「猎鹰重型火箭」不是史上最强,但它的伟大之处并不在此

2020-06-11

「猎鹰重型火箭」不是史上最强,但它的伟大之处并不在此

台湾时间 7 日凌晨,马斯克的 SpaceX 猎鹰重型火箭载着一辆特斯拉 Roadster 首飞发射成功,并成功回收 3 枚助推火箭中的两枚,人类现役最强的运载火箭在灿烂如烟花的火焰中横空出世。

据马斯克介绍,猎鹰重型火箭在一条远地点 7,000 公里的停泊轨道滑行 6 小时后,将穿越范艾伦辐射带后再第 3 次点火。

届时在浩瀚的太空中,身穿太空服的假人 Starman 将乘坐樱桃红的特斯拉跑车在太空遨游,车内无限循环 David Bowie 的《Space Oddity》,浪漫至极,连川普也忍不住说讚。

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「猎鹰重型火箭」的成功发射,开启了人类航空时代的新征途,人类距离移民火星又近了一步。

这次发射真正令人兴奋的,并不是猎鹰重型火箭成为世界运载最强的火箭,实际上它也不是人类史上最强的运载火箭,但并不妨碍「猎鹰重型火箭」载入人类史册。

(猎鹰重型火箭发射过程精华版,腾讯视频)

把「猎鹰重型」甩在身后,人类史上最强的运载火箭

猎鹰重型火箭发射地点,是在佛罗里达甘迺迪太空中心 LC-39A 发射平台,这里见证了人类航空史的众多里程碑:阿波罗 11 号登月、天空实验室、太空梭计画……

其中还包括了人类史上最强的运载火箭──土星 5 号。

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最后一枚土星 5 号。

在讲土星 5 号之前,可以先看看我们的航太新星、现役运载能力最强的猎鹰重型火箭有多强大。

「猎鹰重型火箭」发射时有 27 台梅林 1D 发动机,可提供超过 2,280 吨推力,相当于 18 架波音 747 客机以最大功率运转。「猎鹰重型火箭」在近地轨道(LEO)的运载能力达 63.8 吨,相当于把一架装满燃料、乘客和行李的波音 737 客机送上太空。

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「猎鹰重型火箭」的发动机。

好了,以上就是目前世界上火箭的最大运力。然而「猎鹰重型火箭」的运载能力还不足土星 5 号的一半。

土星 5 号是美国国家航空暨太空总署(NASA)在 1960 年代研发设计的运载火箭,至今仍是人类使用过最高、最重、推力最强的运载火箭。

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土星 5 号和主要设计者华纳‧冯‧布朗。

土星 5 号高达 110.6 公尺,重约 3,039 吨,推力可达 3,408 吨,至今保持人类史上火箭最大的运载能力纪录:近地轨道(LEO)140 吨,比猎鹰重型火箭两倍还多。

这些理论上的数据并不能让土星 5 号成为史上最强运载火箭系统,只有当它顺利进入太空才算成功。而土星 5 号不仅一次次发射成功,还成为航空史里程碑事件的幕后功臣。

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土星 5 号运载过的火箭。

从1967 年首飞到 1973 年退役,土星 5 号共发射了 17 次,从未发生任何事故,未损失任何有效载荷,成功率达 100%。

其中有 3 次发射最受瞩目,一次是 1968 年载着阿波罗 8 号和 3 名太空人完成人类第一次绕月飞行。

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阿波罗 8 号所用的土星 5 号一级火箭。

一次是 1969 年载着阿波罗 11 号实现了人类首次登月。

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阿波罗 11 号发射。

最后一次是 1973 年将美国第一个环绕地球的太空站──天空实验室送入近地轨道。

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土星 5 号最后一次任务,将天空实验室送入近地轨道。

这些在航空史上留名的发射纪录成了土星 5 号一枚枚的勋章,让其成为前无古人,至今未有来者的最强运载火箭。

其实如果单论推力,土星 5 号还是略次于苏联的能源号运载火箭,能源号推力达 3,500 吨,近地轨道的运载能力也不低于 100 吨。

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能源号运载火箭的模型。

然而能源号仅执行过两次发射任务,其中一次以失败告终,成功将暴风雪号太空梭送入预定轨道那次也没载人。之后苏联解体,能源号也随之停产,仅存的能源号 M 火箭被束之高阁,直到 2002 年因厂房坍塌被摧毁。

有可能打破土星 5 号运载能力纪录的,暂时还不会是 SpaceX 的猎鹰重型火箭,而是 NASA 计划今年建造完成的太空发射系统(SLS),推力最高可能达 165 吨,最终目的地是火星。

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不过猎鹰重型火箭却做到 NASA 都没有做到的事。

NASA 苏联都没做到的事,SpaceX 完成了

上面提到的土星 5 号,其实是美苏冷战时期「太空竞赛」的产物。双方都投入大量资金和人力在航太航空领域,其中仅土星 5 号项目不到十年就耗费了 65 亿美元,相当于现在币值近 1,700 亿美元。更不必说耗资更大(240 亿美元)的阿波罗计画。

