是可燃气体，对火箭发动机的影响相对可控。不可燃气体也还好，最棘手的则是硫化物。上世纪80 年代美国就已经进行过烃类燃料电传热试验、结焦极限温度试验、碳沉积试验和材料的相容性试验，结果表明，在涡轮模拟条件下，甲烷不存在积碳（碳沉积），但当甲烷中硫含量大于百万分之一时，对铜内壁（燃烧室）就会产生明显腐蚀。因此，硫化物是火箭发动机重复使用的大敌之一。目前尚不清楚燃烧天然气的“猛禽”如何对付硫化物，可能会有前置脱硫，当然这都是猜测。

从成本来讲，采用天然气显然是成本更低的，由于美国盛产页岩气，因此推进剂成本对比煤油可谓低廉，如果对比“难制取、难贮存、难使用”的“三难”液氢，天然气更是白菜价。而发射所用的氧化剂，也就是液氧可以通过空气分离的方式获得，工艺相当成熟，成本也十分低廉，但受限于环境容量，目前太空探索技术公司只能通过罐车一车一车排队运送进场。

▲ “星际基地”发射台区域航拍图

“星际基地”生产区航拍图

根据早期的公开信息，太空探索技术公司的规划是在星际基地建设一套液氧甲烷生产线，利用太阳能电池板供电，采用空气中二氧化碳、淡化海水，通过“萨巴蒂尔”反应生产甲烷和液氧，最终实现自给自足。“萨巴蒂尔”反应正是原定用于星舰在火星表面制造返程推进剂的反应流程，通过在星际基地增设这样一套设备，既降低发射中的推进剂成本，又可以提前试验火表通过原位资源利用制造返程推进剂的工艺流程，可谓一举两得。但可惜的是，目前来看这套设备短期内在星际基地还无法实现。

从550 吨到5000 吨，环评风波的来龙去脉

对于拖累首飞进度的环评，肯定有人疑问为何太空探索技术公司不尽早开始环评。这要从星际基地的来龙去脉说起。众所周知，太空探索技术公司现在在美国东西海岸共运营着3座发射台，发射台实际隶属美国太空军（SLC-40、SLC-4E）和美国宇航局（LC-39A）。太空探索技术公司只是租用以上设施，毕竟地盘是人家的，实际发射还要受“业主”掣肘。尤其是近几年的发射中，卡角和范登堡太空军基地的发射台，受军方的假期、设备整修、导弹试射等影响，都会导致发射受阻。LC-39A 发射台虽然不受军方影响，但具有特殊性。它曾执行包括阿波罗11 号任务在内的多次登月发射，也是航天飞机时代的主力发射台，将其称之为美国的“功勋”发射台并不为过。自1967 年首次投用至今，累计144 次发射，从未因发射失败而导致发射台损坏（挑战者号航天飞机是升空后爆炸）。因此，这段“完美纪录”反倒给太空探索技术公司造成了无形的口碑压力。加之该发射台作为美国目前唯一的载人航天发射台，承担着国际空间站航天员轮换任务的重任，基本是炸不起的。因此，将首飞风险巨大的“星舰”放在这里进行首飞，美国宇航局的内心其实是拒绝的，这种风险项目势必挪至“自家地盘”才更自由。

▲ 最新环评中的发射台规划，仍保有第二座发射台

因此，早在2011 年太空探索技术公司就开始物色自建发射场。2012年9 月，太空探索技术公司在美国各地选取了7个候选的商业发射场地点。2013 年初，得克萨斯州的博卡奇卡已经成为商业发射设施选址的主要候选地。当时，自建发射场的环评和公开听证会上，评估当地环境容量每年可支持多达12 次商业发射。但当时规划和评估的发射火箭仅是近地轨道运力10 余吨的“猎鹰9”，最大也不过是当时尚未首飞的重型猎鹰。这两款火箭的规模和“星舰”这种“巨无霸”相距甚远，其对当地环境的影响自然无法相提并论。更重要的是，当时的规划主要以发射活动为主，当地并不涉及火箭的制造和测试，而如今的星际基地却远不止于发射。

2014 年7 月，FAA 正式发布了关于博卡奇卡海滩的环评结论，认为发射台及其附属设施不会对环境产生重大影响。次月，太空探索技术公司正式宣布博卡奇卡作为商业发射场的最终选址。2015 年，太空探索技术公司开始平整发射场土地，但发现海滩地基不稳且有异常沉降，因此只能重新进行土地规整。2016 年至2017 年，除安装了两台二手测控天线和太阳能电池板外，几乎没有实质性施工。因此，此地一直极其荒凉，几乎没有媒体关注。

