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Military2版 - 如何正确地“黑”SpaceX(三):马斯克为什么要吹“去火星”
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如何正确地“黑”SpaceX(四):SpaceX的火箭回收之梦马斯克回忆10年前的SPACEX:猎鹰1号火箭曾遭遇惨败
猎鹰9号火箭的第一级不这样对比 还真意识不到猎鹰9号回收第一级的巨大
SpaceX猎鹰9成功将ZUMA发射进入轨道棒子火箭又被毛子忽悠了 (转载)
美国一颗绝密卫星将由SpaceX公司的猎鹰9...美国发射价值20亿美元间谍卫星,可监听他国卫星信号
再创记录!SpaceX第二次成功发射并回收重复使用的火箭SpaceX再创历史!
回收火箭再发射,马斯克终于完成了十五年来的执念坐不住了!
2天2射!SpaceX今天下午发射一箭10星成功,都是大号通讯卫星。首度使用了钛合金格栅翼怎么正确地“黑”SpaceX(二): 从猎鹰1号到猎鹰9号
中国火箭院专家集体表态:2030年赶超“猎鹰重型”(图)正确地“黑”SpaceX(五):回收了几十吨垃圾
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美国东部时间2016年4月8日16时43分(北京时间9日04时43分),SpaceX公司猎鹰9号火
箭搭载着“龙”式飞船,从佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地升空。在顺利将飞船送入
轨道的同时,火箭的第一级也成功地在无人回收平台“of course i still love you”
上实现了软着陆。
在此之前的2015年12月22日,SpaceX已成功实现了火箭第一级的陆上回收。故本次海上
回收的成功,意味着该公司已经实现了自2012年启动火箭第一级垂直回收项以来,第一
阶段的所有预订目标。
消息传来,引发了航天业界的激烈反响。其热情甚至向公众舆论界辐射,引发了一定规
模的轰动效应。甚至无数此前从不关注航天的群体,也受其感染,开始加入到对SpaceX
的一致褒美合唱之中。此刻,其俨然成为了人类航天的希望之星。
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0埃隆·马斯克:不要6000万,甚至不要1500万……只要20万! 20万你发射不吃亏!20
万你吃了亏也不吐血!20万就能放卫星打飞船!20万你买不了房!却可以体验一回航天
梦!
然而在盛誉的背后,这一成功的意义是否真如埃隆·马斯克所言——将可以将发射成本
降至600万美元?此外,借着这一成功,未来的低成本航天将走向何方?更为重要的是
,该公司今年下半年即将进入关键节点的另一个关键项目“重型猎鹰”,其到底将引领
这家美国航天界的明星公司走向何方?这些,想必是任何一个真正关心航天的人都非常
有兴趣了解的。
下面,笔者将借助现有的资料与信息,抽丝剥茧为各位一一解读。
渐入佳境的猎鹰9号
根据上期的介绍,想必各位对SpaceX的运载火箭系统以及其引擎已经有了一个初步的了
解。正如目前所了解的那样,猎鹰9号运载火箭是一款在大量结合低风险成熟技术的同
时,大胆启用新材料、新工艺,最终实现较为优异性能且成本控制出色的“经济适用性
”火箭。
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猎鹰9号火箭首射任务章
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2010年6月4日猎鹰9号火箭首射照片
2010年6月4日,首枚v1.0版猎鹰9号运载火箭携带龙式飞船的模拟舱,在卡纳维拉尔角
空军基地发射升空,并成功进入近地轨道。SpaceX官方在当天的新闻中这样写道:今天
SpaceX的首枚隼9火箭成功进入地球轨道。这不仅代表着SpaceX公司历史上这伟大的一
天,也代表美国航天计划又迈出了重要的一步,由此我们正在向扩展人类在宇宙中存在
这一终极目标稳步前进。同时,SpaceX官方还不忘感谢NASA、政府、商业用户们,以及
