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重型猎鹰首飞成功 特斯拉正在飞向火星

北京时间2月7日04:45分许,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。

“重型猎鹰”火箭是自土星5号(Saturn V)以来,运力最强的火箭。在它首飞前,SpaceX首席执行官、硅谷“钢铁侠”马斯克也非常忐忑。在自己的个人推特账号上,这位科技“狂人”一改往日的自信,说这只是一次试飞,只要它别在发射台上炸毁,那就算试飞成功。如果发射失败,希望能暴露出更多问题,这样自己才能吸取教训,不断进取。

最终,“重型猎鹰”火箭首飞结果并没有让马斯克失望。

值得一提的是,发射在佛州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心39A发射台进行。“重型猎鹰”的首次飞行将搭载马斯克的一辆红色特斯拉Roadster跑车,车上还会播放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。

重型猎鹰首飞成功 特斯拉正在飞向火星

特拉斯离开地球

  现役运力最强火箭首飞

2011年,“重型猎鹰”火箭首次对外亮相。2015年和2016年的一些火箭故障迫使公司推迟发射。在过去几年中,SpaceX一直在更新火箭的目标发射日期;到了2017年年底,又因为美国政府停摆,马斯克暂停了发射。直至2018年伊始,SpaceX才首次公布了一个具体的发射日期。

“重型猎鹰”火箭是自土星5号(又称“农神五号”)运载火箭后,运力最强的火箭,它有可能是将人类送入深太空的最佳选择。  “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。

“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。

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。

  一石二鸟

“这是节约上百万美元的事情,你几乎可以用节约的钱去完成新的项目。我们可以利用它探索更远的太空,例如考虑水星和金星。”科学家、2010年-2012年SpaceX公司独立顾问Alan Stern在接受媒体采访时说。

“重型猎鹰”火箭首飞成功,会给SpaceX带来更多的业务。例如,可以更廉价地将商业卫星发射进入低地球轨道;将旅行者送至月球轨道附近等。

自2011年首次公开亮相后,“重型猎鹰”火箭就进入了美国火箭研究员的视野。据《科学》杂志报道,美国国家航空航天局(NASA)已经开始考虑用“重型猎鹰”火箭来完成自己的欧罗巴快帆任务。该任务准备将重为3.6吨的探测器,在2022年初发射至木星附近。通过飞掠的方式,探测器将以高分辨率相机拍摄冰月表面,探测大气成分,以及冰月内部和冰层的结构。NASA曾考虑用自己的重型火箭,高近100米的SLS火箭,但SLS的首次测飞已经推迟到了2020年。而且,其每次发射花费在10亿美元。

有了“重型猎鹰”火箭,人类对于火星的探索进程也将加快。SpaceX称,“重型猎鹰”可以运送2至4吨的货物至火星表面,可作参照的是,好奇号重量是1吨左右。这次的“重型猎鹰”火箭试射,给人类开启了更加雄心勃勃的太空探索之路。

天文学家们也表达了对“重型猎鹰”火箭的兴趣。基于“重型猎鹰”火箭的运力,天文学家们正在考虑到2020年,用它来运载约为6.2吨的韦伯望远镜和6.5米的镜面。

尽管“重型猎鹰”火箭受到多方青睐,但它并不是市场唯一的选择。《科学》杂志指出,在接下去的几年时间里,SpaceX将遇到挑战。它的竞争者不仅有来自NASA的空间发射系统,还有亚马逊创始人贝佐斯的蓝色起源公司。蓝色起源将在2020年首次公布自己的可重复利用的“新格林”号火箭。ULA也在努力研发“伏尔甘”火箭。

“这样的竞争显然会带来更便宜的发射费用,届时不仅政府可以拥有太空项目,私人公司也能在太空有所作为,甚至是大学也可以。”科罗拉多大学航空专家Phill Larson表示。

发射直播录像

回首太空探索公司的发展经历

2001 年,马斯克刚刚进入而立之年,脱离了 PayPal 的尔虞我诈,开始了人生的新篇章。事实上,投身太空领域并不是马斯克的一时兴起,而是他从童年到而立一直怀有的坚定理想。

马斯克和航空学会的第一次互动,是和「火星协会」(Mars Society)一群不拘一格的太空爱好者见面。这些爱好者打算做一个把老鼠送上地球轨道旋转并繁衍的试验,他们意外收到了马斯克一张 5000 美元的支票。

