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旧时代的利落仍旧新纪元的启幕,SpaceX为啥非要

来源:http://www.abirdfarm.com 作者:betway必威官网手机版 时间:2019-12-08 21:54

北京时间明天(5月11日)凌晨,SpaceX将进行一次常规的商业卫星发射。不同于以往的是,此次发射使用的火箭,不论对SpaceX还是整个航天产业,都可谓意义非凡。这是第一枚Block 5构型的火箭,代表着猎鹰9号火箭的最后一次重大升级。可以说,它将终结SpaceX这家公司的创始阶段,或许也将开启商业航天发射一个全新的时代。

betway必威官网手机版 1当地时间5月11日16时14分,第一枚Block 5构型的猎鹰9号火箭发射升空。图片来源:spaceflight.com

SpaceX再一次使用之前发射过的火箭成功发射了一颗卫星。今日美国东部时间上午12点45分,搭载了SES-12商业通讯卫星的两节猎鹰9号火箭从佛罗里达卡纳维尔角空军基地成功发射。

3月2日,SpaceX的载人飞船——龙号,在猎鹰9Block5火箭的搭载下,在肯尼迪航天中心发射升空,并于3月3日,和国际空间站对接。

betway必威官网手机版 212月22日,北京时间9:39分左右,SpaceX猎鹰9号火箭的一级火箭稳稳着陆,实现了人类航天发射历史上的首次火箭回收。图片来源:SpaceX

PS:本文编译自Ars Technica网站,仅代表文章作者观点。

(艾麦乐 编译)今天凌晨,SpaceX完成了一次再平常不过的商业卫星发射。然而,这次发射意义非凡,因为执飞的火箭是猎鹰9号迄今最先进的升级版本,也是SpaceX计划制造的最后一版猎鹰9号。Block 5构型旨在提高猎鹰9号的重复使用性,这是SpaceX真正需要的东西,如果他们想要实现那些昂贵的长期计划的话。

该火箭的一级火箭此前已经执行过一次发射任务——去年9月份,该枚一级火箭发射了美国空军的X-37B空中飞机。之后,该枚一级火箭在返回地球时准确着陆,但直到今天才被再次使用。

最近马斯克搞事情不断,继去年把特斯拉电动跑车送去火星后,这次他又将一个假人用自家的航天飞船——龙飞船,送上了空间站。

北京时间12月22日上午,太空探索技术公司(SpaceX)的猎鹰9号火箭成功将轨道通信公司(Orbcomm)的11颗第二代通信卫星送入太空。这是6月28日猎鹰9号爆炸事故以来,猎鹰火箭的再次展翅。不过,更被人关注的,反而是火箭第一级的返回着陆试验。9点39分左右,猎鹰9号第一级成功着陆在卡纳维拉尔角的LC-1着陆场。人类航天发射的历史,掀开了新的一页。

(Tisney 编译)猎鹰9号火箭已成为世界上的主流火箭,而距离它的首次发射还不到8年的时间。它现代而高效,在去年的一年里,没有任何火箭的发射次数比得过70米高的猎鹰9号。今年也一样,除非猎鹰9号发生重大事故。

之所以要着陆和重复使用火箭,关键只有一点,那就是节省资金:SpaceX不必再为每次发射制造一枚全新的火箭,重复使用经过飞行验证的已有火箭就行了。许多专家,包括SpaceX的CEO伊隆‧马斯克(Elon Musk),都把可重复使用的火箭比作飞机。试想,如果每个航班都必须要制造一架新飞机,机票费用想必会非常昂贵。

到目前为止,SpaceX已经使用回收的猎鹰9号一级火箭13次,并且成功回收一级火箭超过20多次。这些活动是SpaceX努力开发完全且快速可回收火箭和航天器的一部分——根据公司创始人和首席执行官埃隆·马斯克的说法,这项技术以大幅减少航天飞行成本打开探索太阳系的大门。

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ELV还是RLV

猎鹰9号第一级飞回着陆的成功,作为猎鹰9号火箭走向重复使用的重要一步,绝对值得大书特书。这一成功不仅是可重复使用运载火箭的技术上一个里程碑,还可能彻底开创世界航天廉价发射的新时代。

经过几十年的发展,目前航天发射工具可以分为一次性运载工具(ELV)和可重复使用运载工具(RLV)两种方式。

从理论上说运载火箭的燃料费用仅仅是一个零头,而火箭的箭体、发动机、导航制导控制等设备,占去了火箭成本的绝大部分。一次性运载火箭之所以昂贵,火箭本身只使用一次是最根本的原因,那么让火箭可重复使用,不就可以大幅度降低成本了吗?这正是可重复使用运载工具的初衷。

太空探索技术公司的老板伊隆·马斯克(Elon Musk)就曾分析,猎鹰9号发射报价6100万美元,但使用的液氧和煤油不过价值20多万美元而已。这么大的成本降低空间,也就意味着空前的利润。为了这份惊人的利润,几十年来,全世界航天机构和航天公司都不断地探索可重复使用运载工具的发展道路。

