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本期概述
SpaceX回收火箭“猎鹰9号”详解
中国载人航天工程进展如何?
“硅谷钢铁侠”埃隆·马斯克是谁?
/栏目经理/邵胜义
— 阅读本集的文章—
01 马斯克:火箭为何不能重复使用?
今天继续上期,我们来聊聊人类首次商业载人航天。
上一期提到,SpaceX自主研发的飞船和火箭有很多突破性的创新,但最让NASA印象深刻的是它的核心优势:——。就是一个字。它可以以约5000万美元将宇航员送入太空,比俄罗斯便宜一半左右。
为什么SpaceX能够降到这个价格,并拥有如此巨大的价格优势?简单来说,就是一项名为“可重复使用火箭”或“可回收火箭”的创新技术创造,其核心来自于
在SpaceX完全开发出这项技术之前,人类发射的所有火箭都是一次性的。火箭推进器的成本非常高,这种“一次性”的浪费自然会是巨大的。但几十年来,人类在太空探索的过程中一直都是这样做的,一枚火箭只能使用一次,就像没有人想到为火箭设计一个“倒档”一样,而且“这辆车”也只有一前进档。
SpaceX为何要制造“可重复使用”或“可回收火箭”?其实来自埃隆·马斯克。埃隆·马斯克是一个标新立异的人,特别擅长打破规则,并且愿意通过问“为什么不呢?”来回答很多问题。
计算表明,一次火箭发射的燃料成本仅为2%左右。这意味着大部分成本都投入到火箭本身,这当然会产生大量浪费,因为它是一次性的。所以埃隆·马斯克问道: “为什么不设计一个可回收的火箭呢?”
SpaceX 在德克萨斯州麦格雷戈测试新型火箭发动机和火箭
但当马斯克第一次提出这个想法时,却面临着无数的讽刺。其中包括众多专家、天体物理学专家、航空航天专家,甚至美国首次登月英雄——阿姆斯特朗的提问。他们都认为马斯克疯了,这是一个令人发指、完全不可能的想法。火箭如何回收和重复利用?这种几乎压倒性的反对,其实就是SpaceX成长的环境。
该公司成立于2002年,当时只有三名创业型员工,但在过去的18年里,尽管存在一些质疑,但它却一步步成长。 18 年后的今天,他们让这一夸耀成为了现实。 ——采用自主研发、设计、制造的可回收大型火箭“猎鹰9号”,用于将宇航员送入太空。猎鹰9英寸火箭是具有重大技术创新的新产品。
发射与以前的所有火箭类似,火球从尾部后面向上射出。着陆和回收是必看的,第一次看到它时,你可能会误以为这是视频特效剪辑师的反向镜头。你第一次看到火箭下降,尾部喷出火焰,慢慢降落在一个平台上,并站在那里。这是猎鹰系列火箭令人惊叹的受控软着陆回收过程。
猎鹰9号火箭在海上平台安全软着陆
既然可以回收再利用,自然就降低了成本。而且这个成本越来越低,马斯克甚至认为未来火箭发射的成本将是传统发射方式的1% 左右。
因为如果你想想SpaceX,包括马斯克先生本人,他们最终的理想和目标就是将人类送上火星,而且不仅仅是将人类送上火星,甚至殖民火星。作为移民,一定数量的人需要前往火星才能生存和发展,但马斯克相信至少有数十万人,甚至可能有数百万人需要前往那里。是的。
SpaceX于2017年发布了登月火箭的蓝图
根据NASA此前的测算,将宇航员送往火星的成本约为10亿美元。你想一想,如果我们要送几万人甚至几十万人去火星,这么高的成本谁都承担不起。因此,马斯克认为,决定性降低载人航天成本的唯一方法就是通过使航天器可回收和可重复使用来降低成本。
02 连续三次发射失败后,SpaceX是如何恢复的?
