SpaceX火箭詳解：馬斯克并不僅僅是個CEO

 

甚至還有人表示SpaceX能成功完全都是靠NASA為SpaceX輸出了大量人才，其實這基本是謬論一條。不可否認(rèn)SpaceX眾多的NASA工程師為獵鷹9號的成功做出了卓越貢獻(xiàn)，但是你不能認(rèn)為愛迪生發(fā)明電燈都是他助手的功勞吧。馬斯克在SpaceX的頭銜除了CEO之外，還有一個頭銜就是Cheif Designer（首席設(shè)計師）。所以說獵鷹9號是馬斯克的杰作并沒有什么不妥，而且這事馬斯克本人也是這么認(rèn)為的。目前，大多數(shù)對馬斯克的報道都是集中于特斯拉，而對于SpaceX的發(fā)展歷程則鮮有耳聞。本期易評就將講述一下馬斯克造火箭的那些歷史，以及詳解下獵鷹9號的牛X之處。

 

 

很多人都對英雄主義嗤之以鼻，從小到大的教育也都告訴我們離開了集體你什么也不是。但是縱觀歷史，某些關(guān)鍵節(jié)點真就是那某一個人起了決定性作用。要不然諾貝爾獎也不用非要頒給個人了，每年頒給一個科學(xué)家團隊大家也不用爭了。

 

而獵鷹9號在設(shè)計層面基本算是馬斯克的杰作，SpaceX的歷史可以說就是馬斯克造火箭的歷史。馬斯克曾經(jīng)如是說，“我知道我的火箭的每一個細(xì)節(jié)，以及所有過去。我可以告訴你告訴表面材料的熱處理過程，哪里發(fā)生了變化，我們?yōu)槭裁催x擇這種材料，甚至是鍛造技術(shù)。”

 

也許有人要問馬斯克為什么知道怎么造火箭，馬斯克自己的回答是看書, “我沒有在波音或波音或洛克希德工作過。但我明白東西在物理及工程意義上是如何工作的。”而SpaceX的同事也都表示，馬斯克學(xué)習(xí)能力無人能及，智商高深莫測。反正馬斯克花了2年時間基本掌握了火箭的設(shè)計原理。

 

早在2001年, 馬斯克就提出了發(fā)送和讓火星實驗溫室安全著陸的概念性項目，也就是將脫水的種子和保濕凝膠運送到火星，讓這些植物在火星土壤生長，為人類登陸做準(zhǔn)備。而到了2002年初馬斯克就坐不住了，畢竟干事業(yè)不能光靠想。所以跑到莫斯科，欲跟俄羅斯的Kosmotras國際宇航公司購買3顆洲際彈道導(dǎo)彈用來進(jìn)行實驗。是的，馬斯克為了造火箭還扮演過“軍火商”的角色?？赡苁怯捎趯?dǎo)彈實在太貴（一個從導(dǎo)彈修改來的火箭要800萬美元），而且火箭作為消耗品不能重復(fù)使用這一點使馬斯克意識到自己可以可以開公司造自己的火箭，而這些火箭將可以重新使用。根據(jù)他的計算，建造一個火箭的原材料價格只有當(dāng)時火箭市場價格的百分之三。于是，SpaceX成立了。

 

接著大批跟馬斯克有著同樣志向的火箭工程師，當(dāng)然也包括NASA的工程師被招至麾下。但比如SpaceX最重要的創(chuàng)始工程師現(xiàn)在的推進(jìn)系統(tǒng)副總裁Tom Mueller就跟NASA沒有半毛錢關(guān)系。所以NASA縮編并不是SpaceX能如此迅猛發(fā)展的原因。如果NASA裁員，波音和洛馬可是一直在等著接受這些火箭工程師。更不用說還有那么多私人火箭公司，比如說貝索斯旗下那個。如果簡單把SpaceX的成功歸結(jié)于NASA的幫助，好吧，那你是不是覺得你跟馬斯克的區(qū)別也只差出生地而已。

 

話說馬斯克每一次創(chuàng)業(yè)都是在對抗一個行業(yè)，這才是真正了不起的。建立Paypal打擊了銀行系統(tǒng)，建立SpaceX公司讓整個航空工業(yè)洗牌，特斯拉則徹底顛覆了美國汽車業(yè)。

 

 

周六凌晨獵鷹9號成功在海上平臺著陸，筆者當(dāng)時特意找了一下獵鷹九號的相關(guān)資料。結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有的中文資料都是泛泛而談。于是，筆者準(zhǔn)備首次來為獵鷹9號做個詳細(xì)介紹，畢竟這是人類第一款可以商用的可回收式火箭。

 

1. 龍式飛船

龍式飛船是一個可以自由控制飛行的飛船，可以運輸貨物并進(jìn)行載人飛行。龍式飛船在2012年成為歷史上第一個商用宇宙飛船，為國際空間站提供貨物運輸并安全返回地球。這也是目前世界上唯一可以攜帶大量貨物返回地球的航天器。目前，龍式飛船主要用于貨物運輸，但從一開始就被設(shè)計用于載人飛行。根據(jù)與美國航天局的協(xié)議，SpaceX公司正在為載人飛行對龍式飛船進(jìn)行改進(jìn)。龍式飛船的首次載人飛行試驗預(yù)計將在2 - 3年內(nèi)進(jìn)行。

