首飞成功!马斯克卧薪七年改写历史
2018-02-08 11:24 火箭 特斯拉 马斯克

首飞成功!马斯克卧薪七年改写历史

天下火箭,唯大不破。大,可以将人与货物发射更多、更远——到月球,到火星。

来源 | 航天新观察

作者 | 白瑞雪 苏菲雅

假如宇宙中存在地外生命,假如地外生命对地球人类的活动了如指掌,从今天开始,他们或许会注意到,在地球与火星之间的轨道上,出现了一枚通体红色的新物体。

地球上,它被称为汽车,是一种将能源转化为动能从而驱动位移的机器。与基于相似原理飞出地球大气层的第一颗人造卫星Sputnik1相比,它的诞生足足早了70多年。

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千百年来,在地球人类为摆脱空间约束、实现自由运动而尝试的种种努力中,太空飞行一定是最为醒目的,其基础为运载火箭。

把这辆红色特斯拉汽车发射到宇宙空间的火箭,是继上个世纪阿波罗登月火箭“土星五号”(Saturn V)之后最为强大的航天运载工具:“猎鹰重型”(Falcon Heavy)。

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——它能将货物和人员送上月球,甚至火星。

一年前你要是告诉我:下一个飞往火星的人造物体是一辆播放着摇滚音乐的特斯拉敞篷跑车,载了一位叫Starman的仿真宇航员,他带着毛巾和一本《银河系漫游指南》,而他面前的液晶屏上写着来自这本书的忠告:Don’t Panic(不要恐慌)……估计连科幻小说都不敢这么写。

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▲马斯克在SpaceX发射控制室里录下的画面:现在有辆车在地球轨道上飞

实事求是才是硬道理

整个业界都在等待这枚火箭的冲天一跃。毕竟,距离首次宣布发射计划的时间已经过去5年了。

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▲SpaceX员工正在等待火箭发射

北京时间2月7日4时45分,数次推迟首飞的“猎鹰重型”终于从卡纳维拉尔角升空。随后,SpaceX公司CEO马斯克在Twitter上分享了发射成功、助推器垂直着陆的消息。按照他此前“只要别在发射台上炸毁、就算试飞成功”的标准来衡量,这简直是一次完美的首飞。

LEO(近地轨道)63.8吨,GTO(地球同步转移轨道)26.7吨,Mars(火星轨道)16.8吨——“猎鹰重型”稳稳地摘下了世界现役火箭运载能力的金牌。

为它提供高达22819千牛起飞推力的,是同时工作的27台梅林(Merlin-1D+)发动机。这让“猎鹰重型”也成为了目前世界上发动机数量最多的火箭。

梅林发动机的性能并不出众。作为一家创立于2002年的商业航天公司,SpaceX曾试图从老牌航天强国俄罗斯购买发动机,未果——大概是太贵了。最终,在高性能的高压补燃循环发动机与性能较低的开式循环发动机两种自研方案之间,他们选择了后者,堪称有多大能力办多大事的典范。

“SpaceX不追求技术上的高大上,而是注重通过创新的方案设计实现性能最优和成本最低,体现了脚踏实地与勇于创新的完美结合。”一位业内人士评价说。

推力不足,数量来补。“人多力量大”式的发动机并联思路,被外界认为风险较高。在传统设计理念中,为避免多发动机耦合振动导致火箭可靠性下降,火箭一子级发动机数目通常控制在10台以内。上个世纪六七十年代,第一级使用30台发动机的N-1火箭4次试飞均失败,苏联的登月梦想随之落空。

显然,“猎鹰重型”通过先进的动力冗余技术和模块化设计,解决了发动机数量与可靠性之间的矛盾。

同样,在箭体设计上,“猎鹰重型”突破了“要保证控制系统稳定、长细比不能大于16”的常规思路,火箭长细比(长度与直径之比)接近20。换句话说,3个3.6米直径的火箭模块并联,实现了通常观念中“大芯”才能获取的强大运载能力。这不仅使得这枚火箭呈现优雅颀长的外形,也提供了构建“大火箭”结构的另一种路径。