当然,像“回收火箭”这样颠覆人类几十年传统的新技术,创新不会一蹴而就,也不会一帆风顺。 SpaceX迄今为止的历程充满了挫折和挑战,其成长史也可谓一部冒险史。
每一次的上线都是一个迭代升级的过程
2006 年,SpaceX 的第一枚可回收火箭原型名为“猎鹰1”,是一款轻型火箭,但在首次测试发射时失败。 2007年和2008年又进行了两次试射,但都失败了。
阿莫斯6号任务失败
当时,连续3次上市失败已经几乎耗尽了该公司账上的现金,随时可能破产。幸运的是,第四次发射最终成功了,第四次发射扭转了局面,赢得了NASA 的货运服务订单,公司一下子又复活了。
然而,当时的第一个产品猎鹰一号是一款轻型火箭,其有效载荷太小,无法将航天器和宇航员送入太空。所以,未来我们会进行重型运载火箭的研究,那就是今天大家看到的猎鹰九号系列。轻工作和重工作有巨大的区别,毫无疑问,你总会遇到问题,遇到困难,必须解决它们。
“猎鹰一号”火箭
但你可以看到SpaceX是一家产品迭代非常快、技术创新也非常快的公司。现在,这次乘坐龙飞船2号将两名宇航员送入太空的火箭被称为“猎鹰9号Block 5”,事实证明它是第五代产品。第五代产品“Block5”于2018年5月首次发布,距今整整两年。
算上此次送入太空的两名宇航员,两年来共进行了29次发射,全部成功。成功率100%!从成功率来看,“猎鹰9 Block5”已经可以称得上是一个比较成熟的产品了。
Falcon 9 Block 5 设计可重复使用10 至100 次
03 可回收火箭“猎鹰9号”很神奇吗?
我们再多谈谈“猎鹰9号”火箭。因为这是SpaceX目前的一大亮点。
首先,关于两级火箭,我之前在讲阿波罗登月时谈到了火箭级的概念。也就是说,火箭被分成几部分,逐一向上发射,这就是多级火箭。猎鹰9号是两级火箭,但底部的第一级推进器可以回收再利用。
龙飞船与猎鹰9号火箭分离
第一级推进器是发射时靠近地面的部分,而第一级推进器推力大且价格昂贵,因此回收成本极高。而且,通过这项新技术,火箭顶部的整流罩也可以回收,只剩下中央的副推进器暂时无法回收。因此,每次发射都会消耗辅助推进器,这使得“猎鹰9号”可回收、可重复使用。
回收的猎鹰9号第一级推进器降落在海上的浮动平台上。
在定义它时,它被归类为“重型运载火箭”。什么是重型运载火箭?在区分有效载荷能力时,火箭根据其将多种货物运送到“近地轨道”的能力分为不同类型。大型火箭可以运载20到50吨的货物进入近地轨道,其次是有效载荷小于20吨的中型火箭,当然再往下就是轻型火箭。它是一枚有效载荷不到2吨的小型火箭。
猎鹰9 号是一种重型运载火箭,在近地轨道上的有效载荷约为23 吨。当然,这将是一次性发射,无需回收第一级推进器,它将能够将23吨的货物送入近地轨道。如果第一级推进器回收,有效载荷将略微减少至17吨左右,因此基本上介于中型和重型之间。
与我们国产火箭相比,“猎鹰九号”基本上是和我们“长征五号”系列同一级别的产品。 “长征五号”是我们的主力大型火箭,低轨有效载荷为25吨,基本上比“猎鹰九号”略大,与“猎鹰九号”处于同一水平。目前知名的重型运载火箭包括欧洲航天局使用的阿丽亚娜5号和美国使用的德尔塔4号,俄罗斯也有自己的重型运载火箭。
长征5天
但值得注意的是,在所有这些重型运载火箭中,只有猎鹰9号可以回收并重复使用。这是一个巨大的优势,因为它可以立即降低成本。世界各国都需要发射航天器,特别是卫星,而中国的“长征”系列火箭也经常被各国用于商业发射。因此,这将是SpaceX在未来市场竞争中的核心竞争优势。
04 登陆月球或火星需要超重型火箭
除了通过回收降低成本外,猎鹰9 号还具有模块化组装的优势。 SpaceX 将三枚猎鹰9 号组合在一起,组成了一枚大型火箭,名为猎鹰9 号重型火箭(中文直译为“猎鹰9 号重型”)。不过这个译名其实有点让人费解。这是因为之前我们谈到了大型运载火箭的概念,可以将20到50吨的货物送入近地轨道,但猎鹰9重型运载火箭在近地轨道的有效载荷能力大约达到了65吨。