龍式飛船的支撐段除了用來在上升過程中支持龍式飛船還包含了存儲無壓力貨物的空間。支撐段的設(shè)計為鉚接鋁合金結(jié)構(gòu)，高2.8米和寬3.66米。支撐段還設(shè)有散熱器，散熱能力為3千瓦。而支撐段整流罩外殼安裝有太陽能電池陣列，可以產(chǎn)生超過500千瓦電能。這些電能可以為龍式飛船進(jìn)行充電。不過當(dāng)龍式飛船進(jìn)入地球大氣層前支撐段和太陽能電池板都會被拋棄。

 

2. 獵鷹9號二級火箭

獵鷹9號的二級火箭由單一Merlin真空發(fā)動機提供動力，與火箭的第一級發(fā)動機相似，但為真空飛行修改了部分設(shè)計。所有的Merlin引擎的設(shè)計和制造都由SpaceX公司完成。發(fā)動機的設(shè)計燃燒時間約六分鐘，并可根據(jù)需要被關(guān)閉并重啟多次。 SpaceX公司的Merlin真空引擎，具有世界上最高的真空比沖（ISP），真空比沖達(dá)到348秒，超過所有的目前世界上所有的液氧/煤油發(fā)動機。

 

3. 獵鷹九號一級火箭主體

獵鷹9號一級火箭主體由鋁鋰合金覆蓋，通過加入鋰元素使材料變得比鋁更強韌但卻更輕。表皮下面是一個大型儲罐由鋁制圓頂覆蓋，用來存儲液氧和火箭級煤油（RP-1）發(fā)動機的推進(jìn)劑。儲罐和圓頂完全由SpaceX公司利用SpaceX公司定制的攪拌摩擦焊接機制造，這是目前現(xiàn)有的最強大和最可靠的焊接制造技術(shù)。

 

點火后，飛行安全閥系統(tǒng)保證所有的發(fā)動機都具備全推力性能后才會釋放火箭。然后，在超過五個波音747的推理的作用下，火箭會以很高比沖飛向太空。不同于飛機，火箭的推力與實際海拔成正比。獵鷹9號在海平面的推力超過150萬磅，但在真空中則達(dá)到170萬磅。

 

4. 著陸支架

這應(yīng)該是獵鷹9號與常規(guī)火箭最不同的地方。第一級火箭的著陸支架是火箭軟著陸地球的重要部件。四條支架采用鋁合金與美國最先進(jìn)的碳纖維制成。著陸支架在火箭基部周圍對稱地放置，在火箭降落時可以給予火箭極大的緩沖作用。

 

5.火箭引擎

獵鷹9號采用的Merlin引擎完全由SpaceX公司內(nèi)部開發(fā)和制造，推進(jìn)劑為液態(tài)氧和火箭級煤油。單個Merlin引擎海平面推力達(dá)到756千牛（170000磅），大氣層推理達(dá)到825千牛（185500英鎊）。Merlin引擎推力重量比超過150，使得Merlin引擎是世界上有史以來建造的最有效率的助推發(fā)動機，同時仍能保證攜帶宇航員所需的結(jié)構(gòu)和熱安全系數(shù)。

 

目前獵鷹9號是唯一在部分發(fā)動機輸出失效的情況下扔有能力飛行的火箭。獵鷹9號至多可以失去多達(dá)兩個Merlin引擎，但仍可完成使命。第一級火箭的九個引擎架構(gòu)來自阿波羅計劃，是土星一號和土星五號火箭所采用設(shè)計的改進(jìn)版本。

九個Merlin引擎采用8環(huán)1的結(jié)構(gòu)，改進(jìn)了之前的3×3引擎安排。這種機構(gòu)被稱之為Octaweb是可以支撐八個發(fā)動機圍繞一個中心發(fā)動機的金屬結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)簡化了發(fā)動機部分的設(shè)計和組裝，簡化了制造工藝。

 

最后說說我國的火箭技術(shù)吧。其實我國的火箭技術(shù)本身并不弱，當(dāng)然火箭發(fā)動機技術(shù)還是個問題。目前，我國最先進(jìn)的火箭發(fā)動機是120噸級液氧煤油發(fā)動機YF-100和氫氧發(fā)動機YF-77。YF-100的試車2012年已經(jīng)宣告完成，至于何時正式使用目前還要等待。YF-100的真空最大推力為1340千牛，真空比沖約330秒。在液氧煤油發(fā)動機領(lǐng)域算是不錯的。

 

但是其實目前最先進(jìn)的火箭發(fā)動機都開始采用氫氧燃料。而說到氫氧發(fā)動機，這真是中國火箭發(fā)動機之殤，起了個大早，趕了個晚集。中國70年代就開始研發(fā)氫氧發(fā)動機，但2001年大推力氫氧發(fā)動機的項目才獲批復(fù)。但是2007年卻遭遇技術(shù)瓶頸，先后四次試車結(jié)果不理想。直到2012年，長征五號芯級采用的YF-77才告研發(fā)成功。但是從推力上說，YF-77的推力只有50噸。而拿日本自主研發(fā)的H-II火箭的第一級LE-7氫氧燃料發(fā)動機來說，推力已經(jīng)超過100噸。

 

至于中國火箭的研發(fā)，筆者覺得多少受到了俄羅斯老大哥的掣肘。很多技術(shù)都傳承于俄羅斯，YF-100跟俄羅斯的RD-120發(fā)動機多有相似。當(dāng)然，筆者不奢望中國航天民營化，但是也許到了財政加大投入的時候了，因為火星移民的夢想并不是美國人的專利