这是系统科学思想所创造的技术硕果与工程美感。

中国航天的开创者钱学森在上个世纪50年代提出:用不完全可靠的元器件,能够组成一个可靠运行的系统。今天SpaceX的商业航天实践再次证明:即便是不够强大的元器件,也能集成为超级强大的巨系统。

当然,实现这一目标的前提在于,拥有创新的设计理念、高超的设计能力和敢于突破陈规的勇气。

不赚钱的商业航天都是耍流氓

不赚钱的商业航天都是耍流氓。谁家能赚钱,先得比比谁更能省钱。

以火箭回收为标志,“猎鹰”一直在证明自己的多快好省。“猎鹰重型”继承了“猎鹰-9”成功实现的发动机推力调节、推进剂管理、高精度姿控、热防护、着陆支撑结构等自主可控回收关键技术,此次发射后3枚一级火箭全部回收,火箭一子级助推器分离和一二级分离均采用可重复使用的“冷分离”机构,一、二子级发动机也进行了可重复使用设计。简而言之,它浑身都是宝,下次还能跑。

就连这枚“猎鹰重型”本身也是一枚“半二手”火箭,一子级的两个助推器均由以往发射任务回收的“猎鹰-9”火箭通用芯级改装而成。“芯级变助推”的模块化、通用化设计,可以最大限度地共用生产设备和零部件,省钱。

可重复使用技术日渐成熟,全球具备该领域技术储备的航天机构不止一二。但是,不差钱的机构们还在无休止地论证,而SpaceX已经大刀阔斧地去干了。这就是民企的商业动力,值得尊重,发人深省。(请允许我向那些鄙视企业赚钱的人表达我森森的鄙视!)

航天飞机退役后将重心转向深空探测的NASA,把近地轨道留给了民营企业。但后者的野心不止于此。随着“猎鹰重型”的成功,民企的发射能力从近地轨道、中小型载荷拓展到了火星轨道、大型载荷。

尽管业内对于回收复用能否实现低成本仍存怀疑——比如,可重复使用部件的检修代价多大?马斯克对外公布的数字是否有泡沫?“猎鹰重型”目前发射报价仅9000万美元,折合近地轨道载荷每公斤1410美元。与各国主流火箭每公斤数万美元的现价相比,简直就是白菜价!

业内人士认为,SpaceX重型火箭的确实现了低成本的话,意味着商业航天很可能成为主流的运载火箭,将对全球运载市场造成巨大冲击。

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▲马斯克在发射现场接受采访

这些年,马斯克吹过的牛

天下火箭,唯大不破。大,可以将人与货物发射更多、更远——到月球,到火星。

马斯克想上火星,地球人都知道。国际宇航联大会上,他的演讲时段特意单独进行,因为太多人想听听这位航天明星“让人类成为多星球生存物种”的蓝图是多么吸引人,或者,不靠谱。

在他的构想中,将人类送上火星的运输系统叫“星际运输系统”(Interplanetary Transport System,简称ITS),由可重复使用的飞船和BFR火箭构成。后者有个很好记的非正式名称Big Fucking Rocket(他妈的大火箭),因为它实在是大:近地轨道运载能力550吨,为“土星五号”的4.7倍,“猎鹰重型”的8.6倍。

2022年发射货运飞船,未来10年内实现人类移民——飞向火星的时间表已经很紧张了,尽管它超前得让人不敢相信。可是,有什么是不可能的呢?马斯克说:“福特造出便宜、可靠的汽车时,人们问,马车怎么就不能用了?那是一个巨大的赌注,而福特成功了。”

马斯克继续规划,这一星际长途运输工具同样可用于地球旅行。登船、发射、进入地球轨道,BFR能将乘客在1小时内送抵地球上任意地方:香港到新加坡22分钟,伦敦到迪拜29分钟,洛杉矶到多伦多24分钟。