不过,比起把老鼠送入地球轨道,马斯克更想把它们送到火星去。他希望做一件能够触动全人类的、令世界瞩目的事情,让人们再次想起火星,思考人类额潜能。当马斯克在太空领域的人脉已初具规模,马斯克退出了火星协会的董事会,成立了自己的火星生命基金协会「Life to Mars Foundation」。

俄罗斯之行的意外「收获」

这个世界上没有谁比迈克尔·格里芬更了解怎么把物体送入太空了,在四年后,格里芬接任了 NASA 负责人,成为马斯克的劲敌,而在当时,他是马斯克智囊团中的领军人物。

格里芬这见惯了那些雄心勃勃的、自以为能征服太空的有钱人,工程师拿着有钱人的资金到处忙活,直到有钱人觉得没劲了,项目就无疾而终了。但当格里芬看到马斯克自己列出来的火箭预算表时,他彻底惊呆了。

当时,以马斯克 2000 万~3000 万的预算,连发射火箭这一项都不能完成,更别说想要送老鼠到火星并回传影像了。他只买得起俄罗斯人的火箭。于是在 2001 年 10 月底,马斯克在格里芬等人的陪伴下,亲自去了一趟俄罗斯,调查发射一枚火箭到底需要多少资金。

在之后的四个月里,他们和俄罗斯人碰头三次,这个过程十分难熬,俄罗斯人会在办公室吃着香肠、三明治、伏特加,闲聊个把小时,最后一次,马斯克借着酒劲儿开门见山地问对方,买一个导弹需要多少钱。俄罗斯人含糊其辞,马斯克觉得对方要么根本没有做买卖的诚意,要么就是想从他这个互联网富翁身上狠狠敲一笔,于是愤然离席。

从莫斯科无功而返,马斯克一行人的情绪跌落谷底。在回美国的飞机上,马斯克一声不响地坐在前排,摆弄着电脑。忽然,他转过身来,亮出一张他制作的电子表格,对格里芬他们说:「兄弟们,我觉得我们可以自己造火箭。」

这个表格制作得十分详细,列明了建造、装配和发射一枚火箭所需的成本,以及假设的火箭性能特性。

「埃隆……你从哪里得到这些数据的?」

原来,在过去几个月里,马斯克用通过借来的《火箭推进原理》、《天体动力学基础》、《燃气涡轮和火箭推进的空气动力学》等专业书籍,研究航天工业及其背后的物理原理,他得出一个结论——自己制造火箭也可以,而且应该比俄罗斯人的更便宜。

决定忘记那些小老鼠,转向筹划建立一家私人太空发射公司,恐怕是这次俄罗斯之行最大的意外「收获」。

太空行业的颠覆者

2002 年 6 月,SpaceX 在洛杉矶郊区成立了。第一批员工入职时,他们被告知,SpaceX 的目标是成为「太空行业中的西南航空公司」。马斯克制造的火箭不会搭载大型卫星,而是瞄准低端卫星市场。马斯克认为,太空产业在过去 50 年里并没有真正进步,航空公司发的每一枚火箭都和法拉利一样又贵又好,其实便宜一点的就能满足需求。

莱特兄弟飞行试验成功后的 20 年,航空旅行已经成为常态,而火箭发射出现之后,这个领域却陷入了停滞,不管是登月还是将探测卫星送入火星,这一切都还是造价高昂的一次性项目。

太空产业有一个理论:如果一家公司能够大幅降低每次发射的成本,并定期进行发射,则将会为商用和科研使用有效载荷打开一个全新的市场。SpaceX 要做的就是把这个理论付诸实践,努力成为航天新时代的主力。

马斯克利用自己的硅谷方式来经营 SpaceX,充分利用在过去几十年迅速发展的计算机和材料科学。在 SpaceX 纯白色的办公室里,计算机科学家、设计工程师、电焊工、机械师都坐在一起,而不是像其他太空公司那样相隔千里。马斯克宣布 SpaceX 的第一枚火箭名为「猎鹰 1 号」,向《星球大战》中的「千年隼」号致敬。「猎鹰 1 号」将能够搭载 1400 磅的负荷,并且只需要花费 690 万美元。而在当时,发射一枚 550 磅载荷火箭的成本都至少需要 3000 万美元。