或许是航天发射的难度和运载工具面对的苛刻环境超出了人们的预期和能力,简而言之,过去几十年来人类追求可重复使用运载工具的努力,无一例外全都以失败告终,其中最著名的当属航天飞机。20世纪70年代初,科学家、工程师和媒体公众都曾指望航天飞机通过重复使用开启廉价进入太空的时代,他们的热情比我们今天更为猛烈和纯粹,但20世纪80年代的实际运营表明,航天飞机没能实现这一梦想。

最终美国不得不重启一次性火箭生产线,研制了我们今天熟知的渐进一次性火箭(EELV)。2011年航天飞机宣布退役,而联合发射联盟(ULA)的宇宙神5型(Atlas V)和德尔塔4型(Delta IV)火箭,仍将服役很长时间。

betway必威官网手机版 42011年7月8日,亚特兰蒂斯号航天飞机发射升空执行STS-135任务。这是航天飞机的最后一次发射,随后航天飞机全部退役。图片来源:Bill Ingalls

能取得如此高效率的部分原因是,SpaceX把硅谷思维模式引入了航空航天产业。它出其不意,攫取机会,并像许多无情的创业公司一样,驱动员工长时间工作来实现严苛的工程目标。

到目前为止,SpaceX的火箭着陆,虽然看起来很酷,却并没有给公司节省大量资金。同一枚猎鹰9号火箭最多只发射过两次。而且,火箭回收后,需要有一大群工程师来拆解、检查和翻新它,准备好下一次发射要花上好几个月的时间。这会耗费时间和金钱,把不用从头制造全新火箭而省下来的好处消耗干净。美国南加利福尼亚大学副教授、航天公司专家格雷格‧奥特里(Greg Autry)说,“有可能,现在他们花在翻新火箭上的费用,比新造一枚火箭还要高。”

并且马斯克和SpaceX的目标是在短期和长期大量使用回收火箭。比如,最近亮相的“Block 5”猎鹰9号的一级火箭可以重复飞行10多次,多翻新一下的话甚至可以重复飞行100多次,马斯克说。

龙飞船又名天龙号飞船,是美国太空探索技术公司——SpaceX牵头研发的载人和货运飞船。当然,这次的试飞成功,并非马斯克一人的功劳,事实上,这是NASA和SpaceX共同合作的结果。NASA向SpaceX提供的相关技术和标准,更是传授了过去以来在安全方面的经验,这才促使了SpaceX的快速发展。相应的,私人企业的灵活性和优良的成本控制,为NASA提供了相对便宜的货运、载人和科学服务。为此,NASA与SpaceX签订了一份价值16亿美元的合同,未来龙飞船至少为NASA执行12次无人飞行任务,并为太空站运送补给物资。

SpaceX的梦想

《资本论》曾指出:“如果有10%的利润,资本就保证到处被使用……有300%的利润,资本就敢犯任何罪行,甚至冒绞首的危险”。重复使用运载工具的尝试虽然屡战屡败,然而一旦成功的话,可能带来的利润何止300%。无论付出什么样的代价,人类对重复使用运载工具的摸索和尝试都不可能偃旗息鼓,只不过新世纪重复使用运载工具研制的主角,变成了太空探索技术公司。

马斯克一直有一个太空殖民的梦想,希望有生之年能移民开拓其他行星。要实现这一梦想,就必须能够廉价进入太空。太空探索技术公司研制可重复使用运载火箭,其实是梦想的基石。简而言之,无论是作为一个商人,还是作为一个梦想家,马斯克都执着地追求火箭的重复使用。

猎鹰9号火箭的发射成功,证明一家商业公司也能研制出中型运载火箭,从而为太空探索技术公司踏足可重复使用运载火箭领域奠定了基础。猎鹰火箭复用尝试的第一步,就是火箭第一级的回收和再次利用。

太空探索技术公司进行了从降落伞海上回收到海上平台降落在内的一系列试验,但都以失败告终。屡败屡战的执着固然难得,但更令人钦佩的是他们吸取失败经验教训快速改进提高的努力。

多次试验箭体再入大气层却空中解体,从而发现无控再入行不通后,他们增加了冷气RCS做姿态控制,并使用发动机二次点火减速,实现了受控完整再入。接下来,他们实现了第一级火箭大气层内的点火减速,随后又完成了完整坠海。随后,他们又专门改装了海上平台,供猎鹰9号火箭第一级在海上着陆。即使有蚱蜢试验器多次垂直起降成功的经验,猎鹰9号火箭的海上降落仍然连续以失败告终,但他们持续改进液压系统和格栅舵,距离最后成功只有一步之遥。

