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馬斯克臥薪七年改寫歷史首飛成功!

來源:航天新觀察 2018-02-09 09:51中國投資咨詢網 A-A+

  假如宇宙中存在地外生命,假如地外生命對地球人類的活動了如指掌,從今天開始,他們或許會注意到,在地球與火星之間的軌道上,出現了一枚通體紅色的新物體。

  地球上,它被稱為汽車,是一種將能源轉化為動能從而驅動位移的機器。與基于相似原理飛出地球大氣層的第一顆人造衛星Sputnik1相比,它的誕生足足早了70多年。

  千百年來,在地球人類為擺脫空間約束、實現自由運動而嘗試的種種努力中,太空飛行一定是最為醒目的,其基礎為運載火箭。

  把這輛紅色特斯拉汽車發射到宇宙空間的火箭,是繼上個世紀阿波羅登月火箭“土星五號”(SaturnV)之后最為強大的航天運載工具:“獵鷹重型”(FalconHeavy)。

  ——它能將貨物和人員送上月球,甚至火星。

  一年前你要是告訴我:下一個飛往火星的人造物體是一輛播放著搖滾音樂的特斯拉敞篷跑車,載了一位叫Starman的仿真宇航員,他帶著毛巾和一本《銀河系漫游指南》,而他面前的液晶屏上寫著來自這本書的忠告:DontPanic(不要恐慌)……估計連科幻小說都不敢這么寫。

  一

  實事求是才是硬道理

  整個業界都在等待這枚火箭的沖天一躍。畢竟,距離首次宣布發射計劃的時間已經過去5年了。

  北京時間2月7日4時45分,數次推遲首飛的“獵鷹重型”終于從卡納維拉爾角升空。隨后,SpaceX公司CEO馬斯克在Twitter上分享了發射成功、助推器垂直著陸的消息。按照他此前“只要別在發射臺上炸毀、就算試飛成功”的標準來衡量,這簡直是一次完美的首飛。

  LEO(近地軌道)63.8噸,GTO(地球同步轉移軌道)26.7噸,Mars(火星軌道)16.8噸——“獵鷹重型”穩穩地摘下了世界現役火箭運載能力的金牌。

  為它提供高達22819千牛起飛推力的,是同時工作的27臺梅林(Merlin-1D+)發動機。這讓“獵鷹重型”也成為了目前世界上發動機數量最多的火箭。

  梅林發動機的性能并不出眾。作為一家創立于2002年的商業航天公司,SpaceX曾試圖從老牌航天強國俄羅斯購買發動機,未果——大概是太貴了。最終,在高性能的高壓補燃循環發動機與性能較低的開式循環發動機兩種自研方案之間,他們選擇了后者,堪稱有多大能力辦多大事的典范。

  “SpaceX不追求技術上的高大上,而是注重通過創新的方案設計實現性能最優和成本最低,體現了腳踏實地與勇于創新的完美結合。”一位業內人士評價說。

  推力不足,數量來補。“人多力量大”式的發動機并聯思路,被外界認為風險較高。在傳統設計理念中,為避免多發動機耦合振動導致火箭可靠性下降,火箭一子級發動機數目通常控制在10臺以內。上個世紀六七十年代,第一級使用30臺發動機的N-1火箭4次試飛均失敗,蘇聯的登月夢想隨之落空。

  顯然,“獵鷹重型”通過先進的動力冗余技術和模塊化設計,解決了發動機數量與可靠性之間的矛盾。

  同樣,在箭體設計上,“獵鷹重型”突破了“要保證控制系統穩定、長細比不能大于16”的常規思路,火箭長細比(長度與直徑之比)接近20。換句話說,3個3.6米直徑的火箭模塊并聯,實現了通常觀念中“大芯”才能獲取的強大運載能力。這不僅使得這枚火箭呈現優雅頎長的外形,也提供了構建“大火箭”結構的另一種路徑。

