出品：科普中國

制作：川陀太空

監(jiān)制：中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心

SpaceX在2018年的第一次發(fā)射已經(jīng)結(jié)束，發(fā)射了一顆名為Zuma的軍方載荷，有消息稱這個(gè)載荷沒有進(jìn)入軌道。但關(guān)于這個(gè)載荷，目前外界知之甚少，可能是一顆間諜衛(wèi)星，也可能是其他類型的空天飛行器。目前SpaceX的商業(yè)發(fā)射使用的是獵鷹9號FT運(yùn)載火箭，第一級9臺(tái)默林1D改進(jìn)型發(fā)動(dòng)機(jī)，近地軌道運(yùn)載能力為22噸，同步軌道為8.3噸。與之前使用的獵鷹9V1.0和獵鷹9號V1.1相比，運(yùn)載能力實(shí)現(xiàn)了兩倍提升。

在過去的2017年，SpaceX公司全年發(fā)射18次，而美國本土發(fā)射中次數(shù)才29次，可以說正是有了SpaceX的崛起，美國本土的發(fā)射次數(shù)才有了如此巨大的飛躍。

圖1. SpaceX憑借獵鷹系列火箭開啟了私人航天發(fā)射時(shí)代

第二名俄羅斯為20次，中國18次，歐洲9次。SpaceX有了2017年輝煌的成就當(dāng)然不是一蹴而就的，正如那句話，幸福的生活是靠雙手創(chuàng)造出來的，SpaceX作為航天類高新科技制造業(yè)，摸爬滾打了15年左右的時(shí)間，在回收獵鷹9號第一級發(fā)動(dòng)機(jī)嘗試中摔掉了4枚火箭，第五次終于成功。前四次失敗炸火箭的時(shí)候，相當(dāng)一部分在看SpaceX的笑話，如今回收第一級技術(shù)已經(jīng)成熟，基本每次發(fā)射都會(huì)返回第一級以供下一次發(fā)射使用。

圖2. 在回收獵鷹9號第一級發(fā)動(dòng)機(jī)嘗試中摔掉了4枚火箭

圖3.獵鷹9號第一級返回，三個(gè)著落支架打開

圖4.成功降落海上移動(dòng)平臺(tái)

SpaceX帶動(dòng)了整個(gè)美國私人航天企業(yè)的發(fā)展，私人造火箭在許多人影響中似乎是不可能的事情，但事實(shí)上已經(jīng)真實(shí)發(fā)生。這是航天生產(chǎn)力從國家固化體系中解放出來的經(jīng)典案例。

以往的航天發(fā)射都是國家層面干的事，比如美國宇航局、美國發(fā)射聯(lián)盟、歐洲空間局、俄羅斯聯(lián)邦航天局等。如今連私人公司都在造火箭，說明這些技術(shù)已經(jīng)變成了民間“路邊貨”，那更不用說民用航空了，比如賣的比較火的塞斯納172螺旋槳飛機(jī)，售價(jià)在20至30萬美元，私人飛機(jī)全美有20至30萬，私人機(jī)場近2萬個(gè)，擁有聯(lián)邦飛行執(zhí)照的人數(shù)大約60萬以上。有這樣的基礎(chǔ)，那么就不難理解為什么有人會(huì)開飛機(jī)去吃早餐以及私人公司居然能造火箭這樣的傳聞了。

SpaceX公司的到底是干什么的？

SpaceX公司的出現(xiàn)就是在這樣的背景下，民用通航高度發(fā)達(dá)，一名叫馬斯克的混血兒成立了SpaceX公司，主要業(yè)務(wù)就是航天制造和太空運(yùn)輸服務(wù)。

這里順便說一下，在國內(nèi)售價(jià)100多萬人民幣的特斯拉電動(dòng)汽車也是馬斯克的產(chǎn)業(yè)，但創(chuàng)辦者不是馬斯克，2004年，馬斯克在特斯拉汽車A輪融資中變成了最大股東，換句話說，就是把特斯拉給吃了下來，這時(shí)候距離特斯拉汽車成立還不到兩年的時(shí)間。