这次成功的着陆试验更是艰难。先有6月猎鹰9号火箭发射失败的打击,11月又面对蓝色起源公司新谢帕德火箭垂直降落成功的压力(参见《火箭垂直回收,居然不是SpaceX?》一文),太空探索技术公司的工程师迎难而上,决定在大幅改进的猎鹰9号V1.1全推力(FT)版本的首次发射中,挑战火箭第一级的陆上着陆试验。

陆上着陆试验和海上发射试验又有所不同。海上发射试验是飞行弹道前向降落,而陆上着陆试验需要转向飞返发射场,实际难度还要更大。此外,着陆失败的话,其影响也远比海上平台着陆失败大得多。正因为如此,太空探索技术公司直到上周五才拿到了美国联邦航空管理局(FAA)和美国空军第45太空连队发布的陆上着陆许可。

12月22日,SpaceX发射猎鹰9号火箭及回收一级火箭的视频回放。视频来源:SpaceX

虽然公司创始人伊隆·马斯克(Elon Musk)定居火星的野心引起了公众的广泛关注,不过主飞地球轨道的主力火箭猎鹰9号才是SpaceX飙升到如今地位的原因。在这枚火箭上,SpaceX寻求每一次改进火箭的机会,印证了该公司剑走偏锋和不断创新的精神。

Block 5能够改变这一点。这枚火箭经过了多项升级,旨在缩短每次发射之间所需的翻新和周转时间。比如,在火箭从太空返回时用于引导飞行方向的栅格翼,由原来的铝合金改成了钛合金,这样就不会在返回地球的过程中再被烧着了。火箭发动机也有了新的隔热层,在闯入大气层时可以防护高温。将发动机固定在火箭底部的结构,现在也改用螺栓固定,而不是焊接,更方便拆卸和检查。

此外,SpaceX还曾数次尝试回收猎鹰9号的前端锥形体,如果成功的话这些价值600万美元的设备就可以被重复使用。但目前为止,那艘用来回收前端锥形体的船只还未成功过。马斯克之前还表示,想要重复使用猎鹰9号的二级火箭,但是公司目前为止还没有在轨道发射期间尝试回收上级火箭。

龙飞船的试飞,可谓意义深远。自美国航天飞机2011年退役后,美国就失去了自主的载人航天能力,龙飞船的试飞成功,标志着美国在时隔8年后,再次拥有的天地运输能力,重新回到第一梯队。

复用的经济性

22日上午猎鹰9号火箭第一级的成功着陆,让无数航天爱好者热泪盈眶。尽管这次试验还只是八字第一撇,距离实现火箭的重复使用还有很长一段距离,要证实这种复用方式的经济性更是遥遥无期,但从航天飞机梦想破灭以来,重复使用火箭新尝试的成功,我们等了实在太久。

话说回来,猎鹰9号的重复使用,到底能降低多少成本呢?

起飞级复用绝非太空探索技术公司的原创,美国曾有一家名为StarBooster的公司,计划使用可重复使用的飞回式液体助推器,据称发射成本可以降低30%左右。

据推测,猎鹰9号火箭梅林-1D发动机的造价在80万到100万美元之间,那么第一级9台发动机的总成本不过900万美元。有些推测认为,火箭第二级一台梅林-1D真空版发动机外加导航制导控制系统的总成本可能在2000万到2500万美元。再加上官方网站猎鹰9号火箭发射报价6100万美元的数据,可以推测,猎鹰9号第一级箭体本身造价不菲。这就是猎鹰9号不仅回收发动机,也要回收箭体的重要原因。

根据马斯克的说法,猎鹰9号火箭和其他火箭设计有所不同,第一级占去了全箭大部分成本。这一点看来绝非虚言,但也意味着猎鹰9号第一级的重复使用可以降低更多的成本。即使以StarBooster对比推断,猎鹰9号火箭第一级重复使用也有望将成本降低40%甚至更多。

猎鹰9号火箭还在研究第二级的受控再入和着陆,并计划最终实现第二级的重复使用。根据太空探索技术公司参与国际会议公布的指标,该公司的中期目标是通过火箭的重复使用,将猎鹰9号的发射报价降低到600~700万美元,也就是现有发射价格的大约1/10。这将对航天发射市场构成空前冲击,但发射成本的降低,更可能极大地激活空间应用市场,让人类空间活动进入一个大发展的时期。

这段视频展示了未来载人龙式飞船发射的场景,不只要实现一级火箭的回收,更要实现全部火箭的回收,进一步降低航天发射的成本——这是SpaceX公司未来的目标。视频来源:SpaceX

前面提到,猎鹰9号火箭发射报价高达6100万美元,但燃料成本只有20多万美元,那么600万美元的发射价格还是太贵了些。马斯克曾经雄心勃勃地表示,通过火箭重复使用,有望在远期将火箭的发射成本降低到现有水平的1/100——这是一个和当年航天飞机一样极具雄心的目标。如果他真的能实现这个目标,载人登月乃至移民火星都不再是幻想。

