風(fēng)風(fēng)火火“闖”太空

王治鈞

向一次性火箭說再見

過去，所有的火箭都是一次性的，且由于技術(shù)復(fù)雜，沒有工業(yè)化批量生產(chǎn)，火箭的制造與發(fā)射一直是極其昂貴的工程。

SpaceX成立之初就明確跨入太空文明的關(guān)鍵是讓火箭可重復(fù)利用，于是在選擇火箭的心臟——火箭發(fā)動機時，SpaceX出于性價比考量選擇了并不起眼的默林發(fā)動機，并持續(xù)迭代更新。

初代默林發(fā)動機和其他火箭發(fā)動機相比個頭不大，并不起眼。經(jīng)過不斷的升級迭代，新款默林發(fā)動機推重比和節(jié)流能力已被優(yōu)化到極致，并實現(xiàn)了火箭垂直回收，低成本復(fù)用技術(shù)在一個看似“落后”的引擎技術(shù)面前實現(xiàn)了。

如今，SpaceX主打的火箭是獵鷹9號（Falcon 9），名字源自電影《星球大戰(zhàn)》中的“千年隼（Millennium FaIcon）”飛船。獵鷹9號其一級火箭由9個并聯(lián)的默林發(fā)動機構(gòu)成，整個系統(tǒng)采用先進(jìn)的系統(tǒng)冗余和容錯設(shè)計，即使一兩臺發(fā)動機出現(xiàn)故障關(guān)機，剩余發(fā)動機仍可繼續(xù)工作將衛(wèi)星送入軌道，這種可靠性為商業(yè)發(fā)射市場上攻城略地提供堅實的基礎(chǔ)。

截至2021年2月，獵鷹9號火箭的111次發(fā)射任務(wù)成功率高達(dá)98.2%，其中一級火箭落地回收67次，50次復(fù)用了二手火箭，甚至有單只火箭5次重復(fù)使用的記錄，這個技術(shù)足以傲視全球。相信在接下來的1～2年內(nèi)這些二手火箭甚至有望復(fù)用10次。

目前，SpaceX公司掌握了一級火箭和整流罩的回收技術(shù)，并且技術(shù)仍在不斷提升，又因低廉價格和穩(wěn)定性大幅搶占了國際太空發(fā)射任務(wù)，改變了國際商業(yè)航天的市場格局。

火箭中的大力士

“重型獵鷹”運載火箭在2018年首次亮相，它由3枚獵鷹九號火箭綁在一起而成，這種“三合一”結(jié)構(gòu)將運載能力提升近3倍，是現(xiàn)役推力最大的運載火箭，具有向月球或火星發(fā)射載人任務(wù)的潛力。發(fā)射成功后，“重型獵鷹”的一級火箭推進(jìn)器會回到大氣層，降落地面回收復(fù)用，進(jìn)一步降低成本。

獵鷹9號一級火箭的回收和再復(fù)飛已經(jīng)常態(tài)化了。經(jīng)過十年發(fā)展，針對不同發(fā)射任務(wù)獵鷹9號已經(jīng)衍生出一系列版本，獵鷹系列的快速迭代創(chuàng)新給SpaceX提供了大量數(shù)據(jù)和技術(shù)經(jīng)驗，促進(jìn)了太空運載技術(shù)的發(fā)展。

沖上云霄的龍飛船

SpaceX公司設(shè)計制造的龍貨運飛船系列最初用來為國際空間站進(jìn)行貨運補給，在多次飛行后改造成為載人龍飛船。2020年5月，龍飛船將2名宇航員送入國際空間站。標(biāo)志著SpaceX具備了定期載人太空飛行能力，成為民營企業(yè)開啟太空旅行商業(yè)化的新篇章。

龍飛船的成功讓SpaceX公司把私人太空旅游項目提上日程。比如已敲定的在2021年年底實施的“Inspiration4”太空游，將是首次全平民團(tuán)隊的旅游項目，4名旅客將會圍繞地球飛行幾天;還計劃在2022年初送4名旅客前往國際空間站進(jìn)行為期10天的旅行，這些項目引起了民眾極大的關(guān)注，相信在未來會有更多團(tuán)體或個人對這種私人旅行有興趣。

