我们为什么需要马斯克的Space X

Space X 太空照

前段时间相信大家都被朋友圈的关于“重型猎鹰(Space X)”首飞成功的新闻刷屏了,大家都知道它是目前世界上最强的运载火箭,也是马斯克卧薪七年后再次改写了历史产物。

对于这个大家都说猎鹰9开启了人类航天新未来的,它是怎么改变了这个世界呢?下面我们来看一下这个全世界独一无二的最强火箭“重型猎鹰”有多么牛逼,创造了多少历史:

  1. 人类第一次第一级火箭回收成功
  2. 模块化的结构设计,火箭一级可全部重复利用,全世界最牛逼的“回收”黑科技
  3. 目前全世界成本最低廉,性能也最为稳定可靠的火箭
  4. 短短数十年,这家私人企业已经超过了绝大多数国家的航天水平,没错,这其中就包含了中国。
  5. 人类30年来最强的火箭
  6. 重塑航天行业的商业模式
    ……

在了解它之前,我们先搞清楚几个问题。

  1. 我们为什么要发射火箭

火箭只是一种工具,就像汽车一样,汽车主要是一个运输工具,火箭也是一个运输工具,只是它不同的是,它主要把运输的东西送到太空,目前主要运输的是:载人飞船,航天站,人造卫星

  1. 为什么回收技术那么重要

在以前人类发射卫星的时候,需要通过火箭把它送上天,送上过去后,火箭干什么去了呢,只能报废,由于技术与成本的原因,上天的火箭要么坠入大气层被烧毁,要么在太空当成太空拉圾,这对发射成本来说太贵了,就相当于我们买一个快递的同时,我们需要买一个送快递的飞机,快递送到了,飞机也就报废了。这样的商业模式肯定会严重阻碍航天事业的发展。

  1. 为什么回收只回收部分,而不是整个火箭

天地之间的距离让我们只能选择多级火箭。为了充分利用火箭的动力,我们能想到就是用完了就扔掉,不再占用重量,这样是最节省动力,让载体跑得最远。而为了结构与复杂性考虑,也不是火箭层级越多越好,目前大都是在2到3级。而猎鹰就很精明的只回收大气层以下的部分,而恰恰这部分占总造价的90%以上(毕竟在太空上的航行所需要的动力非常小)。而我们以为很贵的的燃料成本却只占0.3%。

美国之前制定了航天飞机之前就是想回收整个飞行器,众所周知,最后失败了,失败的原因不是技术问题,而是成本问题,不仅是要保证材料能够经受起大气层以及外太空的侵蚀,而且也要保证回收过后再利用的二次成本低。

  1. 火箭回收与我们之前载人飞船返回地球有什么不一样

回答了刚才回收技术的问题的时候,可能就有人问了:我们中国03年就可以回收了,杨利伟不是在太空游玩后返回地球了吗?我们需要了解的是这种返回与回收是完全不同的概念,载人飞船返回的只是“返回舱”,而与它一起的是推进舱也是坠落在大气层烧毁了。而返回舱基本只是航天员的“驾驶室”,可以理解为返回的东西再次使用成本极低。


理清了这些问题后,我们再来看猎鹰9号为什么会有划时代的意义。

火箭的参数对比

从左到右看这张图:

  1. “土星5号” – 设计制造:波音公司,研发投入:350亿美金
  2. “航天飞机” – 设计制造:洛克马丁/波音等四大飞机公司,研发投入:1700亿美金
  3. “阿里亚娜” – 设计制造:欧盟太空署,研发投入:70亿美金
  4. “Soyuz” - 俄国柯洛列夫飞机制造厂,研发投入:110亿美金
  5. “猎鹰” – 设计制造:马一龙的SpaceX,研发投入:1亿美金

“土星5号” 目前保持着最大的的近地轨道运力——140吨,其次是前苏联的“能源号”(Energia)近地轨道在100吨左右,自从能源号退役后,最大的记录是28.8吨,而“猎鹰" 的近地轨道运力达到了63.8吨

中国的记录是多少呢,中国目前保持的记录是16年发射的长征五号,近地轨道运力25吨。

其中的“土星五号” 是人类史上最强的火箭,它见证过人类登陆月球的光辉时刻。这也就是为什么猎鹰9是近30年来最强的火箭,而不是史上最强的火箭。

与航天飞机不一样的是火箭由于是多级结构,航天飞机都要经历严酷的外太空和再入大气层的考验,保证整体安全造造成了航天飞机成本居高不下的主要原因,但是火箭一级不需要经历以上严酷环境,造价、维护都便宜很多,使用成本也大大降低,未来低成本航天运输时代确实开启了,据马斯克所畅想的是每次发射能控制在600万美元左右。这能降低成本95%以上。


Space X的两个一级回收瞬间

目前猎鹰9号火箭已经完成了48射46成功,成功率高达95.8%,且多次实现二手发动机重复使用(所说重复使用率大概在70%左右)。两次失败中,其中一次是在发射之前加注燃料静态点火测试时在地面爆炸、另一次是由于火箭一二级之间结构问题。考虑到这些因素,猎鹰9号的多发动机同时工作方式可靠性实际上几乎是100%。

也许也有人在问为什么50年前我们就能上月球了,现在航天为什么一直看起来一直停滞不前?

其实这与航天一直不能很好的民用有关系,50年前耗费巨资登月除了与苏联争个第一名头以及进行了些外空实验,并没有给老百姓带来一丝变化,后面美国政府也有减少了航天资金的投入,资金的减少对航天的发展是致命的。

而猎鹰9给我们带来了希望,为什么呢?猎鹰从开始到现在有一个目标就是要把我们人类送上火星?为什么我们一定要去火星,这点大家可以去参考其它的文章,主要是两点:

  1. 人类的目标是星辰大海,让人类永远缩在地球上生活是不可能的,就像大海航时代一样,人类的目标永远是远方,大航海时代的困难也不比我们现在航天的困难少。
  1. 人类需要外太空,不管火星适不适合我们生存,人类需要走出这一步。


    火星照片

而猎鹰成本的减少已经给我们指明了方向,这条方向是正确的,沿着这条路走,我们是有可能上火星的。这就是猎鹰9为什么是划时代的产物。

猎鹰9送上的特斯拉已经在太空中飞行了

当然目前还有很多问题需要克服,目前网上关注的焦点在于返回后的火箭的利用率有多少,返回后的火箭的维修成本有多少,目前这些还没有公布数据,但是这不是我们今天关注的焦点,这些问题在将来肯定都会解决,而此刻我只想享受那属于人类历史上成功一刻的画面。(大家可以通过这个视频来了解Space X的发射与回收演示视频)

而这,才是所谓的星辰大海。
以上数据大多参考知乎、Wikipedia。

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