“猎鹰9”家族,左一是猎鹰9重型
正如我前面提到的分类,在近地轨道运行的20吨至50吨的火箭称为大型火箭。有效载荷65吨,被称为“超重型火箭”,是目前世界上唯一运行的超重型火箭。为什么它是唯一的一个?说白了,超重型火箭太贵了,没有必要。
“猎鹰重型”低轨道有效载荷脱颖而出
你可以想象,超重型火箭的历史上曾经有过一个黄金时代,当时美国和苏联争夺霸权并登陆月球。美国用来发射阿波罗宇宙飞船的土星五号火箭是当时人类历史上最大的超重型火箭。它在近地轨道上的有效载荷为140 吨,使其成为一种可怕的野兽,但制造成本也高得离谱。冷战结束后,没有人登上月球,所以超重型火箭的用处不大,一一退役。
不过,近年来,美国提出了重返月球,中国也在进行自己的载人登月计划,而且未来大家都会探索火星,所以超重型火箭的需求正在不断增加。因此,“猎鹰9重型”有自己的市场。
关于“猎鹰9号”和“猎鹰9重型”发射的预估
“这枚火箭第一次飞行时非常有趣。它运载的货物是埃隆·马斯克自己的特斯拉纯电动跑车之一。这是他非常成功的两个产品之一。它是两件事的结合,而且它也是非常引人注目。” 1、营销活动。
特斯拉拍摄渲染照片
05 中国载人航天最新进展
当然,中国也有自己的超重型火箭计划。 “长征”系列“长征九号”是目前正在研制的超重型火箭。据媒体报道,近地轨道的有效载荷应该超过100吨,甚至可能达到140吨左右。这是中国未来将宇航员送上月球所必须使用的武器。
从左到右:长征九号、长征九号A、长征九号B
说到中国,我想多谈谈中国的航天事业。一次偶然,朋友问我:“美国的私营公司正在送人上太空,但中国的载人航天进展到了什么程度?”
不知道大家注意到没有,就在上个月,5月5日,在海南省文昌市,我们用长征五号B火箭将下一代载人飞船试验船送入太空。
长征五号B运载火箭发射
我想很多朋友都熟悉中国的“神舟”系列飞船,也就是我们上一代载人飞船。神舟系列飞船先后11次成功飞行,其中6次载人飞行,真正完成了历史性使命。我们现在有了自己的下一代载人飞船,无人试验飞行器已于5月成功发射。
经过几次无人实验后,下一步当然是让宇航员进入太空。另外,我们新一代飞船比“神舟”系列有更大的有效载荷和更先进的设备。神舟系列最多可搭载3人,新一代载人飞船最多可搭载6至7人。因此,我国载人航天和运载火箭虽然面临一些困难,但正在日益稳步前进,我们要对我国航天事业抱有信心。
长征五号乙
06 马斯克,改变世界的梦想家和实干家
说完SpaceX 第一次商业载人航天飞行的大部分内容后,我想谈谈埃隆·马斯克(Elon Musk)。用特别粗俗的术语来定义,埃隆·马斯克当然是一位成功的商人,多年来财务自由,身家数百亿美元。
从商业角度来看,他是一位连续创业者。因为他创办的一些公司都非常成功,从早期的Zip2(类似Ratings+百度地图)到美国的支付宝,再到后来的SpaceX、特斯拉(现在的SolarCity),都获得了巨大的商业成功。
皮特·泰尔和埃隆·马斯克
但我想说的是,如果你简单地将埃隆·马斯克定义为一个商人和一个成功的企业家,那对他来说是极大的伤害。他是一个充满浪漫情怀的梦想家,但他也是一个实干家,是一个既是梦想家又是实干家的充满能量的人。
无论是特斯拉先被批评,还是SpaceX 被嘲笑,埃隆·马斯克始终心怀一个目标,坚定前行,从未动摇。
事实上,人类历史一再证明,伟大的创造者和突破性人物往往都是孤独的。这让我想起我看过他的一次采访,主持人问他:当SpaceX前三次发射都失败时,你有没有想过放弃?马斯克先生的回答是,“我到死都不会放弃。”当然,中文有一个非常漂亮的翻译,“要么平静地死去,要么光荣地活着。”这就是马斯克先生的一生。令人敬畏。
说实话,我衷心希望全人类,特别是中国,能有更多这样的人,是能够创造历史的实干家、梦想家。