真正的明星：“獵鷹9”號

今天，許多人都聽說過SpaceX， 但很少有人知道SpaceX是干什么的， 知道SpaceX真正在做什么的人更少。

我們前面談到過，SpaceX真正在做的事是：它嘗試降低太空旅行的花銷，解決這一讓人類成為在太空里自由來往的多行星文明進程中的關鍵問題，對人類文明進行備份。

2008年，在成功進行了一次軌道發(fā)射之后，一大批新客戶急于簽下SpaceX便宜的太空遞送服務合同。于是，SpaceX擺脫學步器，給自己建造一枚真家伙的時候到了。

“獵鷹9”號是世界上最先進的火箭，跟“獵鷹1”號相比有了巨大的提升。“獵鷹9”號身材高大，68米高，是“獵鷹1”號的3倍還多，相當于一幢20層樓房。如果橫放，它會占據(jù)3/4的橄欖球場。“獵鷹1”號只能攜帶少于1噸的有效載荷，而“獵鷹9”號可以攜帶13噸。從任何一方面說，“獵鷹9”號都能讓SpaceX跟太空業(yè)里的大企業(yè)相媲美。

了解火箭能讓你對它產生敬畏。火箭必須堅固得令人難以想象——它是攜帶爆炸性物質的1000噸龐然大物，能夠以超高速穿越颶風級別的氣流;但同時它的設計精密到毫米，因為它內部充滿了非常脆弱精細的東西，比如電腦電路板、精密衛(wèi)星，以及活生生的人。一般的制造技術往往無法滿足這種特殊需求。在SpaceX工廠，工作人員向我展示了形狀怪異的“獵鷹9”號的零部件，它們必須通過3D打印（并且經過3D設計），因為沒有其他方法能把它們打造成正確的樣子。不過這些都不是我們的問題，所以讓我們忽略細節(jié)，簡化故事的輪廓。

一級火箭

一級火箭有一份重要的為時3分鐘的工作：在失去動力墜落進大海之前，把二級火箭和有效載荷送入100千米高度。

和“獵鷹9”號其他部分一樣，火箭第一級也是在SpaceX位于加利福尼亞的總部制造的。

第一級火箭的主要部分是一個巨大的燃料箱，具有兩個主要組分：一個裝滿火箭級柴油，另一個裝滿液態(tài)氧。讓火箭利用空氣中的氧氣是行不通的，因為它在飛行時很快就會到達缺乏氧氣的高度。氧氣在-183℃變成液體，同時體積只有氣態(tài)氧的1/1000左右，因此一枚火箭可以攜帶很多。這兩種組分混合在一起就是火箭的助推燃料。

“獵鷹1”號的升空完全是由SpaceX自行研發(fā)的超級強大的“梅林”引擎助推的。

“梅林”引擎是目前世界上最高效、最先進的引擎。火箭引擎有一項重要的數(shù)據(jù)指標，叫作推力重量比，代表它能夠把自身重量的多少倍抬起來。“梅林”引擎重約0.5噸，具有超過80噸的推力，因此，它的這項數(shù)據(jù)是165∶1，讓其他類似的引擎都相形見絀。

想象9臺“梅林”引擎一起點燃。這就是“獵鷹9”號發(fā)射時的情形。火箭的名字就源自這9臺引擎——8臺在外圍排成圓圈，1臺位于正中央。

9臺“梅林” 引擎可產生650噸的推力，足夠把360輛汽車送入太空（這些汽車堆疊起來的高度相當于世貿大廈）。引擎最終抬起的火箭和燃料總共重達550噸，除此之外，它還有足夠的推力在頂端攜帶數(shù)量可觀的有效載荷。

二級火箭

火箭發(fā)射升空3分鐘后，第一級火箭和第二級火箭進行分離。

第二級是第一級的縮小版，同樣填滿了燃料。第二級火箭的“梅林”引擎只有一臺——專供太空環(huán)境下使用的版本，鐘形的延展來增加推力。這里不需要那么多引擎是因為：①此時火箭已經脫離了濃密的大氣層;②沒有了第一級，需要被推進的總重量大幅度減少;③火箭的速度已經相當快了，大部分加速工作都已經完成。

二級火箭的持續(xù)工作時間可能是幾分鐘到幾小時不等。引擎可以關閉再啟動，并且具有調整方向的能力。它的工作就是準確地把有效載荷以正確的速度送到正確的位置上。一旦完成這項工作，它就會從有效載荷上脫離并且掉落。

“獵鷹9”號的頭部有兩種，區(qū)別在于它們攜帶的是哪種有效載荷。下圖是第一種：

當火箭頭部是這樣時，攜帶的通常是一顆衛(wèi)星。頂端的突起是由兩塊保護殼構成的整流罩。它看上去只有一個浴缸大小，但實際上，它的大小相當于一輛公交車。

一旦二級火箭以一定的速度開始運行（大約是子彈速度的4倍），整流罩就脫離并墜入大氣層燃燒掉了。

“獵鷹9”號的第二種頭部是這樣的：

更尖的頭部意味著火箭攜帶的是龍飛船。

SUV大小的龍飛船是SpaceX的航天器， 其設計目的是運輸貨物，最終有一天將在地球和太空之間運送人類。美國航空航天局在2008年跟SpaceX簽的合同就是使用龍飛船向國際空間站運送12次物資。右圖的圓錐狀物體是龍飛船的增壓艙，也是唯一能夠返回地球的部分。左圖的圓柱狀物體是減壓箱，攜帶有額外貨物，太陽能電池板（在太空中向龍飛船提供能源）也裝在這里。這兩部分一起可以攜帶大約6噸的貨物。邊緣的小孔是龍飛船用來在太空中調整姿態(tài)的小型助推器引擎，底部是飛船返回時需要用到的隔熱層。

