SpaceX猎鹰9号“终极版”首飞成功,马斯克“火星梦”依旧不灭

北京时间今天凌晨4点 14 分,SpaceX 在它征服太空的漫漫长路上又迈出了坚实的一步——猎鹰 9 号终极版本“Block 5”完成首次发射,将孟加拉国一枚 3.5 吨重的通信卫星(Bangadandhu-1)送入预定轨道。

图丨发射现场

图丨火箭一二级分离

图丨一级火箭海上回收成功

图丨Bangadandhu-1入轨

或许在外界看来,这只是一次普通的产品迭代,但实事求是,Block 5 的成功意味着 SpaceX 已经有很大的可能性来依靠复用火箭实现省钱赢利的目标,而只要按照 NASA 要求完成 7 次发射,那么 SpaceX 就将拿到“载人发射”的入场券,开启宇宙蓝图的新篇章。

短短 8 年不到的时间,猎鹰 9 号已经成为世界航天发射市场上占据统治地位的火箭——2017 年该火箭的发射次数稳居第一,2018 年似乎也不太可能有足以动摇这一地位的挑战者。

SpaceX 的成功,很大程度上源于其将硅谷的思想引入航天工业。该公司矢志创新,积极把握机会,驱动员工以超长的时间工作来达成其要求的工作技术指标。

图丨 SpaceX 对猎鹰 9 号的改进工作已经持续 10 年,该公司声称,Block 5 将是猎鹰 9 号的定型版本,此后将不会再有重大的改进工作

尽管伊隆·马斯克以其火星梦想闻名于世,但是 SpaceX 的主力——猎鹰 9 号,却从未向比地球轨道更远的地方运送过物资和人员。不过,猎鹰 9 号发展历程中承载的技术创新和突破精神,一点也不亚于为深空任务而设计的重型猎鹰和 BFR 超大型火箭。

尽管猎鹰 9 号的持续改进让 NASA 之类的客户和一些供应商感到头痛,但对于 SpaceX 来说,由此获得的性能提升是完全值得的。对梅林发动机的持续改进、用新型材料降低火箭重量、使用超低温技术尽可能提高携带燃料的效率等技术,使得今天的猎鹰 9 号比首飞版本的推力高将近 1 倍。事实上,自 2010 年 6 月以来的 50 多次发射中,几乎每次发射的猎鹰 9 号都比上一个版本存在或多或少的改进。

图丨每一次发射都是一次迭代和升级的过程

SpaecX 对猎鹰 9 号设定的终极目标是:打造出最完美、最高效的地球轨道运载工具。今天,似乎 SpaceX 已经达成了这个目标,第 1 枚猎鹰 9 号 Block 5 火箭已经成功发射。马斯克也表示,Block 5 将是猎鹰 9 号的最后一款重大改进版本。

图丨猎鹰 9 号 Block 5 的设计目标是:可重复使用 10 至 100 次

SpaceX 对于猎鹰 9 号 Block 5 很有信心。它计划每枚 Block 5 的第一级在不经历较大维护的情况下复用至少10 次,如果加上后期维修,这一数字可能会达到100 次。要知道,SpaceX 此前对于同一枚猎鹰 9 号的复用次数记录仅为 1 次,因此 10 次复用是一个惊人的目标。此外,SpaceX 希望把同一枚猎鹰 9 号两次发射之间的时间间隔从几个月降低到几个星期。

如果真能达成以上目标,那么 Block 5 将为 SpaceX 的火星梦想奠定坚实的基础。此外,对猎鹰 9 号的定型,也将使得 SpaceX 得以集中精英研发人员和熟练工人,用于 BFR 火箭的研发和生产中。因此,Block 5 的发射,标志着 SpaceX 起步阶段的结束。

历尽挫折的猎鹰9号

SpaceX 上一次堪比 Block 5 首飞的重要发射,可能要追溯到 2015 年 12 月。那次发射是 SpaceX 的一次豪赌。2015 年 6 月,SpaceX 刚刚经历了猎鹰 9 号的第一次发射失败——升空 150 秒后火箭的第二级解体,连同运载的龙飞船以及价值 1 亿美元的 NASA 货物坠入大海,CRS-7 任务宣告失败。

图丨CRS-7 任务失败时的场景

SpaceX 花了将近半年时间来检查和改进火箭。对于 2015 年 12 月的发射,SpaceX 显然冒着更大的风险。发射台上的猎鹰 9 号 Block 3,又称猎鹰 9 号全推力版,拥有推力显著增强的发动机。

Block 3 的发动机比上一版本推力增强 30%,配有略微增大的超低温液氧-精炼煤油燃料箱。其他改进包括帮助火箭返回地球的新型空气动力栅格翼。更重要的是,SpaceX 继续尝试此前一直失败的火箭回收。