将出行路线进一步降低至地表,马斯克2013年提出了Hyperloop计划,打造在真空管道中奔跑的“超级高铁”,时速可达1290公里,从华盛顿到纽约不到30分钟。

乍听上去真不靠谱啊……不过,用于BFR的更大推力甲烷燃料发动机Raptor已于2016年9月点火测试成功,“超级高铁”也在拉斯维加斯的沙漠中完成了几次短距实测,首条客运线路可能2021年投入运营。而“猎鹰重型”的首飞成功,又在SpaceX证明自己“不是PPT公司”的路上增加了一枚有分量的砝码。

所谓牛人,就是把自己吹过的牛一个个实现的人。

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▲特斯拉跑车镜头

科学技术的极致浪漫

回到“猎鹰重型”。别忘了,它正在把一辆樱桃红色的特斯拉跑车送上地火转移轨道。

乡愁是一条长长的椭圆轨道,火星在这头,地球在那头。套用地球诗人的句子,我们未来在火星上生活的后代大概可以这样描述这条连接地球故土与火星新家园的深空飞行轨道。

通过这样的转移飞行,数十枚探测器到达了火星地表或环火星轨道。目前绕火星工作的探测器仍有6枚:美国的“火星奥德赛”(Mars Odyssey)、“火星勘测轨道飞行器”(Mars Reconnaissance Orbiter)和“火星大气与挥发演化探测器”(MAVEN),欧空局的“火星快车号”(Mars Express),印度的“曼加里安火星探测器”(Mars Orbiter Mission),以及欧洲和俄罗斯联合研制的“微量气体轨道器”(Trace Gas Orbiter)。

很遗憾,人类第一辆飞上太空的汽车很难加入它们的行列。作为“猎鹰重型”首飞载荷的特斯拉汽车,并不是一枚具备推进与制动功能的飞行器,无法通过动力减速从地火转移轨道进入火星轨道。未来的日子里,它很可能在地球与火星之间来回穿行——如果要给这段旅行加上一个期限,按照马斯克富有诗意的说法,它会一边播放着“太空怪谈”(Space Oddity)歌曲,一边在太空中遨游亿万年。

汽车电能耗尽之前,这首在1969年地球人首次登月3个多月后面世的经典歌曲里,英国摇滚歌手大卫·鲍伊(David Bowie)会一遍一遍吟唱“地面指挥呼叫汤姆上校(Ground Control to Major Tom)……”

汤姆上校是歌手假想的一位宇航员。执行完一次充满风险的太空飞行任务后,他随失联飞船迷失在了宇宙深处。作为全球商业航天的领军人与开拓者,马斯克像宇航员一样勇敢前行却从不曾迷失。对于自己无比宏伟的目标,他的计划清晰、坚定而充满激情。

火箭首飞试验,通常会装点铁疙瘩作为载荷。守界限制了我们的想象力,而跨界的马斯克选择了自己的另一个跨界产品,汽车。对于这位同时在航天、电动汽车、太阳能等多领域纵横驰骋的科技狂人,业内人士感慨:“他每次都将某个行业之外的技术用于改变这个行业,这种跨界创新可能会成为当今社会科技创新的一个主流方向。”

关于这枚特殊载荷,很多人说是一次前无古人、后难有来者的广告营销。也许我们忽略了一个事实:由于不再需要氧气燃烧参与动力供给,电动汽车实际上就是一种能够在无氧气星球表面运行的交通工具。石油产品作为汽车必需燃料的阿波罗登月年代,宇航员不得不使用以变推力火箭发动机打造的月球车,而随着电能驱动汽车技术成真,只要太阳能获取充足,汽车完全可以在人类变成“多星球生存物种”之前成为“多星球交通工具”——马斯克此举,是否为未来月球人、火星人将特斯拉用作出门标配而预热?

当然,我更愿意视之为一次单纯的浪漫主义表达。自从阿姆斯特朗在月球上迈出了“人类的一大步”,以航天为代表的现代科学技术赋予我们最宝贵的精神滋养,就是极致的浪漫主义、理想主义与英雄主义。

它跨越语言与地域,与你我共鸣。

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