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SpaceX“重型猎鹰首飞成功,带着特斯拉跑车进入太空!马斯克再次创造历史

远望智库 战略前沿技术 2022-04-11

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本文转载自连线新能源(ID:NELinked)

北京时间今天凌晨,SpaceX旗下的新型火箭,也是现役运力最强火箭——“重型猎鹰”(Falcon Heavy)火箭首飞成功。


去吧,猎鹰重型火箭!

这枚猎鹰重型火箭从美国佛罗里达肯尼迪航天中心发射升空。

 

其发射坪正是几十年前发射登月的阿波罗11号所用的场地。点火后,火箭底部瞬间为一团巨大的烟雾所笼罩,随即在成千上万围观群众的欢呼声中、呼啸着飞过海滩。


猎鹰重型火箭拥有3台助推器,其中共配备27台引擎。而此次任务为这枚巨型火箭的首次试飞。

“去吧,猎鹰重型火箭!”美东时间下午3点45分,发射人员宣布道,此时距原本计划的起飞时间已经过去了2小时15分钟。与此同时,火箭的三台助推器开始点火,将火箭推离39A号发射坪,稳稳送入太空。

发射约一分钟后,报告显示火箭运行一切正常,SpaceX公司员工们顿时一片欢呼雀跃。


https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=f1333alzay6&width=500&height=375&auto=0

起飞超过两分钟后,两台侧边助推器与火箭主体分离,开始返回地面,而火箭主体将继续飞向太空。三分钟后,发射人员高喊道:“分离成功!”为表示庆祝,办公室里立刻放起了大卫·鲍伊的歌曲《火星上的生活》(《Life on Mars?》)。

又过了几分钟,中央助推器与火箭载荷舱分离,然后朝海面飞去,准备在无人船上着陆。

 

助推器上的摄像机进行了全程追踪。很快,两台侧边助推器成功降落在卡纳维拉尔角空军基地,而中央助推器也按计划接近了海面上的无人船。一切都按预期进行。


发射当日天气绝佳,湛蓝的天空、温暖的阳光、舒适的微风吸引了成千上万的太空爱好者。他们纷纷聚集到海滩边上翘首以盼。除了发射之外,他们还观赏了两台助推器成功回收的过程,并且领略了助推器返回地面途中产生音爆的威力。


属于马斯克的“极致的浪漫”

1、樱桃红色特斯拉是马斯克本人的Roadster


2、中控大屏上的字“Don't Panic”出自著名科幻小说《银河系漫游指南》


3、车上有一块电路板,写着“Made on Earth by Human”(地球人制造)


4、特斯拉上还坐了个假的宇航员


5、但假人也有任务:测试真实宇航服

马斯克在随后的新闻发布会上表示,这个假人身着SpaceX量产的宇航服,而不是功能不足的原型产品或模型。


这套宇航服是由SpaceX内部设计的,相对于大部分宇航服都要更时尚。


6、跑车进入太空后会继续前往火星轨道


7、由于发射时间不是窗口期,而且跑车不具备变轨能力,所以它到达火星轨道后,会继续环绕太阳运动


8、这辆车能在太阳系存在10亿年以上


红色的特斯拉Roadster跑车也上去了

“重型猎鹰”的首次飞行搭载了马斯克本!人!的一辆红色特斯拉Roadster跑车,车上还播放1969年戴维·鲍伊的经典歌曲《太空怪人》。这辆跑车将在太空中漂浮数十亿年时间。

一个身着 SpaceX 公司已经公布的宇航服的“驾驶员”假人“Starman”(同样是Bowie的一首歌)还坐在驾驶位。

更神奇的是,在特斯拉跑车的仪表板上还藏着一个跑车的微缩模型,同样有一个宇航员小人坐在里面,车上还带有一套微缩版本的阿西莫夫《基地》三部曲。


电动车能抵达火星么?