火箭成功发射并回收之后,马斯克举行了面向记者的电话会议。当被问及此前他对成功发射外加成功回收有多大信心时,马斯克回答:“我承认我没有什么信心,但是我对成功非常高兴。今天,距离 SpaceX 的创立已经 13 年。我们已经有了许多次类似于这样的冒险,不过我们从来没有这么开心过。”

马斯克后来表示,猎鹰 9 号 Block 3 的成功将使 SpaceX 成为国际航天发射市场的领军角色,同俄罗斯、中国和欧空局运营的火箭公司一争高下。此外,猎鹰 9 号 Block 3 也使得 SpaceX 能够发射美国空军大质量载荷。因此,马斯克甚至认为,猎鹰 9 号 Block 3 是当时世界上最好的火箭。

Block 5 终于亮相

但猎鹰 9 号的故事还没有就此画上圆满的句号,2016 年 9 月 1 日,准备为 Facebook 的卫星提供发射服务的一枚猎鹰 9 号突然在发射台发生爆炸,星箭俱毁。此次事故导致业界纷纷质疑 SpaceX 不过是在吹牛皮——该公司进度太快,如何能建造出一款安全可靠的火箭?如果火箭如此不可靠,就算免费帮用户发射,又有哪个用户敢用?

图丨Amos-6任务失败

然而,马斯克还是用产品的实力回复了那些质疑的声音。那次事故后,猎鹰 9 号 Block 3 和 Block 4 分别有多次成功发射,2017 年 SpaceX 发射 Block 3 和 Block 4 共计 18 次。

今天,终于到了 Block 5 亮相的日子。该版本包含诸多改进,以期提高猎鹰 9 号的可复用性。尽管 SpaceX 官方尚未发布详细的技术信息,但是各界人士对具体的改进细节已经展开了积极的猜测。

这些改进反映了 SpaceX 从 2015 年 12 月首次成功回收火箭以来学到的东西。至今,SpaceX 已经在陆地和海上成功回收火箭超过 20 次。在此期间,回收对火箭第一级的结构、发动机和燃料箱的影响,都经过了细致的研究,因此外界猜测,Block 5 将包含的改进有:

采用钛合金格栅舵,以防在返回地球过程中被烧蚀;

级间段、着陆架、燃料管线等部位都更新为黑色涂装;

发动机防热罩进行了重新设计,能够更好地对发动机进行保护;

梅林发动机继续提升,工作推力190,000磅力,最大推力240,000磅力,是最初版本的接近4倍;

用螺栓固定火箭发动机的部件,而非焊接,这样可以更方便地对火箭进行拆解和检查。

……

Shotwell 和其他公司高管表示,Block 5 可以连续发射 10 次而无需大修,此外,连续发射 2 次之间的时间间隔将从几个月降低到几个星期。在航天发射行业,如此高频率的火箭第一级重复使用是前无古人的。

图丨SpaceX公司总裁兼COO Gwynne Shotwell

商业航天分析专家、Bryce Space and Technology 公司首席执行官 Carissa Christensen 表示,在他看来,SpaceX 总是能达成自己公布的工程目标。因此,对于 Block 5 的工程目标,他表示 SpaceX 将其实现的可能性很大。

那么,既然 SpaceX 已经用最多只飞了 2 次的猎鹰 9 号就拿下了商业发射的大半市场,那么多次重复使用的猎鹰 9 号又能创造什么奇迹呢?

赚钱才是王道

Block 5 的发射报价取决于很多要素,诸如发射费用、回收后的维修费用,以及 SpaceX 是否可能会为了抢占市场而采取让利措施。

根据公司发言人 James Gleeson 的说法,SpaceX 目前不打算把 Block 5 的发射报价降到比之前的报价更低。外界估计,Block 5 的发射报价会最终降低到现价格的 60%-80%,即从 6200 万美元降低到 3000-4000 万美元,这样一来,Block 5 实际节约的成本可能在1000-1500万美元之间,即成本降低 30%,符合马斯克之前的官方表态。

图丨猎鹰9号和重型猎鹰报价

不过,目前没有什么足够的理由令 SpaceX 降价。该公司已经给出了同类火箭的最低报价,因此继续降价对于马斯克来说没有什么意义。

当然,随着时间的推移,马斯克为了吸引用户、开拓市场,说不定可能会采取降价手段。

这样一来,如果发射成本显著降低,那么除了传统的科学卫星、通信卫星和对地观测卫星之外,其他的空间应用也会被提上日程。例如,包括 SpaceX 在内的许多企业,正在筹划建立数百颗到数千颗低轨卫星组成的星座以提供互联网服务。