從特斯拉電動(dòng)汽車的發(fā)展思路看，馬斯克是一個(gè)高新科技制造業(yè)拓荒式人物，電動(dòng)汽車目前高端品牌就是特斯拉，顛覆了傳統(tǒng)汽車行業(yè)，如今他準(zhǔn)備將這場暴風(fēng)雨席卷到航天領(lǐng)域，將高高在上的航天發(fā)射變成平民也能體驗(yàn)到的服務(wù)。

2000年之后，世界上能夠進(jìn)入太空游玩的人真是屈指可數(shù)，而且都是非富即貴，上天一次要至少2000萬美元。SpaceX就決定讓這個(gè)價(jià)格降低到20萬美元，但不是前往300公里高度的空間站，而是前往火星。

圖5.SpaceX租用了39A發(fā)射工位

許多人都認(rèn)為SpaceX是在畫餅給全世界看，2008年獵鷹1號研發(fā)成功，2010年獵鷹9號1.0版本首次發(fā)射，近地軌道運(yùn)載能力9噸，基本上滿足了常規(guī)發(fā)射的需求。獵鷹9號FT出現(xiàn)之后，22噸的運(yùn)載能力已經(jīng)達(dá)到阿麗亞娜ES、宇宙神5、德爾塔-4這一級別的水準(zhǔn)，可以說只要美軍方愿意，就可以把訂單從聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟轉(zhuǎn)移到SpaceX執(zhí)行。

圖6.獵鷹重型采用了三個(gè)獵鷹9號第一級

事實(shí)上也是如此，SpaceX在獲得美國宇航局十幾億美元貨運(yùn)合同之后，也拿下了美軍方的衛(wèi)星發(fā)射合同。隨著獵鷹9號第一級在2015年成功實(shí)現(xiàn)陸地回收，2016年實(shí)現(xiàn)第一次海上平臺(tái)回收，并用回收的火箭執(zhí)行第二次發(fā)射。

按照SpaceX的估計(jì)，獵鷹9號的發(fā)射單價(jià)有望從5000至6000萬美元一次，降低到3000多萬美元一次，如果第二級實(shí)現(xiàn)可重復(fù)使用，那么發(fā)射單價(jià)可控制在數(shù)百萬美元。本來發(fā)射一次的費(fèi)用，現(xiàn)在夠發(fā)射近7至10次，顯然可以大大提高向近地軌道運(yùn)輸貨物的能力。在獵鷹9號之后，SpaceX也設(shè)計(jì)研發(fā)了重型獵鷹火箭，近地軌道運(yùn)載能力為63噸，前往火星的運(yùn)載能力為16.8噸。

向火星進(jìn)軍

重型獵鷹火箭在2018年元旦之后已經(jīng)準(zhǔn)備發(fā)射，SpaceX的真正野心這才曝光。之前花了十幾年的時(shí)間投資特斯拉電動(dòng)車、研制蚱蜢火箭、獵鷹9號火箭等，都是為了推出重型獵鷹做準(zhǔn)備。因?yàn)镾paceX公司的建立目標(biāo)是太空運(yùn)輸服務(wù)，而不是去搶占發(fā)射市場的訂單、建立空間站、登月之類的。

這里順便說一些，現(xiàn)在登月的意義已經(jīng)不大，第一個(gè)名已經(jīng)出現(xiàn)，那么再登月的目的是什么？阿波羅11號成功登月之后，蘇聯(lián)人就基本上削減了月球方向的探索開支，因?yàn)橥耆珱]有意義了。如今登月也不是為了開采礦物，因?yàn)檫@方面的技術(shù)還沒有成熟，還不能形成產(chǎn)業(yè)化。從這幾個(gè)角度看，登月是為了什么？所以阿波羅計(jì)劃成功之后，人類再也沒有登月，只是探月還在進(jìn)行中。

圖7. 星際運(yùn)輸系統(tǒng)