 

人类航天目前几乎都通过一个叫做“霍曼转移轨道”的方式抵达火星:在离开地球时经过加速进入这个轨道,在抵达火星附近时经过二次加速赶上火星,与火星轨道交叉后再改变速度实现环绕火星,甚至不惜采用火星稀薄大气“空气刹车”的方式。


霍曼转移轨道与地球轨道和火星轨道相切,实际上是个椭圆轨迹的一半(动图中虚线的一半)  ©brilliant.org


以上三步,强大的猎鹰重型火箭把它送出地球当然是妥妥的(第一步)。实际上猎鹰重型火箭的特征能量能让它运送重达3.5吨载荷抵达冥王星,远远超过新视野号的0.5吨级别。

 

但是对于一辆没有任何变轨、调姿能力的电动车而言,后面两步就是开玩笑了。



更何况人类探测火星的26个月时间窗口到今年5月才来,基本意味着这一辆电动车最多在深空中跟火星打一个遥远的“招呼”就会消失了。

 

猎鹰重型火箭足够将它像先锋10/11号、旅行者1/2号、新视野号送出太阳系,但由于它并未携带大型通讯天线和长期供能的放射性同位素电机等,这意味着发射后人类将很快跟它失联,消失在太阳系中。

 

据伊隆·马斯克的说法,它将进入漫长的环绕太阳轨道,轻易在太阳系中存在10亿年以上。也许它最终将会成为宇宙深空中人类存在过的一个痕迹吧。


现役火箭中最强运力是中国长征5号两倍

“重型猎鹰”的运载能力,在世界各国的现役火箭中是最强的,一次能将63吨的物资送入近地轨道。

▲全球运力最强火箭对比

更加强悍的是,“重型猎鹰”的第一级全部可以回收,极大降低了火箭的使用成本。目前中国运载能力最强的“长征5号”只能运载25吨物资到近地轨道,距离世界最先进水平还有很长距离。

 

“重型猎鹰”高69.2米,近地轨道载荷达63.8吨,采用芯级并联的结构设计,由三枚经改装的“猎鹰九号”火箭组装而成。运力几乎是现役火箭——联合发射同盟(United Launch Alliance)旗下德尔塔4号重型火箭(Delta4-heavy)的2倍。

 

“重型猎鹰”的芯一级采用27台发动机,这相当于18架747飞机的推力。这样的设计对发动机可靠性提出了极高的要求。苏联时期研发的N-1火箭,芯一级采用30台发动机,4次发射均告失败。因此,长期以来采用“蜂窝”式发动机构筑大推力系统,是火箭研发的大忌。这也是此次发射中存在的巨大隐患。

▲猎鹰重型拥有27个发动机猎鹰重型拥有27个发动机

除了运力强劲以外,“重型猎鹰”的发射费用在9000万美元左右,比Delta4号重型火箭低20%左右。

 

不论是现在“重型猎鹰”还是之前的土星5号、德尔塔4号,美国在重型火箭研究和发射上均领先其他国家。


小小遗憾:火箭主助推器丢失

在成功发射“重型猎鹰”火箭的同时,SpaceX也完成了一项令人难以置信的壮举:两个第一级推进器几乎同时完好无损地着陆。但据美国科技媒体TechChrunch报道,核心推进器掉入水中,随后丢失。


https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?vid=w133342d004&width=500&height=375&auto=0

 

今天的发射中使用了两个“猎鹰9号”的第一级推进器。这两个推进器此前曾用于2016年SpaceX的发射任务,在回收后进行了翻新。在此次发射中,这两个第一级火箭与“重型猎鹰”的第二级成功分离,返回地球,着陆在预定地点。


两个侧推进器分别着陆在肯尼迪空军基地的LZ-1和LZ-2着陆点。这也是SpaceX此前用于回收火箭的地点。不过,原计划降落在大西洋海上无人回收平台上的核心中间推进器未能成功着陆。

 

核心推进器按原计划接近海上平台,但由于某些返回引擎未能点火,该推进器以时速300英里(约合480公里)的速度掉入水中,随后丢失。在推进器接近过程中,视频信号突然中断。


而在SpaceX提供的直播中,可以听到有人说,“我们丢失了核心”。不过不清楚,这是说丢失了视频信号,还是推进器本身。


不过,在三个第一级火箭中成功回收两个仍然是了不起的成就。这不仅证明了SpaceX取得的进展,也再次证明了埃隆·马斯克(Elon Musk)关于可重复使用的太空飞行的理念。根据马斯克的设想,最终回收的火箭可以在不到24小时内重新发射。


“处女飞”的意义重大不言而喻

最后,我们来说说此次发射代表的重大意义。

 

此次“处女飞”还标志着首次由私企制造的火箭尝试将载荷舱送到地球轨道之外,打破了政府项目垄断的现状。SpaceX公司的创立者伊隆·马斯克(Elon Musk)把此次发射视作一次宝贵的广告宣传机会,将自己的樱桃红特斯拉跑车装到了火箭上,跑车里还坐了一名身穿太空服的假人。