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世界上所有运载火箭排名。

冷战的另一主角苏联也不甘示弱,但结果悲惨得多。

为了抗衡美国的土星 5 号,苏联也开始研发以载人登月为目标的 N-1 运载火箭。N-1 运载火箭发射时由 30 台 NK-15 发动机驱动,A 段推力达 4,620 吨,远超土星 5 号。

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N-1 运载火箭。

虽然推力强大,可是 N-1 运载火箭近地轨道的运载能力还不如土星 5 号,只有 95 吨。这是因为 N-1 运载火箭用煤油做燃料,而土星 5 号已经用了更轻的氢氧燃料。

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N-1 运载火箭。

差点就差点吧,只要发射成功,「史上最强推力火箭」的称号就到手了,肯定会让美国人目瞪口呆。

或许是立功心切,也可能是资金不足,苏联在没地面测试过所有 30 个一级发动机的情况下就发射,N-1 运载火箭共发射 4 次,奇怪的是次次都不做事前地面测试,结果毫无意外全部失败,苏联人的登月梦也就此破灭。

这些发射失败酿成一连串航空史上匪夷所思的惨烈事故。

1969 年 6 月 3 日,N-1 运载火箭在发射过程中由于一颗螺丝鬆动,导致发射时爆炸,整个发射基地炸毁,这次发射也称为人类史上最大的非核爆事故。

然而这种奇葩事故在苏联航空史发生不只一次,1960 年苏联金星号运载火箭发射时没有按计画点火,几十名航空专家为查明事故点火,突然发动机起火爆炸,160 名苏联航空科学家和时任苏联导弹部队司令米特罗凡‧涅德林元帅当场丧命。

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苏联金星号运载火箭发射发射事故现场。

无论美国 NASA 还是苏联,从他们火箭研发历史来看,不是倾举国之力不计成本地投入,就是经历一次次惨烈的失败。

SpaceX 的伟大之处在于,身为一家民营企业,以 1 亿美元的超低成本,达成现役最强的火箭运载能力。

实际上 SpaceX 以低廉价格和稳定性能,在全球商用火箭发射市场已逐渐超越欧洲和俄罗斯,占据最大市占率,且差距不断拉大。

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SpaceX 火箭的报价在市场极具竞争力,比如猎鹰 9 号火箭(Falcon 9)报价在 5,500 万至 6,200 万美元,同等运力的宇宙神 5(Atlas-5)和德尔塔 4(Delta-4)报价则在 1 亿至 4 亿美元。

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猎鹰 9 号火箭回收。

而且可回收再利用的二手猎鹰 9 号火箭报价还能打 7 折,这让其他厂商毫无还手之力。

刚刚发射成功的猎鹰重型火箭的性价比就更高了,价格比猎鹰 9 号火箭涨不到五成,运载能力却是猎鹰 9 号火箭近 3 倍。

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猎鹰重型火箭与猎鹰 9 号火箭对比。

NASA 正在研发的土星 5 号继任者太空发射系统,儘管运载能力是猎鹰重型火箭两倍多,成本却至少是猎鹰重型火箭的十倍。

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猎鹰重型火箭与部分火箭运力对比。

SpaceX 得以实现低成本的重要原因是回收重複利用一级火箭,马斯克曾表示,一旦火箭回收常态化,能降低 99% 的发射成本。

此外,SpaceX 也是第一个没有第三方供应商的航太航空公司,从火箭主体、整流罩、引擎到发射所有配件和技术都由 SpaceX 一手包办,没有中间商赚差价,成本自然降下来了。

要做到这点并不容易,想想苹果至今仍无法在手机晶片和面板自给自足可见一斑,更何况是更精密的航太航空器件。

自从猎鹰 9 号火箭回收成功,SpaceX 就开始获得 NASA 的巨额订单,在遥遥无期的太空发射系统到来之前,承担 NASA 的众多太空探索计画。

随着猎鹰重型火箭发射成功,如无意外,今年 6 月 SpaceX 还会将一名太空人送上太空,成为第一家完成载人航空的民营公司,同时也进一步落实马斯克火星移民三步计画中的第一步(载物航空),以及开启第二步计画(降低太空旅行成本)。

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多年以后,或许当马斯克在火星上看着 SpaceX 载着人类再次落地,他会回想起 2002 年创立 SpaceX 时被质疑为「PPT 火箭」的骗局;回想起 2006 年到 2008 年猎鹰 1 号火箭三射三炸的绝望,还有猎鹰 9 号火箭数次回收失败甚至原地爆炸的窘境,当然还有今天猎鹰重型火箭把特斯拉和 Starman 送上太空的美妙时刻。

到那时,这位硅谷钢铁人可能会朝着地球的方向,像往常一样说:

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