出品：科普中國
制作：川陀太空
監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機網(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，有消息稱這個載荷沒有進入軌道。但關(guān)于這個載荷，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運載火箭，第一級9臺默林1D改進型發(fā)動機，近地軌道運載能力為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，運載能力實現(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年左右的時間，在回收獵鷹9號第一級發(fā)動機嘗試中摔掉了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)動機嘗試中摔掉了4枚火箭
圖3.獵鷹9號第一級返回，三個著落支架打開
圖4.成功降落海上移動平臺
SpaceX帶動了整個美國私人航天企業(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，但事實上已經(jīng)真實發(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，售價在20至30萬美元，私人飛機全美有20至30萬，私人機場近2萬個，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開飛機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，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輸服務(wù)。
這里順便說一下，在國內(nèi)售價100多萬人民幣的特斯拉電動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，這時候距離特斯拉汽車成立還不到兩年的時間。
從特斯拉電動汽車的發(fā)展思路看，馬斯克是一個高新科技制造業(yè)拓荒式人物，電動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到的服務(wù)。
2000年之后，世界上能夠進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就決定讓這個價格降低到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噸的運載能力已經(jīng)達到阿麗亞娜ES、宇宙神5、德爾塔-4這一級別的水準，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獵鷹9號第一級
事實上也是如此，SpaceX在獲得美國宇航局十幾億美元貨運合同之后，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年成功實現(xiàn)陸地回收，2016年實現(xiàn)第一次海上平臺回收，并用回收的火箭執(zhí)行第二次發(fā)射。
按照SpaceX的估計，獵鷹9號的發(fā)射單價有望從5000至6000萬美元一次，降低到3000多萬美元一次，如果第二級實現(xiàn)可重復(fù)使用，那么發(fā)射單價可控制在數(shù)百萬美元。本來發(fā)射一次的費用，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輸貨物的能力。在獵鷹9號之后，SpaceX也設(shè)計研發(fā)了重型獵鷹火箭，近地軌道運載能力為63噸，前往火星的運載能力為16.8噸。
向火星進軍
重型獵鷹火箭在2018年元旦之后已經(jīng)準備發(fā)射，SpaceX的真正野心這才曝光。之前花了十幾年的時間投資特斯拉電動車、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備。因為SpaceX公司的建立目標是太空運輸服務(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，因為完全沒有意義了。如今登月也不是為了開采礦物，因為這方面的技術(shù)還沒有成熟，還不能形成產(chǎn)業(yè)化。從這幾個角度看，登月是為了什么？所以阿波羅計劃成功之后，人類再也沒有登月，只是探月還在進行中。
圖7. 星際運輸系統(tǒng)
下一個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。登月飛行不過兩三天的時間，而前往火星則是大半年。SpaceX公司為此準備了重型獵鷹火箭和龍式飛船，在2016年的國際宇航大會上，SpaceX公布了火星殖民計劃，2017年6月，馬斯克再次細化了殖民火星該如何進行。
殖民火星的關(guān)鍵要有一個可靠的星際運輸系統(tǒng)，SpaceX將在獵鷹火箭成熟的技術(shù)上繼續(xù)開發(fā)Raptor發(fā)動機，推力是獵鷹火箭默林發(fā)動機的三倍，一個星際運輸系統(tǒng)將搭載42臺Raptor發(fā)動機。多發(fā)動機并聯(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)將用于星際運輸系統(tǒng)，能夠?qū)?00噸的貨物運輸?shù)浇剀壍馈?/p>
需要注意的是，星際運輸系統(tǒng)不是在軌道上組裝，而是從地面上進行發(fā)射，在軌道上補給燃料后前往火星。同時在火星軌道上建立補給點，再次加注燃料后返回地球。SpaceX估計部署1000套星際運輸系統(tǒng)，每艘飛船執(zhí)行10至15次地火飛行，每次運輸100人，可至少轉(zhuǎn)移100萬人。
圖8.星際運輸系統(tǒng)動力系統(tǒng)部分示意圖
從殖民的定義上看，這100萬人將永遠離開地球，成為火星第一代人類殖民者。這個計劃的前期準備已經(jīng)開始落實，2020將發(fā)射一個無人火星探測器進行技術(shù)驗證，也就是說，星際移民的計劃兩年后就算正式進入工程驗證階段，大約在2028年至2030年，開始進入工程實施階段，比如打造安裝Raptor發(fā)動機的星際運輸系統(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，馬斯克也認為火星殖民風(fēng)險很大，而且很大概率會失敗。
圖9.馬斯克描述登陸火星的計劃
圖10.除了SpaceX，我們還可以看到更高、更強大的新格倫火箭，本世紀的私人航天可不一般
這樣講話就比較符合客觀事實，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輸系統(tǒng)之外，還需要考慮棲息地建造、補給等物質(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，沒有人會喜歡被關(guān)在一個小黑屋里長達幾個月，火星殖民地如果擁有100萬人，這個社會的維持和運行更是一個大難題，至于能夠剩下多少人，那就全靠運氣了。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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如果世界多一些太空科學(xué)，生命科學(xué)，物理科學(xué)研究公司，是不是比某某市值幾千億美元的游戲公司更有價值？? 玩游戲能進入太空嗎？能長生嗎？能治療各種疾病嗎？科學(xué)進步不再不是人類的目標，目標是賺錢。
愿全世界齊心協(xié)力發(fā)展科學(xué)共享交換資源，早日進入太空。