2018 年底，博卡奇卡海滩陆续进驻工作人员，各种水平储罐运抵并安装，更多的办公室和简易发射场坪相继开始施工。当然更重要的是露天焊接的“星跳者”（Starhopper）原型机于2019 年3 月完成制造，并转移至发射场坪，并于当年7 月下旬成功首飞。随后的两年中，太空探索技术公司以极高强度，换人不停工的7x24小时不间断工作模式，兴建各种“星舰”的制造和测试设施。

环评已成“星舰”研发的紧箍咒

博卡奇卡自2019 年至今，变化幅度之大，计划变化之快，业界罕见，因此出现了环评跟不上工程进度的情况。仅就“星舰”本身而言，太空探索技术公司几乎没有制造过完全相同的两台原型机，每一台都有新的设计融入其中。新的设计自然也对其制造、总装和测试提出了更高的需求。员工不断增加，设备和厂房不断兴建，为容纳高达70 米的“星舰”芯一级相继建造了两座总装厂房，这一大批设施都大大超过了原有的规划方案，对周边环境的影响也日益增加。

因环评推迟被废弃的S20 和B4 组合

▲ LC-39A 的原有发射台和施工中的“星舰”发射台

尤其是高达146 米的轨道发射塔，有可能在夜间影响周边的通航飞行。而FAA 更是声称该发射塔属于“未批先建”，即未通过FAA 评估即已开工建设。经双方协调后，2021 年3 月FAA 公布了发射塔的补充评估结果为“对航空飞行无威胁”，也正是这时，太空探索技术公司在博卡奇卡的这片设施被正式命名为星际基地。

但FAA 的监管流程落后于工程进度的问题变得日益突出。FAA 与相关机构协商后，于2021 年9 月基于太空探索技术公司的最新规划发布了新版环评报告草案，次月举行了2 次公开听证会，以收集公众的意见。由于媒体的大量报道，“星舰”项目备受关注。同年12 月，FAA 收集到多达18000 份公众意见，因此表示当年12月底前无法完成环评审查。

由于FAA 环评在6 个月中5 次推迟，加之部分试验流程问题，太空探索技术公司已经被迫报废了B4 一级和S20 二级的组合，这本来是一套可以入轨发射的组合。目前，太空探索技术公司正在测试B7 一级和S24 二级的组合，芯一级发动机数量从B4 的29 台升至B7 的33 台。不仅如此，B7 均采用增推后的2.0 版猛禽，推力从185 吨升至230 吨，起飞推力从B4 的5300 吨骤升至7500 吨，直接超越“土星5 号”。

但我们也要看到，“星舰”10 千米试飞5 射4 败的纪录，暴露了“星舰”项目的巨大技术风险。不仅如此，随着后续进入入轨发射阶段，“星舰”仍有大量技术有待验证，同时各项飞行试验的风险呈指数上升，这也是“星舰”自身融合了过多新技术的必然弊端。尤其是太空探索技术公司设计的全新回收方式，即发射塔架上的巨大“筷子”对火箭两级分别进行捕获，这一方案虽然有利于火箭的回收复用，但却使塔架和周边设施面对前所未有的高风险。虽然目前“星舰”首次轨道试飞计划暂不包括回收，但回收势必使环评复杂性骤升，毕竟以往火箭从不需要考虑70 米高的火箭喷着烈焰飞回来时会砸到哪里的问题。

目前，太空探索技术公司仍将博卡奇卡作为“星舰”的主要开发和测试场地，但考虑到未来环评对其发射造成的限制，已经开始在LC-39A 另行建造一座星舰发射台。该发射台因与现有LC-39A 共享基址，而这片基址最早是为土星5 号火箭准备，与“星舰”规模近似。此外，LC-39A 与SLS 发射台LC-39B 距离达2.7 千米，其环境容量天生可容纳重型火箭发射。

但“星舰”发射台距离原有猎鹰发射台不远，美国宇航局一方面拒绝“星舰”在成熟前在此发射，以防炸平发射台的情况出现；另一方面，太空探索技术公司也在计划极端情况下的补救办法，如强化现有LC-39A 的发射台结构，或者是使LC-40 发射台具备载人发射能力。

▲LC-39A 建设中的星舰发射台

近年来，随着政策的放开和天基测控等条件的完善，除太空探索技术公司外，还有美国火箭实验室、阿斯特拉小火箭公司、“蓝源”等航天企业也拥有自建发射场，可不再受业主方的掣肘，发射更加自由可控。自建发射场的环评和发射许可必不可少，而传统的审批流程已不可避免的限制了行业的进一步发展。因此，近年来FAA 已经开始着力提高监管效率，如合并颁发多次发射许可等。但像星际基地这种“环评赶不上计划”状况依然现实存在，一定程度拖累了“星舰”项目推进。新问题自然就要有新办法，如何在促进行业发展和保护环境上取得一个微妙的平衡，是监管和被监管方的不断磨合的最终目标。