过去十几年时间里,太空探索技术公司创造了一个个奇迹。让我们期待他们在未来能创造新的奇迹,开始人类迈向星际时代的第一步。(编辑:Steed)

虽然这种做法让NASA及一些供应商有些头疼,但持续不断的改进让SpaceX得以最大限度地发挥这款火箭的性能。定期升级默林引擎,减轻材料重量,使用超级冷冻火箭燃料最大限度地提高燃料密度,通过诸如此类的种种举措,猎鹰9号现在的运载能力比它2010年6月首飞时已经翻了大约一倍。首飞以来的50多次发射中,很少有哪枚猎鹰9号相比上一次发射没有任何变化。

如果这些改进真能缩短猎鹰9号的周转时间,SpaceX一直鼓吹的节约成本大概就终于能够实现了。Block 5还一举提升了猎鹰9号的性能,无需再作任何重大升级。所有这些加在一起,可能带来更大的利润,或许有助于SpaceX把一部分资金投入更多雄心勃勃的项目,比如发射成千上万颗卫星提供网络接入服务,或者建造巨大的新型火箭BFR,带人类前往月球和火星。

SpaceX发射的或开发的其他航天设备也是可回收的。比如,之前,公司曾成功发射过一枚回收的龙飞船,以及今年2月份在一次大型发射期间,猎鹰重型上的核心推进器中三枚猎鹰9号一级火箭中的两枚成功回收。

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一直以来,SpaceX都为猎鹰9号设立了这样一个目标:制造力所能及的最完美、最高效的轨道火箭。现在,该公司终于要朝这一目标迈出最后一步,似乎要真正实现一级火箭的回收复用能力了。北京时间5月11日凌晨,SpaceX猎鹰9号火箭的Block 5构型将首次发射。马斯克曾经表示,猎鹰9号火箭的这次改进,将是这款火箭的最后一次重大升级。

betway必威官网手机版 6为了实现更实用的重复发射能力,Block 5构型的猎鹰9号火箭作了许多重大升级,包括使用更耐高温材料制作的黑色着陆支架。图片来源:spaceflight.com

还有SpaceX正在开开发的用来把人类送到火星上去、发射卫星、清理太空垃圾并在地上高度运载乘客的大型双子火箭飞船——BFR——也是可以重复使用的。

多年以来,美国向国际空间站运送人员和货物,均需要购买俄罗斯的载人航天服务。为此,美国需要为每个太空座位,花费8000多万美元。据了解,龙飞船可搭载7人,而俄罗斯的联盟号飞船和中国的神州飞船,座位数均为3个。龙飞船的座位数和当年的航天飞机旗鼓相当,又因为美国自我研制,可以想见,每个太空座位相较于俄罗斯的服务,便宜将不是一点两点。

betway必威官网手机版 7首枚Block 5构型的猎鹰9号火箭,被运往肯尼迪发射中心的39A发射台,进行发射前的静态点火测试。图片来源:SpaceX

赚钱去火星

马斯克称,Block 5构型的猎鹰9号火箭可以使用100次以上,只需要进行少量的翻新。这是一个乐观的预期,毕竟这些火箭飞行时会超过声速,要承受极端的温度和压力,会导致磨损。更何况,马斯克总是很夸张。更合理的数字是使用至少10次,这是SpaceX副总裁安迪兰‧伯特(Andy Lambert)的说法。即使只重复使用10次,也肯定会降低猎鹰9号的制造成本。

但是,想要省钱,只靠让火箭发射更多次是不够的。运营也必须要改变。SpaceX必须减少负责让火箭作好下一次发射准备的工作人员。“每个人都把飞机当作重复使用的范例,”航天咨询公司NexGenSpace总裁查尔斯‧米勒(Charles Miller)说,“大多数人都忘记了,并没有一大批人马来为航班的周转作准备。通常只有十几人。”NASA的航天飞机也可以重复使用,但它们每次飞行的费用高达10亿美元,劳工成本就是其中很大一部分原因。不过,既然Block 5构型的升级能够减少对长时间翻新的需求,这意味着SpaceX需要付出的劳动力成本也会减少。

长远来看,这会让SpaceX节省多少钱,目前还不清楚。他们不会提供任何有关劳动力成本的具体数字,但他们表示,猎鹰9号发射的基准价格将保持不变,也就是6200万美元。奥特里估计,一级火箭每一枚的制造成本介于3000万到4000万美元之间。而根据马斯克的说法,燃料费用只有几十万美元。如果该公司能够大幅削减人力成本,制造火箭的成本有可能降低一半。但奥特里认为这是不现实的,至少目前无法实现。他说,“我认为,现实中需要很长一段时间才能做到这一点。不过,节省1000万到1500万美元还是很容易做到的。”马斯克的估计也差不多:成本大约会降低30%。