“獵鷹9”號的職業(yè)生涯

“獵鷹1” 號在2009年夏天進行了第五次，也是最后一次發(fā)射， 將SpaceX的首位客戶——馬來西亞政府——的一顆衛(wèi)星送入地球軌道，這也是它的第二次成功發(fā)射。但是因為體積更大、功能更強的“獵鷹9”號正在制造當中，“獵鷹1”號不再被需要了，它從此光榮退休。

“獵鷹1”號的5次發(fā)射地都是位于太平洋上的一個叫作夸賈林環(huán)礁的小島。但是自從有了“獵鷹9”號，SpaceX加入了太空業(yè)最有競爭力的隊伍，并且因此獲得了美國頂級發(fā)射場的席位——加利福尼亞范德堡空軍基地和傳奇的佛羅里達州卡納維拉爾角基地。

“獵鷹9”號的首次航程（演示運行）獲得了成功。

然后，SpaceX開始做人們認為商業(yè)公司不知道該如何去做的事情。

將航天器送入太空很難，但是把它帶回地球更加困難。打個比方，從碼頭上跳進海里，除了因海水很冷而冰到你以外，你不會受到其他傷害;但如果你從橋上跳進海里，就會出問題，唯一的區(qū)別在于入水時的速度。航天器進出大氣層時的情況也是如此。

你感受不到大氣層，是因為你的速度很小，如果你激烈地揮舞雙臂，就會感到大氣的存在。進一步提高速度，比如坐在敞篷車或者快艇上，你很快就會感到來自大氣的拍擊。因此，當?shù)厍蜍壍郎系奈矬w——它的速度大約是27300千米/時——決定返回地球時，它感受到的是風速為2730 0千米/時的颶風。颶風分為5級，風速每增加32千米/ 時強度上升一級。在地面，以27300千米/

時的速度移動，相當于身處842級颶風當中。當然，處在高空大氣層稀薄的空氣當中時，颶風的強度會小一些，但是還是相當了得的。

颶風的可怕之處在于力度。如果是處于842級颶風當中，問題就更大了。航天器在大氣層上部時，高速意味著它前方的空氣沒有時間給它讓開一條路，因此會被劇烈壓縮，變得極度灼熱。在大氣層更為濃密的低處，航天器還需要面對劇烈摩擦產生的高溫。巖石耐受不住這樣的高溫，因此會在穿越大氣層時變成流星。想要建造一艘能夠耐受超高溫的航天器就需要很多奇特的技術了。

直到2010年，只有五個國家成功發(fā)射并回收了航天器。“獵鷹9”號的第二次發(fā)射，讓第一艘龍飛船在首次運行時就成功進入地球軌道，在環(huán)繞地球兩圈之后，龍飛船穿過842級颶風安全返回了地面，使SpaceX成為世界上第一家成功回收軌道航天器的公司，成為世界上僅有的六家擁有此項技術的實體組織之一。對一家只進行過七次發(fā)射的公司來說，這是不錯的成績。

“獵鷹9”號的第三次發(fā)射同樣創(chuàng)造了歷史。在為美國航空航天局執(zhí)行首次任務時，龍飛船成為首個與國際空間站對接的商用航天器。

“‘獵鷹9號是真正的明星。” 萬斯寫道，“如果說從夸賈林島發(fā)射的‘獵鷹1號是初創(chuàng)企業(yè)的作品，那么從范德堡空軍基地發(fā)射的‘獵鷹9號就是航天業(yè)巨無霸的作品。”在成功進行了兩次演示任務之后，美國航空航天局對SpaceX已經有了足夠的信任，取消了第三次演示發(fā)射，開始正式與SpaceX合作，用龍飛船向國際空間站運送物資。

需要注意的事項

1.火箭發(fā)射前冒出的白煙是從液氧罐中逸出的氧氣。

2.在起飛前5秒，一個被稱為“尼亞加拉”的消防系統(tǒng)開始向發(fā)射場的地面沖水。這么做的目的是抑制引擎震耳欲聾的聲音，否則強大的聲波會對火箭造成損傷。

3.起飛前幾秒引擎開始點火。此時巨型的鉗夾把火箭固定住，好讓電腦進行快速測試，以保證所有系統(tǒng)都在正常運行。如果沒有問題，鉗夾會在T-0時刻釋放，火箭隨之起飛。

4.計時必須精確到秒。哪怕錯了1秒，龍飛船也無法與國際空間站對接。

5.在最初3分鐘，火箭尾部噴射出的火焰從鮮艷的亮橙色逐漸變?yōu)榉稚⒌幕疑＿@是因為隨著高度的增加，大氣中的氧氣變得稀薄，燃燒變得越來越困難了。

6.一級火箭在3分26秒時分離。

7.在一級火箭分離之后，你看見的黑色鐘形結構是二級火箭唯一的“梅林”引擎。這時候你看不見引擎里冒出任何火光，因為在那個高度燃燒是不可能的，所以在出了引擎之后，燃燒就立刻停止了。

8.之后的7分鐘里沒有多少事情發(fā)生。

9.11分09秒，火箭充分到達軌道，二級火箭分離。

10.視頻中剩下的大部分畫面都是由二級火箭攜帶的攝像機拍攝的龍飛船獨自運行的情況。

11.在最后25秒，你可以看到龍飛船的太陽能電池板打開。