美国空军和卡纳维拉尔角空军基地对其提供的卓越、持续的支持。
由于美国政府计划于2011年内退役剩余现存的“亚特兰蒂斯”号、“发现”号与“奋进
”号等3架航天飞机。届时能够为国际空间站提供补给的仅剩下俄罗斯进步号货运飞船
以及日本研制的,但还远不够成熟的空间站转运飞行器(HTV),所以龙式货运飞船项
目则显得刻不容缓。
不过,SpaceX在经历过猎鹰1号运载火箭的不顺之后,已进入了相对稳定的发展阶段。
随着v1.0版猎鹰9号的投入使用,龙式飞船项目也稳步推进中。当地时间2010年12月8日
,第一艘龙式飞船顺利升空,在完成了环绕地球两圈的飞行任务后成功再入,起返回舱
成功降落地降落在墨西哥海岸线外约500英里处。
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“龙”式飞船返回舱着水打捞现场照片
在完成了首次飞行后,龙式项目沉寂了整整一年半。SpaceX需要在这段时间内苦练“内
功”,针对从v1.0版猎鹰9和龙飞船原型上发现的问题,着手加以解决。而根据公司官
方说法,自启动猎鹰1项目至猎鹰9首射成功,迄今公司在运载工具方面投入的研发成本
大约在3.9亿美元规模。也就在此期间,SpaceX同时提出了引来无数目光的火箭垂直回
收项目。
相较于之后的频繁任务,这段时间是一次漫长的空档。但SpaceX并未就此淡出人们的视
野,因为大老板马斯克频频放话,把部分真实存在的项目借助非常噱头的方式包装后,
加以宣传。
例如在2011年4月,SpaceX正式启动了其基于甲烷液氧燃料的猛禽引擎(Raptor)项目
(详见下期介绍)。最初该项目仅由一支不满10人的小团队负责,以低优先级进行推进
。但在当年晚些时候,马斯克在一次接受采访时发出豪言壮语,希望能够在10-20年内
将人类送上火星表面。
2012年初,SpaceX方面明显加强了猛禽引擎研发团队的规模,其优先级显著提升。而与
之相伴的各类宏伟构想也随之而来,包括采用猛禽引擎三体构造的,芯级直径10米,起
飞级并联27台猛禽引擎的“火星殖民地运输器”(Mars Colonial Transporter,缩写
MCT)等等。
而马斯克更是在当年年底表示,其在构想一个有数万定居者的火星殖民地,而首批殖民
者将在本世纪20年代抵达。其本人更是在某次接受采访时表示,他将作为首位踏上火星
的地球人,第一个把脚印留在这颗红色星球上……
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v1.0版猎鹰9和v1.1版猎鹰9,与构想中的采用猛禽引擎的10米芯级重型火箭对比图
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以“龙”式为母型设计的火星登录器着陆火星表面时的效果图。
这些扯淡和嘴炮既真又假。首先,SpaceX确实有研发甲烷液氧发动机的计划。毕竟梅林
1引擎已成为当前SpaceX进一步发展的一个比较显著的软肋。虽然暂时并非不可克服,
但若有更强的引擎取而代之,公司方面当然乐意。然而包括10米芯级超级火箭、火星殖
民地以及身为大老板首个踏足火星,若非胡扯淡也是暂时完全没影的事情,更何况即便
马斯克本人发了疯,SpaceX的股东们也绝不会容许。
然而,借助这些花里胡哨的你说是畅想也可以,嘴炮也行的吹风,公司方面毕竟是渡过
了这段漫长的空窗期,持续在公众和投资者的视野中闪亮着。
2012年5月22日,在因意外退出3天后,第一艘执行太空货运任务的龙式飞船,终于装载
着总重525千克的食物、饮用水、衣物、电脑硬件以及设备,在卡纳维拉尔角空军基地
40号工位,被猎鹰9号运载火箭以51.6°倾角发射升空。当天晚些时候,国际空间站的
机械臂顺利捕捉了飞船,并实现了成功靠泊。任务获得了圆满成功。
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首艘“龙”式飞船接驳国际空间站的照片
在最后的10月8日和11月1日,SpaceX又两次使用v1.0版猎鹰9火箭将龙式飞船送入轨道
,为国际空间站运去给养。除10月8日发射行动的次要任务因火箭发动机未能再次点火
而失败,未能将一枚美国卫星通讯公司研制一枚Orbcomm近地轨道通讯卫星送入轨道之
外,国际空间站的货运任务亦圆满成功。