  這是系統科學思想所創造的技術碩果與工程美感。

  中國航天的開創者錢學森在上個世紀50年代提出:用不完全可靠的元器件,能夠組成一個可靠運行的系統。今天SpaceX的商業航天實踐再次證明:即便是不夠強大的元器件,也能集成為超級強大的巨系統。

  當然,實現這一目標的前提在于,擁有創新的設計理念、高超的設計能力和敢于突破陳規的勇氣。

  二

  不賺錢的商業航天都是耍流氓

  不賺錢的商業航天都是耍流氓。誰家能賺錢,先得比比誰更能省錢。

  以火箭回收為標志,“獵鷹”一直在證明自己的多快好省。“獵鷹重型”繼承了“獵鷹-9”成功實現的發動機推力調節、推進劑管理、高精度姿控、熱防護、著陸支撐結構等自主可控回收關鍵技術,此次發射后3枚一級火箭全部回收,火箭一子級助推器分離和一二級分離均采用可重復使用的“冷分離”機構,一、二子級發動機也進行了可重復使用設計。簡而言之,它渾身都是寶,下次還能跑。

  就連這枚“獵鷹重型”本身也是一枚“半二手”火箭,一子級的兩個助推器均由以往發射任務回收的“獵鷹-9”火箭通用芯級改裝而成。“芯級變助推”的模塊化、通用化設計,可以最大限度地共用生產設備和零部件,省錢。

  可重復使用技術日漸成熟,全球具備該領域技術儲備的航天機構不止一二。但是,不差錢的機構們還在無休止地論證,而SpaceX已經大刀闊斧地去干了。這就是民企的商業動力,值得尊重,發人深省。(請允許我向那些鄙視企業賺錢的人表達我森森的鄙視!)

  航天飛機退役后將重心轉向深空探測的NASA,把近地軌道留給了民營企業。但后者的野心不止于此。隨著“獵鷹重型”的成功,民企的發射能力從近地軌道、中小型載荷拓展到了火星軌道、大型載荷。

  盡管業內對于回收復用能否實現低成本仍存懷疑——比如,可重復使用部件的檢修代價多大?馬斯克對外公布的數字是否有泡沫?“獵鷹重型”目前發射報價僅9000萬美元,折合近地軌道載荷每公斤1410美元。與各國主流火箭每公斤數萬美元的現價相比,簡直就是白菜價!

  業內人士認為,SpaceX重型火箭的確實現了低成本的話,意味著商業航天很可能成為主流的運載火箭,將對全球運載市場造成巨大沖擊。

  三

  這些年,馬斯克吹過的牛

  天下火箭,唯大不破。大,可以將人與貨物發射更多、更遠——到月球,到火星。

  馬斯克想上火星,地球人都知道。國際宇航聯大會上,他的演講時段特意單獨進行,因為太多人想聽聽這位航天明星“讓人類成為多星球生存物種”的藍圖是多么吸引人,或者,不靠譜。

  在他的構想中,將人類送上火星的運輸系統叫“星際運輸系統”(InterplanetaryTransportSystem,簡稱ITS),由可重復使用的飛船和BFR火箭構成。后者有個很好記的非正式名稱BigFuckingRocket(他媽的大火箭),因為它實在是大:近地軌道運載能力550噸,為“土星五號”的4.7倍,“獵鷹重型”的8.6倍。

  2022年發射貨運飛船,未來10年內實現人類移民——飛向火星的時間表已經很緊張了,盡管它超前得讓人不敢相信。可是,有什么是不可能的呢?馬斯克說:“福特造出便宜、可靠的汽車時,人們問,馬車怎么就不能用了?那是一個巨大的賭注,而福特成功了。”

  馬斯克繼續規劃,這一星際長途運輸工具同樣可用于地球旅行。登船、發射、進入地球軌道,BFR能將乘客在1小時內送抵地球上任意地方:香港到新加坡22分鐘,倫敦到迪拜29分鐘,洛杉磯到多倫多24分鐘。