马斯克也一直在寻找能跟上 SpaceX 步调的供应商,但他们的要价都很高昂,进度也很慢,当他发现供应商在时间表上很难和 SpaceX 保持一致的时候,就宁可抛弃他们。SpaceX 打算独立从事「猎鹰」号火箭的全部开发工作,包括两台火箭推进器、涡轮泵、低温贮罐结构和制导系统。没有政府资金支持,几个人白手起家,没有人相信他们能成功。

SpaceX 聘请的公司高管们可谓全明星阵容,有来自波音公司、JPL、TRW 的优秀工程师和管理者,这些人在以前的公司受到各种条条框框的限制,无法自由工作。而在 SpaceX,马斯克甚至会用他的私人飞机搭载工程师往返加州工厂和德克萨斯州的试验场,以缓解他们的颠簸之苦。有时马斯克也会和他们一整晚地做实验,不顾自己的名牌衣服污得一团糟。这些让 SpaceX 形成了一种特有的团队氛围,共同抵御外界的质疑。

马斯克为火箭发射计划设置了近乎疯狂的时间表——2003 年 5 月、6 月分别造出两台火箭推进器,7 月火箭机身,8 月一切装配完毕,9 月发射台准备完毕,2003 年 11 月,也就是公司成立 15 个月后,进行首次发射。当时,马斯克从 eBay 对 PayPal 的收购中获得了一笔资金,他向 SpaceX 投入了 1 亿多美元。

然而这些预算仅够发射 3-4 次,一旦接连遭遇失败,便无法从头再来。

夸贾林岛上的三次失败

当 SpaceX 成功制造出第一级火箭推进器「灰背隼」和第二级火箭推动器「茶隼」,并开始制造整流罩时,他们获得了一个客户——为美国国防部运载一枚卫星。

火箭从测试阶段进入发射阶段,范登堡空军基地正在忙着让洛克希德和波音公司为军方发射价值 10 亿美元的间谍卫星,他们告诉 SpaceX 要排队等待几个月才能发射。无奈之下,SpaceX 只能到关岛和夏威夷之间一座与世隔绝的小岛「夸贾林」上发射火箭。

SpaceX 只有 30 人的团队用了几个月的时间,在这座只有 7 英亩,长满棕榈树的小岛上改造发射台。办公室由一辆双倍宽度的拖车改造而成。由于岛上没有道路,工程师们用古埃及人的方法搬运火箭及其支撑结构,高温高湿的丛林作业非常消耗体力,工人们宁愿睡在这里,也不愿经由汹涌的海面回到主岛。

登岛后六个月,SpaceX 团队一切准备就绪。

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第一次失败:一个螺母引发的坠落

2006 年 3 月 24 日,「猎鹰 1 号」发射,马斯克穿着短裤人字拖在控制室观看发射过程。大约 25 秒后,「灰背隼」引擎上方失火,火箭突然开始旋转,最后失控坠落地面,火箭搭载的卫星设备把车间屋顶撞得粉碎,工程师戴上潜水装置到浅海寻找火箭残骸。

对残骸的分析得出的结论证明,一枚铝制的 B 型螺母因为在夸贾林高含盐量的空气中存放数月而被腐蚀,发生了松动。为此,马斯克和负责技师发生了激烈的对质,马斯克希望在 6 个月内再次发射火箭。

第二次失败:燃料晃动导致的爆炸

一年后,2007 年 3 月 21 日,SpaceX 再次进行火箭发射,「猎鹰 1 号」从棕榈树环绕的发射台上一跃而起,冲向太空,一级解体后一切顺利,但后来火箭又开始摆动,又变成胡乱抖动,设备失控,解体,最后爆炸。

工程师们很快找到了故障原因,由于推进燃料逐渐被消耗,剩余燃料在罐子里来回旋转晃动,引起火箭摆动。

这次失败对 SpaceX 的工程师来说是一次致命的打击。他们花了近两年时间往返于加州和夸贾林,下一次发射即便成功,距离马斯克最初的目标也过去 4 年了,马斯克通过互联网产业积累的财富很快就要花光了,公司内部的人都知道,SpaceX 的资金只够再进行 1-2 次发射了。