如果SpaceX能够作到这一点,接下来要做的就是增加发射频率。发射次数越多,这家公司在一年内的盈利就越多。这件事情SpaceX已经在做了。在2017年,他们创下了一年发射18次的记录,超过了其他公司之前的成绩。而在2018年,到目前为止,他们已经完成了9次发射。去年的同一时间,他们只发射了5次。

所有额外的盈利都可以用于开发BFR,SpaceX将在洛杉矶港设厂建造这一超大型火箭。这些钱也可以用于制造数千颗卫星,需要在不久的将来被发射升空。该公司提出的星链项目(Starlink),刚刚获得美国联邦通信委员会(FCC)的监管许可。不过FCC要求SpaceX必须在未来6年内发射首批4425颗卫星中的至少一半,才能保住他们的许可证。猎鹰9号发射变得更加便宜,把如此数量惊人的卫星送入轨道才会更加可行。米勒说,“如果没有Block 5,我觉得他不可能负担得起如此规模的卫星发射。”

betway必威官网手机版 8虽然不像重型猎鹰首飞时两枚助推火箭同时着陆的场景这么酷炫,但Block 5构型的猎鹰9号首飞成功意义还要更大一些。图片来源:SpaceX

在今天的发射过程中,猎鹰9号成功地把SES-12送进了对地静止轨道。该卫星的运营商卢森堡的SES公司称,该卫星将为亚太地区的数百万用户提供数据和视频服务。

现如今太空产业的蓬勃发展,得益于2009年,奥巴马决定鼓励美国民营企业进军太空市场,推动太空活动商业化,进而有了NASA和SpaceX的合作。随后,各私人航空航天公司如雨后春笋般冒了出来,形成了国家力量和私人公司共同开发的新局面。

SpaceX对这款改进版的火箭抱有很大的期待。他们打算让每一枚Block 5一级火箭飞行10次,甚至更多次——后者只是马斯克的热切预期,信不信由你。由于SpaceX迄今为止回收的猎鹰9号火箭最多只重复飞行过一次,所以10次就显得尤为值得关注。另外,SpaceX希望可以把猎鹰9号火箭的复用准备时间从长达数月缩短到数周。

火箭配置不再变动

Block 5的另一个重要特点是,每一枚火箭都会保持大致相同的配置。马斯克说这是猎鹰9号火箭的最后一次重大升级,因为该公司现在主要着眼于BFR的开发。太空顾问劳拉‧福克齐克(Laura Forczyk)说,“这是SpaceX制造过的最完善的猎鹰9号火箭,未来也将如此。”

对此,NASA会很高兴:作为商业载人航天项目的一部分,Block 5将被SpaceX用来发射NASA的宇航员前往国际空间站。所以,制造这个版本的火箭,就是为了满足NASA严格的安全标准。NASA要求SpaceX至少7次成功发射Block 5,并且不对火箭配置作任何重大调整,才能认证它用于载人发射。这项要求尤为严格,特别是对这样一款已经发射过很多次的火箭来说。相比之下,NASA未来的太空发射系统(SLS)只要求试飞一次,就能获得载人发射的认证。而当年的航天飞机,更是在首次发射时就搭载了宇航员。奥特里说,“SpaceX正在经历一系列的苛求和改进,远远超过载人航天领域之前做过的一切。”

不过,发射NASA认可的火箭,并且保持配置不变,可能也有助于SpaceX获得新的客户。SpaceX的一大特色就是,每次发射的火箭都会有所不同,不断地在作改进和调整,这一点让航天业界很是困扰。NASA和以前的太空承包商一般不会在火箭设计中经常引入重大变化,有人认为快速迭代会带来更大的风险。但Block 5可以让这些评论家闭嘴了。这一点,再加上火箭增强的性能,可能意味着会有更多美国军方的载荷加入到SpaceX的发射清单上来。福克齐克说,“这会帮助他们获得他们一直想要拿到的美国国防发射合同。”

当然,SpaceX是不是真不打算再对猎鹰9号作更多改进了,这一点谁都不知道。马斯克倒是这么说过,但他最近又提出,该公司会想办法回收猎鹰9号火箭的上半部分,也就是二级火箭,而方法可能会用到巨大的派对气球。这意味着,猎鹰9号的设计又要作重大改变了。

想要了解Block 5带来的真正好处,还需要再过一段时间,但有一点是肯定的:如果SpaceX想要获得重复发射所带来的回报,这些火箭就必须要发射更多次。米勒说,“让火箭发射两次,算得上是突破,但想要得到好处,就必须得让它发射一次一次又一次。”(编辑:Steed)