 

此外,此次成功发射还平息了此前人们对猎鹰重型火箭安全性的质疑。由于它的结构太过复杂,引擎数量太多,难免让人想起前苏联发生多次爆炸的N1火箭。如果真的发生爆炸,发射台可能会严重受损,不仅造成高额损失,还会影响后续发射。好在SpaceX并没有让悲剧重演,成功证明了自己的实力。


若SpaceX能够保证猎鹰重型火箭的可靠性,该火箭便可被美国国防部用来发射国家安全卫星,还能帮助NASA开展太空探索。SpaceX称,猎鹰重型火箭的载荷量远超当今的任何火箭,能够将14万磅(约合63.5吨)货物送入近地轨道,或将4万磅(约合18吨)货物送达火星。

 

但行业官方人士表示,猎鹰重型火箭的市场潜力仍是个未知数。SpaceX一直在计划于今年年初开展两名旅客的“探月之旅”。但马斯克于本周一表示,猎鹰重型火箭可能永远都不会用于载人飞行,因为该公司准备把重心转向下一代火箭,即BFR(大猎鹰火箭)。


不过,猎鹰重型火箭此次发射成功,仍然标志着“人类探索精神的复活”。乔治·华盛顿大学航天历史学家约翰·罗格斯顿(John Logsdon)评论道。

 

自NASA 2011年结束航天飞机载人计划以来,太空任务便一直局限在近地轨道范围内。我们熟知的国际空间站就处在这一高度,距地表约400公里。

 

但猎鹰重型火箭证明,人类有可能再次超越这一高度,飞入深空,真正“推动探索边界”,罗格斯顿表示,“自1973年土星5号任务之后,美国就失去了这样的实力,直至今日才重获新生。”

 

 这枚与阿波罗同时代的火箭比猎鹰重型火箭更加强大,但已经不再投入使用。除猎鹰重型火箭之外,还有一系列大型火箭正在研发之中,将于接下来几年陆续发射升空。

 

例如,波音公司与洛克希德·马丁公司联合创立的联合发射联盟公司正在研发(The United Launch Alliance)瓦肯火箭(Vulcan rocket);

 

由亚马逊创始人杰夫·贝索斯(Jeffrey P.Bezos)创立的蓝源公司也在打造一枚名为“新格伦”(New Glenn)的巨型火箭,以前宇航员约翰·格伦(John Glenn)命名。

▲蓝色起源给出的运载火箭对比图

在失败中成长起来的SpaceX

在描述SpaceX的远大前景和商业价值时,作为其首席执行官和第一设计师的马斯克,没少遭受身边的冷嘲热讽。尤其是SpaceX火箭爆炸的新闻时不时就会刷一波朋友圈。

 

就在2016年的短短8个月中,猎鹰9号火箭就曾三度发射失败,还当空解体。更是成为SpaceX自2012年以来8次执行空间站补给物资运送任务的首次失败。


因此,在当天的猎鹰重型火箭试飞时,马斯克也只敢妥协地说道“只要火箭上天,不把发射台炸成碎片,我就认为取得了成功”。

 

无论猎鹰重型火箭成功与否,对SpaceX来说都不会是一场彻底的失败。SpaceX公司可以继续收集重要数据,用于研制完善更好的“猎鹰号”重型火箭,毕竟这仅是一个试射而已。

 

幸好,这次试飞一切顺利。就像SpaceX总裁格温·肖特维尔(Gwynne Shotwell)在接受美国国际广播电台Marketplace采访时说的,SpaceX的未来愿景,是在2100 或2200年主宰太阳系,并在短时间内将人类送上火星,来实现马斯克使人类生活"多行星化" 的野心。

 

现在,SpaceX迎来了一次华丽的高光时刻。



下一站是送人去太空?