连续三次货运飞船发射任务的成功,一洗SpaceX当年在猎鹰1号项目上的颓气。使得其
逐渐被业界和社会舆论所瞩目。但是,猎鹰9号的v1.0版毕竟只是一种过渡型火箭。其
载荷不足以支持重型设备进入轨道。所以龙飞船在这三次“快递”任务中为国际空间站
投送的给养,其实是非常有限的。好在新的v1.1版火箭已经完成,马斯克正急于将其投
入使用,以便争取那些尚在摇摆的潜在客户倒向自己。
美国东部时间2013年3月1日15时10分,最后一枚v1.0版猎鹰9火箭执行了最新一期太空
物流任务,托举“龙”式飞船升空。在此之后,v1.1版猎鹰9号将取而代之。
相比v1.0版进行了多项修改。其最大的升级,莫过于采用9台经过大幅度改进的梅林1D
取代之前的1C型,同时改了发动机的布局,第一级起飞推力提高约16%。此外,v1.1在
箭体设计上也进行了重大调整,减重措施彻底而且极端,干质比大幅度提高。
9月,加拿大太空局的CASSIOPE卫星也借助猎鹰9运载火箭升空,这也是v1.1版火箭的首
次任务。这枚500公斤重的卫星被设计能执行多项任务。
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首枚v1.1版猎鹰9火箭,于2013年9月27日在范登堡空军基地发射升空
随着新运载火箭的可靠性得到验证,在2013年的12月3日,SpaceX迎来了其自成立以来
首次真正意义上的重要商业发射,同时也是首次同步转移轨道任务——发射SES-8同步
轨道通讯卫星。
SES-8属于总部位于卢森堡的欧洲卫星公司,总重量3170千克。发射后,将定位于东经
95°轨道上,共携带33路Ku波段转发器。这是截止2014年以前最重要的发射任务。该任
务的成功也预示着SpaceX在国际卫星发射市场上,终于占据一席之地。
在整个2014年,SpaceX的猎鹰9型运载火箭完成了6次发射任务,GTO和LEO轨道任务各半。
其中1月6日将Thaicom公司的Thaicom6号卫星发射入轨。该卫星基于轨道科学公司的
STAR-2平台研制,重3325千克,功率3.8千瓦。配备18路C波段和8路Ku波段转发器。8月
5日和9月7日,则分别将亚星公司的亚星8号和亚星6号发射入轨。两颗通讯卫星均基于
美国劳拉空间系统公司的LS-1300LL平台,分别重4535千克和4428千克。
在整个2014年,龙飞船也于4月18日和9月21日两度发射,为国际空间站送去补给。全年
任务均获成功,证明v1.1版猎鹰9号已非常可靠。
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2014年1月6日,SpaceX首次执行“高端”任务,将同步轨道通讯卫星Thaicom6送入地球
同步轨道
纵观整个SpaceX的发展史,通过炒作各类高科技概念吸引眼球,借此吸引投资同时争取
NASA为抗衡ULA的垄断而明里暗里对其“放水”,是维系其生死存亡的关键,更是推动
其冲破重重阻碍磕磕绊绊前行至今的根本。
从最初猎鹰1号克服三连炸、撒骨灰等挫折,实现首枚由中小型私营企业主导的运载火
箭的成功入轨,到通过画饼拿下NASA的太空物流合同并成功发射中型运载火箭猎鹰9号
,推动货运飞船为国际空间站送去给养——其凝聚支持者、吸引支持者、引导支持者,
最终大量非专业来自于各个社会层面的支持者,也推动SpaceX的影响力节节攀升。但这
也注定了SpaceX若想继续扩张其影响力,就必须持之以恒地不断推进那些新奇到足够吸
引支持者眼球,使其肾上腺素持续分泌的“兴奋”项目中去。
猎鹰9号和龙式飞船成功了,SpaceX和马斯克的声誉一时无二。而他若想更进一步,那
么只靠吹殖民火星的牛皮是远远不够的。正确的方向只有一个,那即是可复用航天运载
器项目。
可复用的航天运载器
关于航天运载器的复用,自苏联将人造地球卫星一号送入轨道以来,一直是航天界最伟
大的畅想之一,却长期只存在于畅想之中。
航天发射耗费不赀的最主要原因,就是天地往返平台的“一次性”特性。整体结构脆弱
犹如鸡蛋,且受制于现有技术和基础理论的冷酷无情,那些耗费巨额公帑建造起来巍峨
壮观的运载火箭,其真正的有效载荷仅有顶端“针尖”那么大的一点——通常不超过全
箭起飞总质量的2%。而其余的98%,除去燃料和氧化剂部分,或者将烧毁在大气层中,
或者最后化为残骸坠地。。