下一個(gè)里程碑就是登陸火星，火星可不同于登月，最大的問題就是距離太遠(yuǎn)。登月飛行不過兩三天的時(shí)間，而前往火星則是大半年。SpaceX公司為此準(zhǔn)備了重型獵鷹火箭和龍式飛船，在2016年的國際宇航大會(huì)上，SpaceX公布了火星殖民計(jì)劃，2017年6月，馬斯克再次細(xì)化了殖民火星該如何進(jìn)行。

殖民火星的關(guān)鍵要有一個(gè)可靠的星際運(yùn)輸系統(tǒng)，SpaceX將在獵鷹火箭成熟的技術(shù)上繼續(xù)開發(fā)Raptor發(fā)動(dòng)機(jī)，推力是獵鷹火箭默林發(fā)動(dòng)機(jī)的三倍，一個(gè)星際運(yùn)輸系統(tǒng)將搭載42臺(tái)Raptor發(fā)動(dòng)機(jī)。多發(fā)動(dòng)機(jī)并聯(lián)模式目前鮮有成功案例，如果重型獵鷹能夠成功，那么該技術(shù)將用于星際運(yùn)輸系統(tǒng)，能夠?qū)?00噸的貨物運(yùn)輸?shù)浇剀壍馈?/p>

需要注意的是，星際運(yùn)輸系統(tǒng)不是在軌道上組裝，而是從地面上進(jìn)行發(fā)射，在軌道上補(bǔ)給燃料后前往火星。同時(shí)在火星軌道上建立補(bǔ)給點(diǎn)，再次加注燃料后返回地球。SpaceX估計(jì)部署1000套星際運(yùn)輸系統(tǒng)，每艘飛船執(zhí)行10至15次地火飛行，每次運(yùn)輸100人，可至少轉(zhuǎn)移100萬人。

圖8.星際運(yùn)輸系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)部分示意圖

從殖民的定義上看，這100萬人將永遠(yuǎn)離開地球，成為火星第一代人類殖民者。這個(gè)計(jì)劃的前期準(zhǔn)備已經(jīng)開始落實(shí)，2020將發(fā)射一個(gè)無人火星探測器進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證，也就是說，星際移民的計(jì)劃兩年后就算正式進(jìn)入工程驗(yàn)證階段，大約在2028年至2030年，開始進(jìn)入工程實(shí)施階段，比如打造安裝Raptor發(fā)動(dòng)機(jī)的星際運(yùn)輸系統(tǒng)各分系統(tǒng)等。那么，第一批火星殖民者是否能夠安全在火星上駐扎，目前連馬斯克都沒給出肯定的答案，馬斯克也認(rèn)為火星殖民風(fēng)險(xiǎn)很大，而且很大概率會(huì)失敗。

圖9.馬斯克描述登陸火星的計(jì)劃

圖10.除了SpaceX，我們還可以看到更高、更強(qiáng)大的新格倫火箭，本世紀(jì)的私人航天可不一般

這樣講話就比較符合客觀事實(shí)，把最壞的結(jié)果考慮到，雖然這樣的話不耐聽，還沒有開始就開始談失敗，但這是對墨菲定律的最有利規(guī)避。殖民火星除了星際運(yùn)輸系統(tǒng)之外，還需要考慮棲息地建造、補(bǔ)給等物質(zhì)上的問題，而且人類的精神、心理層面上的問題也需要極早介入。在封閉空間內(nèi)心理上的變化是趨于消極的，沒有人會(huì)喜歡被關(guān)在一個(gè)小黑屋里長達(dá)幾個(gè)月，火星殖民地如果擁有100萬人，這個(gè)社會(huì)的維持和運(yùn)行更是一個(gè)大難題，至于能夠剩下多少人，那就全靠運(yùn)氣了。有些事科學(xué)技術(shù)能夠解決，但有些卻需要交給概率。

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愿全世界齊心協(xié)力發(fā)展科學(xué)共享交換資源，早日進(jìn)入太空。