按照官方数据,猎鹰重型火箭可将54吨有效载荷送入轨道。打个比方,它能将一架波音737飞机连同乘客、行李等全部送上地球轨道。如果猎鹰重型火箭真如SpaceX描述的一般好,它将提供给全人类一个低价太空移民方案。且颇具纪念意义的是,发射这枚巨型火箭的肯尼迪太空中心发射台,在半个世纪之前曾经帮助将宇航员送上月球。


在随同升空的红色特斯拉车内,还带有一套微缩版本的阿西莫夫《基地》三部曲。在这部马斯克极度热爱的科幻小说中,描述了一群先行者,在预见未来银河将会经历一段充满无知、野蛮和战争的黑暗时期后,开始集合帝国中最优秀的科学家,来到银河边的新行星建立“生存基地”的故事。


或许,这一天离我们地球人也不远了。猎鹰重型火箭已经让我们的视角第一次如此近距离的靠近了火星,“还有很小很小的可能性,它会撞在火星上”,马斯克说。


SpaceX与NASA

前不久,特朗普政府已经宣布将重返月球作为重要的探索目标。虽然方式和成本等细节信息尚未公开,但政府支持NASA与SpaceX等商业公司进行合作,从而有效降低飞行成本。

 

美国商务部长、重组后的国家航天委员会成员威尔伯·罗斯(Wilbur Ross)在采访中大力赞扬了SpaceX所做的努力,称其帮助美国在全球火箭发射中重获重要地位。

 

SpaceX发射成功,也将督促NASA反思该如何进步。多年来,NASA一直在研发比猎鹰重型火箭更强大的“太空发射系统”火箭。但该火箭每次发射成本高达10亿美元,是猎鹰重型火箭的数倍。毫无疑问,两枚火箭都还存在很大的进步空间。对于人类航天事业的未来,请诸位拭目以待。

 

逆天的营销


  不过,比起与NASA合作,让自己的“猎鹰重型”火箭能够像“猎鹰9”那样成功变现,给公司带来商业化的收益,才是马斯克更关心的。

 

  所以,早在这次发射前,同样极具商业头脑的马斯克就已经在为他的这款新型火箭谋划出了一个“一石二鸟”的营销套路。


  何谓“一石二鸟”呢?原来,这马斯克居然是把自己的一辆特斯拉跑车塞到了火箭里,并打算用火箭把这辆轿车送上火星轨道!


  特斯拉的红跑车里面坐着一个叫Starman的假人,穿着太空探索公司的新宇航服,车里放着一本《银河系搭便车指南》


  这个极为疯狂也极具想象力的营销也就意味着,“猎鹰重型”成功发射,等于是同时给自己的两个公司的产品都打了广告。而且让跑车进入火星轨道并绕着火星“飞驰”,还透露出他下一步打算对公众开放“宇宙观光”的计划,甚至未来打算让人们坐他的火箭前往火星去寻找新生活的“野心”!



为啥咱中国没有这种火箭?


  相信大家一定会有这样一个疑问:为啥咱中国没有这种火箭呢?

 

  这绝不是因为咱们中国人的智商不足,或是国家的投入不够,而是因为我们与美国在火箭领域先天就存在着巨大差距,这也就决定了我们的发展重点也与马斯克和他的SpaceX会存在较大不同。

 

  先天的差距方面,正如前面所说的:美国1969年就已经成功用“土星5号”这种上百吨载荷的超级重型火箭把宇航员送上月球了,而我们在1970年才刚刚用远程导弹改造过来的、载荷仅为300千克的长征一号火箭把我们的第一颗人造卫星送上天……



  当然,对于一个1949年才刚刚建国,且工业基础基本为零的新生国家,我们能在短短20年就有第一颗卫星上天,也已经说明了我们强大的追赶能力。

 

  然而,火箭这种涉及基础学科和工业化水平的领域,并不是一朝一夕就可以追赶上的。所以当美国像SpaceX这样的私企都已经在研发“猎鹰重型”这种超级火箭时,我们还必须一步一个脚印地先把我们的“长征5号”给弄稳定了,然后再去考虑在2030年实现“长征9号”这种光引擎技术就与“长征5号”完全不可同日而语的国产重型火箭。

 

  所以,虽然2016年“长征5号”的升空令我们从“航天大国”成为了“航天强国”,但我们中国人可千万不能因此就“飘飘然”,觉得自己很牛了。和美国人比航天,我们仍然还是“学生”,而今天美国人成功发射的“猎鹰重型”更应该让我们清醒过来了!


  但我们也相信,只要我们的国家保持稳定发展,这个差距就能被我们一点点追上。毕竟我们“集中资源办大事”的体制在追赶技术差距上还是有很大优势的。而且到时,我们今天“种下的树”也必定会让这个国家的新一代人才获得比今天更广阔的逐梦空间与资源!


最后,送上一个长达数十分钟的猎鹰火箭飞行时序GIF图,静静地感受这次伟大的壮举:(来源: @ POCKN微博)


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