尽管财务状况让马斯克很焦躁,但他一边让员工不要担心资金的问题,一边变卖自己的跑车和私人财产来换取更多资金,马斯克甚至失去了自己的房子,搬进了朋友的房子里。

马斯克一直保持着万分投入的状态,任何延误发射的人员都会进入马斯克的黑名单。对于许多 SpaceX 的员工来说,在金钱和效率之间权衡是一个新鲜的命题,因为传统航天工业总是能从军方和 NASA 等政府部门的合同中得到大笔预算,不会有这样的生存压力。

第三次失败:改进后的引擎发生了意外

第三次发射是在 2008 年 8 月 2 日,吸取了上次的教训,这次的「猎鹰 1 号」更换了新版的、调整过冷却系统的「默林一号」引擎(Merlin 1)。一切看上去都非常顺利,加州的工作人员通过网络直播观看了发射全程,然而,仅仅 30 秒后,当一级箭体和二级箭体进行分离时,火箭突然发生故障,发射再次失败。

事后人们分析发现,正是这个新的引擎,突然产生了没有预料到的巨大推力,导致一级箭体和二级箭体相撞。更糟糕的是,由于二级火箭没有正常启动,工程师也无法确认上一次燃料晃动的问题是否真正得到了解决。

这次发射失败就像宣告 SpaceX 的世界末日,当时特斯拉 Roadster 的量产陷入难产,马斯克为 SpaceX 投入了 1 亿美元,他已经没有任何多余的经费了。

「猎鹰 1 号」创造了历史

第四次发射是背水一战。马斯克心情急切,没有耐心等待漫长的海上运输,而是租了一架军用货机将「猎鹰 1 号」箭体从洛杉矶送到夏威夷。工程师们忘记了仓压会对不足 1/8 英尺厚的箭体造成什么影响,结果是,火箭好几处都凹陷、断裂,大家推测需要三个月才能修复如初。马斯克立即派出一个携带修理配件的增援团队,在临时搭建的飞机棚里,仅用两周时间就修好了箭体。

2008 年 9 月 28 日,SpaceX「猎鹰 1 号」第四次发射,这次它没有被赋予任何发射任务,因为无论是公司还是军方,都不希望再有任何东西爆炸或掉入海中了,所以二级箭体只搭载了 360 磅的虚拟货物。这场发射表演并没有降低员工的热情,他们开通了网络直播,为公众全程解说发射全程。

点火启动,火箭节节攀升,一级箭体脱离后,二级箭体「茶隼」经过 90 秒启动开始飞行。在员工狂喜的叫喊声中,载着虚拟货物的「茶隼」按照计划开始了长达 6 分钟的燃烧。整流罩在发射后 3 分钟时打开并落回地面。最终,在 9 分钟的旅途过后,「猎鹰 1 号」按照计划停止工作。

世界上第一枚私人建造的火箭成功了,500 个人,花费了 6 年时间,创造了现代科学和商业的奇迹,马斯克走出控制室,在工厂的走廊上收到了摇滚明星般的热烈欢迎。

然而,庆功派对之后,SpaceX 面临的是一场严重的财务危机,如果你了解特斯拉的故事,你会知道此时的特斯拉也已经岌岌可危,即将在圣诞节前倒闭。马斯克不想放弃任何一家公司,只能为特斯拉和 SpaceX 四处奔走。

2008 年 12 月,马斯克听到传闻说 NASA 即将为国际空间站签订一份补给合约,SpaceX 由于第四次发射成功,可能是这份合约的头号候选人,于是他不惜一切让大家相信公司有能力克服困难。

然而几乎差点成为 SpaceX 联合创始人的格里芬,此时成为了 NASA 的新老大。他开始处处针对马斯克,认为马斯克的行为不符合商业道德。整个 12 月,SpaceX 都在恐慌中度过,直到圣诞节前夕,NASA 内部工作人员不断去说服格里芬,最终帮助 SpaceX 成为国际空间站的供应商,并向 SpaceX 支付了 12 次运输费用,共计 16 亿美元,SpaceX 才得以从破产的边缘挣脱出来。

从初创公司到航天巨头,火星还遥远吗?