SES是SpaceX的第一个委托其使用回收的猎鹰9号火箭发射卫星的客户。2017年3月30日发射的SES-10卫星,使用的也是回收的猎鹰9号一级火箭。

在未来,天地运输的成本将进一步降低。目前,另一家太空技术公司维珍航空已经开始预售太空旅行的船票,一张票25万美元。而亚马逊创始人贝索斯的蓝色起源公司也开展了太空旅游服务。而他们的飞船,均可以提供6个座位。据某投资人表示,近地轨道的太空旅行的成本,预计到2030年左右会降到3万美元左右,这样的价位,相信对很大一部分人来说,都具有吸引力了。

实现低成本、快速进入太空的方式是SpaceX取得巨大成就的必杀技。对于一个渴望有一天将人类送往火星的公司而言,这是必不可少的第一步。此外,锁定猎鹰9号火箭的设计不再大改之后,SpaceX可以把更多的精力和人才投入到未来的大型猎鹰火箭(BFR)及其飞船上。通过让每一枚Block 5火箭执行多次发射任务,SpaceX还可以把熟练工人解放出来,调去组装更大的火箭。

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因此,即将到来的Block 5火箭发射,标志着SpaceX公司创始阶段的终结。

而这,仅仅是开始,今年1月,马斯克在自己的微博上,晒出了SpaceX目前正在德克萨斯州博卡奇卡发射基地组装的星际飞船测试版的概念图,该飞船被命名为starship——星际飞船,即可实现星球之间旅行的宇宙飞船。

 

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迎难而上,抗过最惊险时刻

旧时代的利落仍旧新纪元的启幕,SpaceX为啥非要回笼拔尖火箭。如果说,有哪次猎鹰9号发射任务可以与即将到来的Block 5火箭发射相似,或许就必须回到2015年12月。两次发射都面临着极高的风险。在那次发射之前半年,即2015年6月,SpaceX遭遇了猎鹰9号火箭的首次失败。发射约150秒后,火箭第二级解体,搭载在火箭上的龙飞船及价值超过1亿美元的NASA货物全部损失。

SpaceX用了近半年时间来评估和解决问题,然后重新回到了发射台。那次发射,体现了他们在承担风险方面一贯的进取思路。作为失利后的首次发射,SpaceX使用了猎鹰9号威力更大的变体,称为猎鹰9号全推力版。这也全推力版的首次亮相。

betway必威官网手机版 112015年12月22日,在前一次发射失利的巨大压力下,猎鹰9号全推力版首飞成功。图片来源:SpaceX

这枚雄心勃勃的火箭比前代产品提高了约30%的运力,采用了更强劲的引擎和容量更大的燃料储罐,来容纳超级冷却的液氧和高精炼煤油。其他改进还包括升级的栅格翼和着陆架,前者能够在火箭返回穿过大气层时引导火箭的飞行方向。

不过,作为失利后恢复发射的首次任务,仅仅推出一枚完全改造的新火箭是不够的。SpaceX还在那次任务中第一次尝试了在陆地回收火箭,让一级火箭在佛罗里达的海岸垂直着陆。这就是SpaceX,永远在创新和前进。

betway必威官网手机版 12同样是在2015年12月22日,SpaceX第一次实现了一级火箭的垂直着陆回收。图片来源:SpaceX

当晚,在成功发射和回收之后,马斯克举办了新闻发布会。有记者问马斯克对这次任务成功有多大的信心,居然在推出新的火箭的同时还坚持要回收。

 “我对成功并不是完全有信心,但我真的很高兴。”马斯克回答说,“SpaceX已经创立13年了,我们遇到过许多惊险时刻。我想SpaceX的所有人都非常高兴。”

后来,马斯克告诉好友,正是这款猎鹰9号火箭让SpaceX在商业卫星发射竞赛中跻身前列,在许多业务中胜过了俄罗斯、中国和欧洲的国营火箭公司。更为强大的全推力版改进型,即Block 3构型的火箭,也让SpaceX得到了美国军方的青睐,开始发射更重的有效载荷。有了Block 3,马斯克感觉像是拥有了世界上最好的火箭。

 

在去年的国际宇航大会上,马斯克就发布过一款大推力火箭,名叫Big Falcon Rocket,简称BFR,意为“大猎鹰火箭”,命名真是简单粗暴。本次推特上所说的starship其实是BFR的上面那一级,而下面的火箭助推器叫做Super Heavy——超级重型,BFR并不过去火箭和飞船系统的放大版,而是更像火箭和飞船的融合体,仅上面的starship那一级,就可以实现地月飞行,加上super Heavy,可以实现地球——火星的飞行,以及更远的太空飞行。

现在,轮到Block 5登场了

马斯克的感觉没错。确实,SpaceX在2016年9月再次遭遇严重挫折,一枚猎鹰9号火箭在发射台测试中爆炸。业界开始流传一些声音,说SpaceX完全是夸大其词,说他们过于冒进和散漫,无法保证火箭的安全可靠。竞争对手称,如果火箭有不小的概率会爆炸,客户需要等若干年才能进入太空,那发射再便宜又有什么用呢?