Starship星艦計劃

伊隆·馬斯克曾多次表示，希望在2025年把人類送上火星，針對這個野心，他需要一款更大的運輸工具。獵鷹系列火箭在這個任務(wù)面前顯得力不從心，就算是三合一的“重型獵鷹”也無法滿足未來的大規(guī)模太空移民和貨物運輸，為應(yīng)對更強大的運輸能力，星艦項目應(yīng)運而生。

星艦計劃是SpaceX下一代完全可重復(fù)使用的運輸系統(tǒng)，除了可以執(zhí)行地球軌道任務(wù)外，當(dāng)星艦在軌道上加注燃料后，也可以完成外太空用作軌道長時間航天器，應(yīng)用在地月轉(zhuǎn)移以及直擊火星的任務(wù)。

星艦計劃自提出來，其名稱和原型機就一直有變化，在推出正式“星艦”1.0版本還需要不少原型機進(jìn)行測試，從第一個原型機SN1開始，每一代原型機都會有些許改進(jìn)，需要至少迭代到SN20。而最近幾款原型機測試結(jié)果都以爆炸結(jié)尾，可見航天創(chuàng)新的風(fēng)險性是相當(dāng)高的。不過，這些在伊隆·馬斯克看來也是某種程度的成功。

按照SpaceX官網(wǎng)公布的數(shù)據(jù)，未來星艦總長120米，直徑為9米，內(nèi)部客艙空間約為825立方米，比一架A380空客飛機還要大。按照SpaceX復(fù)用經(jīng)驗，到時最終的星艦火箭可以重復(fù)飛行使用100次。

飛往火星的旅程預(yù)計將持續(xù)幾個月?！靶桥灐憋w赴火星時將搭載100名乘客，而和一架A380客機可以乘坐四五百人對比，星艦上的乘客空間相對寬敞。

一小時“環(huán)游”地球

除了火星旅行之外，SpaceX還有一個令人吃驚的衍生計劃：打造“地球一小時交通圈”。

星艦飛船可以進(jìn)行地球上的點對點飛行，在幾十分鐘到達(dá)地球上的任何地點。當(dāng)SpaceX的總裁格溫·肖特韋爾（Gwynne ShotwelI）在TED講臺上披露這個想法時，令所有人都大吃一驚。

她以紐約到上海為例，乘客從紐約的碼頭出發(fā)，到達(dá)海面上的浮動發(fā)射平臺太空港，星艦發(fā)射到地球軌道，并環(huán)繞地球軌道飛行約30多分鐘、大概飛行10000多千米后，飛船重新降落入大氣層，隨后落在上海外海的浮動平臺上，整個航程一個小時內(nèi)完成，同樣距離普通民航班機飛行需要十幾個小時，如果搭乘星艦的話，上午在上海開會，下午就能在紐約吃晚餐。

不過，環(huán)地球飛行可能并不那么舒服。地球點對點的“星艦”服務(wù)可能搭載1000名乘客，每位乘客只有基本座位，飛船上沒有廁所也不提供食物，甚至連機長都沒有專屬的駕駛艙。

通過SpaceX這幾個互相關(guān)聯(lián)的航天項目我們可以看到未來航天旅行趨勢已現(xiàn)端倪。這些服務(wù)中有的已經(jīng)日臻完善，有的尚需要假以時日來實現(xiàn)，有的甚至可能并不會成功，正如TED演講中埃隆·馬斯克所說：在太空文明中的人類必會探索不同的星球，不必一直困守于地球，這是我們的方向。如果我們能加速推動這個領(lǐng)域的技術(shù)革新，幫助提速十年，這就是價值所在。

航天行業(yè)剛發(fā)展不過70年時間，未來的航天需要更多人關(guān)注和參與這些未來相關(guān)領(lǐng)域。只要人類有探索的精神和不懼失敗的勇氣，年輕一代成為跨星球旅行的太空人一定不會太遙遠(yuǎn)。