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经历了 2008 年的濒死体验后,SpaceX 已经开始盈利。如果说「猎鹰 1 号」的发射成功时,SpaceX 还是一个初创公司,那么「猎鹰 9 号」(Falcon)的从范登堡空军基地升空时,SpaceX 已经可以称得上是航天业的巨头了。

「猎鹰 9 号」高 224.4 英尺,宽 12 英尺,重 110 万磅,由 9 个呈八边形分布的引擎供电,引擎上的一级箭体画着蓝色 SpaceX 徽章和美国国旗,再往上是最终会飞向太空完成任务的二级箭体,外形优雅,功能明确,没有丝毫的浮夸和浪费,可以称作是航天领域的苹果。

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Falcon 9

「猎鹰 9 号」不必再去太平洋上的小岛上进行发射了,而是在南加州的范登堡空军基地,无需排队。发射成功的喜悦欢呼,马斯克已经司空见惯了。SpaceX 逐渐成为自由派的激进分子,试图颠覆传统太空行业的一切,它不满足于一年几次发射或者依赖政府合同生存。它的目标是尽可能提高发射频率,每次发射只赚一点,并通过多次发射形成良性循环。SpaceX 大约每月发射一次火箭,为某个公司或某个国家运载卫星,或为国际空间站补充供给,它以每次发射 6000 万美元的低价打败了美国的竞争对手们,甚至比俄罗斯和中国的价格还要低。

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成本低廉的秘诀在于,SpaceX 自己完成了 80~90% 的火箭制造工作。这些制造大部分都在霍桑火箭路 1 号的工厂完成。工厂车间占地 55 万平方英尺,主打灰白色调,极富科幻气息,入口悬挂着曾为国际空间站运输补给的飞船「龙」,舱室侧面还留有黑色的烧痕。

SpaceX 花了 4 年时间设计「龙」,这可能是航空史上同类项目中完成速度最快的。SpaceX 通过和 NASA 的协议,获得了 PICA 隔热材料的生产工艺,并改进工艺使其成本更为低廉。「龙」的总成本只有 3 亿美元,其他公司的飞船项目成本都比它高 10~30 倍。

起初,马斯克不愿意谈论 SpaceX 的上市,在一封给全体员工的邮件中,他谈到,员工会为股票价格涨跌而分心,从而影响产品开发。但当「猎鹰 9 号」多次完成运载任务,马斯克告诉投资者:「一旦我们拥有飞向火星的定期航班,SpaceX 就将上市。」

马斯克始终没有放弃火星探索,许多 SpaceX 的工作人员和实习生都明确表示自己想成为宇航员,因为在 SpaceX 工作是进入太空最好机会。

2015 年 9 月,SpaceX 宣布「猎鹰重型」(Falcon Heavy)的最新发射日期:2016 年春天,大概会在 4 月末或 5 月初左右。「猎鹰重型」其实是由 3 枚「猎鹰 9 号」组成,但射程更远。对于「猎鹰 9 号」或「猎鹰重型」这种使用大量燃料的火箭,进行地面着陆甚至是不可能的,所以海洋平台回收是最好的选项。

在 2016 年 4 月 9 日,SpaceX 终于在海上成功回收「猎鹰 9 号」的一级火箭。SpaceX 总裁兼 COO 格温 · 肖特维尔表示,回收后的一级火箭并不需要太多的整修,预计可重复使用的火箭可以降低大约 30%的发射成本。

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肖特维尔还说:「我们的猎鹰重型火箭无法把整辆巴士上的乘客都送上火星,所以之后还会有别的新产品。」

现在,当人们回想马斯克经常说的「人类应该成为一个跨行星物种」,也许就在可以预见的不远的未来。

「我始终相信,如果我们能解决再生能源的问题,并一步步把人类打造成跨星球的物种,在另一个星球上建立能够自给自足的文明,防止可能发生的人类灭绝危险,人类就会有一个光明的未来,那么,」马斯克顿了一下说,「这样就太棒了。」


本文根据中信出版社的新书《硅谷钢铁侠:埃隆 · 马斯克的冒险人生》第六章、第九章整理而成,如果你想更全面地了解真实的马斯克,一定不要错过,这也是埃隆 · 马斯克全球唯一授权采访的传记,作者阿什利 · 万斯,并由极客公园前驻硅谷记者周恒星翻译

网友评论4

  1. 沙发
    c0smxsec:

    我怎么看成了「特斯拉」

    2018-02-07 下午10:10 [回复]

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