1969年,美国国家航空航天局曾以无比的雄心壮志,勾勒出一种伟大的可复用载人航天
器的蓝图。那便是著名的航天飞机。1981年4月12日,第一架航天飞机“哥伦比亚”号
成功发射,与其驾驶者宇航员约翰·杨(John W·Young)和克里平(Robert L·
Crippen)共同揭开了人类航天史上新的一页。
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计划在STS-1任务中发射的航天飞机“哥伦比亚”号矗立在发射台上进行测试和演练。
照片摄于1980年12月
航天飞机是一种飞机与火箭的奇妙结合体。以“哥伦比亚”号为例,其机体长约56米,
翼展约24米,自重68吨。虽然名为“飞机”,但航天飞机其实无法像飞机一样水平起飞
。在发射时,它需要被固定在一个巨大的燃料罐上,同时由两枚可复用的固体燃料火箭
助“一臂之力”。在起飞阶段,它与火箭的组合体重约2040吨,起飞总推力达2800吨,
自重68吨,能装运36吨重的货物。它的核心部分轨道器长37.2米,大体上与一架DC—9
客机的大小相仿。最多可载8名宇航员,根据成员数量,在轨时间可达7至30天。轨道器
可重复使用100次(设计目标,未达到)。航天飞机集火箭和飞机的多项技术特点于一
身。其发射时和火箭一样垂直升空,在完成在轨任务再入大气层以后,又刻意像飞机那
样滑翔着陆。其堪称上世纪人类航天诸尖端技术的化身。
然而航天飞机究其原始意图——可重复使用,进而降低航天发射成本来说,却是一个十
足的灾难。因为这东西虽然实现了重复使用的设计初衷,但高昂的维护费用却导致了更
高的使用成本。
究其原因,问题是多方面的。
首先,航天飞机的机身设计虽理论上可重复使用百次,但每每在再入大气层经历过高温
和剧烈震动后,最终降落后都必须对机身进行逐寸的检查。其次,为了保障航天飞机能
够安然渡过灼热的减速过程,其覆盖于机腹呈黑色部分的两万余片隔热瓦。这种特殊的
绝热材料先进但却昂贵。
其次,航天飞机为了实现轨道器复用,入轨死重很大:起飞质量超过2000吨、入轨质量
近百吨,是一枚不折不扣的超重型运载火箭,可是轨道器死重足足68吨,LEO运力只有
30吨出头,“哥伦比亚”号事故后,为了提高安全性,LEO运力进一步下调、被限制在
20余吨。
与机身的麻烦重重相比,反倒是被称为SSME(天天飞机主发动机)的RS-25液氧液氢火
箭发动机可靠稳定。其被设计可重复使用50次。
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航天飞机发射阶段照片。图为助推器从主体分离时的影像记录
航天飞机被设计可在2000公里以下圆形轨道上工作,也可进行同步转移轨道飞行。但由
于使用成本和远远高于预期的出勤周期,美方并未让其执行过后一种任务。成本加上使
用周期的双重问题,导致其最终无法和原计划的那样淘汰运载火箭。最终,因为安全性
(两次乘员组全灭的灾难性事故)和成本高昂等原因,在远远没有达到“复用100次”
指标的情况下,提前退役。
通过航天飞机的悲催生涯,人们很容易就能看出问题的实质:想要实现航天运载器的重
复使用,高速再入大气层的问题是最大的瓶颈。一旦运载器获得了足够的速度冲出了大
气层,在以第一宇宙速度再入大气层的过程中,就必然要经历曾经让“哥伦比亚”号空
中解体的高温、冲击和震动。另一方面,要尽量降低为了实现复用而付出的运力损失代
价,否则,在经济上、复用是得不偿失的。
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2003年2月1日,“哥伦比亚”号航天飞机于STS-107任务(航天飞机总第107次任务)中
,由于机翼上隔热材料在起飞阶段遭意外损坏,于大气层再入阶段解体坠毁。机组人员
全体殉难。图为解体后掠过苍穹的“哥伦比亚”号残骸
谈到这里,既然问题的核心已经明确了,那么究竟打算去怎么解决呢?SpaceX的答案是
——不去解决,绕过问题!怎么绕过?不考虑航天运载器冲出大气层部分的回收问题,
只回收速度较慢的第一级部分。
所以,我们最终的问题就是:怎么回收火箭的第一级?这种回收复用在经济上划算、可
行么?
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