betway必威官网手机版 132017年3月30日,SpaceX第一次使用回收的火箭再次进行航天发射。仅仅过去了一年,回收火箭再发射就已经成了猎鹰9号的常态。图片来源:SpaceX

但随后,Block 3及其继任者Block 4便开始大放光芒。2017年,SpaceX终于放出了大招,展示了更频繁发射低成本猎鹰9号火箭的能力。去年一年,Block 3和Block 4火箭总共执行了18次发射任务。截至目前,猎鹰9号火箭今年已经发射了7次。

现在,Block 5要登场了。这个全新构型包含了SpaceX预计所需的各种更改和升级,目的就是为猎鹰 9号火箭实现真正实用的可重复使用性能。

这些改进,反映出了SpaceX在2015年12月那次改变命运的发射之后学到的知识和教训。在那次成功回收之后,SpaceX陆续在陆地和海上回收了20多枚火箭,认真研究了一级火箭的结构、引擎和燃料箱的磨损情况。作为应对,Block 5进行了一系列改进,包括改善默林引擎周围的热防护罩,为减轻质量而省去部分部件的涂漆,更改支撑引擎的octaweb结构以便更快速地检查、翻新和测试引擎。

SpaceX公司的总裁格温‧肖特维尔(Gwynne Shotwell)和其他高层表示,他们最初的目标是让每一枚Block 5火箭无需重大整修就能发射10次,并将一枚火箭两次发射的时间间隔从数月缩短到数周。在航空航天业中,对火箭第一级的这种快速重复使用是闻所未闻的。但SpaceX未必就做不到这一点。

 “从我跟SpaceX打过的交道来看,他们应该是已经实现工程目标了。”商业航天分析专家卡里萨·克里斯坦森(Carissa Christensen)说,“他们以前也设定过胆大妄为、雄心勃勃而又令人振奋的目标。如果SpaceX说这是工程目标,纯粹基于以往的经验,说他们实现不了目标就太不过脑子了。”

不过,既然SpaceX已经用可以使用两次的火箭占据了商业航天的一大块份额,那么一枚能发射更多次的火箭又会有什么额外的影响呢?

 

BFR系统将取代SpaceX的支柱火箭——猎鹰9号。SpaceX公司每发射一枚猎鹰9号火箭收费约6200万美元,这枚火箭可以将重达25吨的有效载荷送入近地轨道。而马斯克预测,同样大小的有效载荷,starship的成本将“至少便宜90%”。同时,BFR一次可以搭载100名乘客,或者100吨货物,折算下来,每名乘客去火星的费用,将降至50万美元,甚至是10万美元。

降低发射成本

答案取决于几个问题。SpaceX会为Block 5火箭的每次发射开价多少?SpaceX整修Block 5火箭需要花费多少?如果SpaceX降低发射价格,未来对其发射的需求会不会增加?

在价格方面,SpaceX并不打算在原有猎鹰9号火箭发射价格的基础上给Block 5打折。公司发言人詹姆斯·格里森(James Gleeson)说,“(价格)没有变化。”也有人猜测,SpaceX最终可能会将Block 5的发射价格降低20%至40%,从标准猎鹰9号每次发射的6200万美元降至4000万美元。

但目前来看,SpaceX并没有立即降低猎鹰9号的发射价格。他们已经拥有了世界上发射成本最低的轨道火箭。如果再降低价格,马斯克就是在贱卖自己了。

可能会有一个潜在动机,能让SpaceX降低猎鹰9号的发射价格,那就是增加整体的客户数量。如果进入太空的成本降低,更低的门槛是否会带来更多的需求?

大幅度降低发射成本或许能够推动太空中除了科学、电视和观测卫星这些传统领域以外的商业项目。包括SpaceX在内的一些公司正在开发技术,打算用成千上万颗卫星组网,从低地轨道提供网络连接。更便宜的发射也可能有助于太空太阳能发电项目的商业化实现,不过这项技术目前还远没有成型。

赖斯大学太空研究院院长戴维·亚历山大(David Alexander)指出,日本已经宣布了将近10亿美元的航天技术创新基金,中国、英国和欧洲其他国家也正在推动从低地轨道获得更多的遥感观测数据。

“我认为最大的好处是,它能够为广大航天企业家提供更加宽广的入行机会。”亚历山大评论道,“降低太空发射的成本只会加速这一点。”

betway必威官网手机版 142012年至2016年美国及全球卫星发射市场的增长。图片来源:Satellite Industry Association

不过,成本降低似乎不太可能立杆见影推动发射需求的增长。多位专家指出,向低地球轨道和地球同步轨道发射大型卫星的市场一直相当稳定。由于这些卫星的成本非常高,在发射上节省1000万或是2000万美元,可能不会显著增加它们的发射数量。

克里森斯坦说:“我认为发射成本减半不会产生巨大的影响。需求可能会受到较低价格的刺激,但太空是昂贵的,发射成本仅仅是其中的一小部分。”