  將出行路線進一步降低至地表,馬斯克2013年提出了Hyperloop計劃,打造在真空管道中奔跑的“超級高鐵”,時速可達1290公里,從華盛頓到紐約不到30分鐘。

  乍聽上去真不靠譜啊……不過,用于BFR的更大推力甲烷燃料發動機Raptor已于2016年9月點火測試成功,“超級高鐵”也在拉斯維加斯的沙漠中完成了幾次短距實測,首條客運線路可能2021年投入運營。而“獵鷹重型”的首飛成功,又在SpaceX證明自己“不是PPT公司”的路上增加了一枚有分量的砝碼。

  所謂牛人,就是把自己吹過的牛一個個實現的人。

  四

  科學技術的極致浪漫

  回到“獵鷹重型”。別忘了,它正在把一輛櫻桃紅色的特斯拉跑車送上地火轉移軌道。

  鄉愁是一條長長的橢圓軌道,火星在這頭,地球在那頭。套用地球詩人的句子,我們未來在火星上生活的后代大概可以這樣描述這條連接地球故土與火星新家園的深空飛行軌道。

  通過這樣的轉移飛行,數十枚探測器到達了火星地表或環火星軌道。目前繞火星工作的探測器仍有6枚:美國的“火星奧德賽”(MarsOdyssey)、“火星勘測軌道飛行器”(MarsReconnaissanceOrbiter)和“火星大氣與揮發演化探測器”(MAVEN),歐空局的“火星快車號”(MarsExpress),印度的“曼加里安火星探測器”(MarsOrbiterMission),以及歐洲和俄羅斯聯合研制的“微量氣體軌道器”(TraceGasOrbiter)。

  很遺憾,人類第一輛飛上太空的汽車很難加入它們的行列。作為“獵鷹重型”首飛載荷的特斯拉汽車,并不是一枚具備推進與制動功能的飛行器,無法通過動力減速從地火轉移軌道進入火星軌道。未來的日子里,它很可能在地球與火星之間來回穿行——如果要給這段旅行加上一個期限,按照馬斯克富有詩意的說法,它會一邊播放著“太空怪談”(SpaceOddity)歌曲,一邊在太空中遨游億萬年。

  汽車電能耗盡之前,這首在1969年地球人首次登月3個多月后面世的經典歌曲里,英國搖滾歌手大衛·鮑伊(DavidBowie)會一遍一遍吟唱“地面指揮呼叫湯姆上校(GroundControltoMajorTom)……”

  湯姆上校是歌手假想的一位宇航員。執行完一次充滿風險的太空飛行任務后,他隨失聯飛船迷失在了宇宙深處。作為全球商業航天的領軍人與開拓者,馬斯克像宇航員一樣勇敢前行卻從不曾迷失。對于自己無比宏偉的目標,他的計劃清晰、堅定而充滿激情。

  火箭首飛試驗,通常會裝點鐵疙瘩作為載荷。守界限制了我們的想象力,而跨界的馬斯克選擇了自己的另一個跨界產品,汽車。對于這位同時在航天、電動汽車、太陽能等多領域縱橫馳騁的科技狂人,業內人士感慨:“他每次都將某個行業之外的技術用于改變這個行業,這種跨界創新可能會成為當今社會科技創新的一個主流方向。”

  關于這枚特殊載荷,很多人說是一次前無古人、后難有來者的廣告營銷。也許我們忽略了一個事實:由于不再需要氧氣燃燒參與動力供給,電動汽車實際上就是一種能夠在無氧氣星球表面運行的交通工具。石油產品作為汽車必需燃料的阿波羅登月年代,宇航員不得不使用以變推力火箭發動機打造的月球車,而隨著電能驅動汽車技術成真,只要太陽能獲取充足,汽車完全可以在人類變成“多星球生存物種”之前成為“多星球交通工具”——馬斯克此舉,是否為未來月球人、火星人將特斯拉用作出門標配而預熱?

  當然,我更愿意視之為一次單純的浪漫主義表達。自從阿姆斯特朗在月球上邁出了“人類的一大步”,以航天為代表的現代科學技術賦予我們最寶貴的精神滋養,就是極致的浪漫主義、理想主義與英雄主義。

關鍵詞:首飛 馬斯克
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