 

我们可以看到,航天航空产业的主导者将不再只有国家力量,未来,更多的民营航天技术公司也将参与其中,无数像马斯克一样有着远大梦想的企业家,也将投身到无限前景的太空产业当中。在不久的未来,以BFR为代表的火箭发射成功,将成为人类历史的一个重大节点,届时大航天的时代,将真正向我们全体人类走来。

betway必威官网手机版,大概……能够盈利了吧

多个消息来源称,SpaceX有可能降低猎鹰9号火箭的发射价格,以进一步给包括联合发射联盟(ULA)在内的美国、中国、俄罗斯、欧洲及其他地方的竞争对手施加压力。但是,这些竞争对手都不可能退出市场,至少短期内不会。在美国,ULA依然是政府信赖的合作伙伴,而其他的航天大国也都不可能很快放弃太空发射产业。

尽管有这些潜在的激励作用,SpaceX依然会在一段时间内保持猎鹰9号火箭的发射价格不变,通过这10年来在重复使用等方面的投资创新来为自己盈利。这样做是有道理的,因为SpaceX能不能凭借现有的价格,通过只能发射一两次的猎鹰9号火箭来实现盈利,目前尚不清楚。

有专家表示,SpaceX目前拥有超过6000名员工,而仅仅是支付工资,以及在加利福尼亚、得克萨斯和佛罗里达等其他地方维持大型设施的运转,每年可能就需要耗资10亿到12.5亿美元。以每次发射6200万美元的价格来计算,SpaceX每年需要发射20次才能赚回成本。而这还是建立在火箭成本为零这样一个不切实际的前提之上的。

betway必威官网手机版 154月18日,猎鹰9号火箭为NASA发射了TESS卫星。这也是SpaceX建造的最后一枚Block 4构型的火箭。图片来源:SpaceX

过于简化的计算表明,SpaceX迄今仍然能够维持其低廉的发射价格,是因为NASA为其开出的商业货运和载人服务合同。因此有理由相信,至少在一段时间内,SpaceX可能会把重复使用火箭带来的“红利”放入自己的腰包。显然,随着该公司加大BFR的生产,他们势必需要更多的资金。

 

疯狂马斯克

自航天时代开启以来,除了航天飞机的部分部件以外,每一枚轨道火箭在发射之后都被抛弃了。只有航天飞机掌握了重复飞行的技术,发现号航天飞机创下了发射并着陆39次的记录。然而,即使NASA也从来没能大幅缩短航天器着陆与发射之间的周转时间,通常都需要间隔6到12个月的时间。(最短纪录诞生在1985年,亚特兰蒂斯号航天飞机的第一次和第二次飞行仅相隔54天)。更重要的是,航天器的翻修费用十分昂贵,在整个生命周期里,航天飞机每次飞行的成本平均为10亿美元。

SpaceX有机会改变这种模式,真正实现快速、可重复使用、低成本的航天飞行。如果Block 5能够取得成功,那么在不到10年的时间里,SpaceX就将从一个从来没有发射火箭进入过太空的公司,一跃而成为开发出有史以来最高效轨道火箭的公司。

猎鹰9号火箭的成功,不仅让SpaceX在商业发射市场中的份额不断增长,也几乎推动了SpaceX的所有竞争对手竞相开发新的火箭。猎鹰9号还推动了其中一些公司开始研究火箭的可重复使用性。

不过,对于SpaceX而言,他们已经赶上并超越了其他竞争者,现在是时候继续前进了。当然,他们会留下一部分员工继续制造少量新的Block 5火箭。不过,如果一枚火箭可以发射10次,对于新火箭的需求每年又会有多少呢?

betway必威官网手机版 16SpaceX已经花费了近10年时间来不断完善猎鹰9号火箭(左2)。现在,是时候放下猎鹰9号,把目光投向更大型的BFR火箭(左4)了。图片来源:SpaceX

因此,SpaceX计划将目光投向更大型的BFR,这款超重型火箭未来有一天能够帮助人类在太阳系的其他天体上定居。一位消息人士对这种显而易见的疯狂感到惊讶——为什么SpaceX想要淘汰自己目前的主力产品?

SpaceX的历史或许可以回答这个问题。本世纪初,有人对马斯克说,他永远不可能用私人资金造出轨道火箭;后来,又有人对他说,让火箭在船上着陆是疯狂的;再后来,有人告诉他把3枚火箭绑在一起同时点燃27台引擎太过鲁莽。而事实上,伊隆·马斯克并不在乎别人认为他有多疯狂。

也许淘汰掉花费10年时间来完善的猎鹰9号火箭确实是一个疯狂之举,不过SpaceX本就不是一家为了满足股东们而设立的公司。SpaceX只有一位大股东,而他的梦想就是去火星。管他呢!(编辑:Steed)

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