美国莱斯大学太空研究机构的负责人 David Alexander 表示,日本已经宣布成立 10 亿美元的空间技术创新基金。此外,中国、英国和欧盟也在积极推进各自的低轨空间遥感项目。因此,Block 5 的低价格将对诸多空间应用大有裨益。

图丨卫星发射年收入在过去 5 年中基本不变(图片来源:SIA)

不过,其他专家对于“降价就能撬动市场”的看法表示怀疑。多位专家表示,在过去的数年,向近地轨道和地球静止轨道发射大型卫星的市场份额基本保持不变。卫星的价格非常高昂,因此节省 1-2 千万美元的发射费用未必能显著增加大型卫星的发射数量。

Christensen 就认为,降低发射价格不会让现有的市场需求显著扩大——本来,发射成本跟航天器的成本相比就不算多。进一步削减非主要开支未必有多大意义。

一些评论人士建议,SpaceX 可以通过降价跟联合发射联盟(United Launch Alliance,ULA),以及中国、俄罗斯和欧盟抢发射市场。然而,这些巨头让出市场的可能性很低,至少在短期内是这样。比如,ULA 仍然是美国政府机构的可靠合作伙伴,SpaceX 要想仅凭低价就触动其根本还是非常困难。

图丨ULA的拳头产品——宇宙神5火箭

鉴于降价没有什么显而易见的好处,SpaceX 可能会维持目前报价,以赚钱来弥补自己 10 多年来的研发成本。这种猜想还说的过去,毕竟目前外界尚不清楚,SpaceX 在每一枚火箭只发射 2 次的目前情况下,是否能够盈利。

SpaceX 目前有约 7000 名雇员,根据专家估算,目前 SpaceX 大约 10 至 12.5 亿美元的营收刚刚够支付人员工资以及加州、德州、佛罗里达等地的设施费用。换算下来,如果每次发射收费 6200 万美元,那么每年需要进行 20 次发射,公司才能收支平衡。但如果想要有进一步的业绩增长,那么 SpaceX 就需要承接更多的发生任务了。

图丨SpaceX员工观看发射

这些统计都透露出一个信息,即 SpaceX 这一私营公司能维持到现在,很大程度上是托了 NASA 商业货运和载人飞行合同的福。因此,SpaceX 急需赚钱。特别地,该公司目前已经购得土地以兴建 BFR 火箭的生产基地,手头应该并不宽裕。

马斯克的狂想

自从人类进入太空之后,除了航天飞机之外,所有火箭都是一次性的。目前由“发现”号创下的航天飞机最高重复使用次数是 39 次。然而,航天飞机较长的发射间隔使其难以承担高频率的发射服务。NASA 航天飞机的发射时间间隔普遍在 6-12 个月之间,最短记录是亚特兰蒂斯号在 1985 年创下的连续两次发射间隔 54 天。此外,航天飞机的整修非常昂贵,每次发射任务之前的维护费用高达 10 亿美元。

图丨航天飞机时代已经结束

如今,SpaceX 有望打破这一纪录,提供真正意义上的低成本、可复用、短发射间隔运载工具。考虑到 SpaceX 在如此短的时间内,从毫无航天经验起步,打造出猎鹰 9 号 Block 5,这一成就非常值得赞叹。

由于猎鹰 9 号的市场份额正在不断扩大,各路竞争对手都不得不加紧研发与之对标的新产品。不久的将来,火箭的可复用性可能会成为行业的硬指标。

不过对于 SpaceX 来说,它打造新火箭的征程还没有停下来,仍然有类似 BFR 这样更大的火箭等待它去建造。在这种情况下,如果 Block 5 真的能复用至少 10 次,那么显然建造和维护 Block 5 火箭就不会占用太多的资源。

图丨猎鹰家族对比,体积硕大的BFR格外显眼

因此,SpaceX 决定,将公司资源集中到火星梦想的承载者——BFR 超大型火箭的研发和制造上来。一名观察家对于此举直接表示,“马斯克完全是疯了”——为什么不集中公司资源于一款像 Block 5 这样市场表现更加成功的产品?

不过,马斯克对这种评价应该并不陌生。SpaceX 创立伊始,评论家表示,私营公司造火箭是不可能的事情;几年后,评论家表示,把火箭降落在船上非常荒谬;又几年后,评论家表示,把 3 枚 1 级火箭捆绑起来,再用 27 台发动机把它们送上天(指重型猎鹰)是愚蠢的点子。但马斯克就是马斯克,他从来没有在意过这种评论,而这次显然也不会。

也许从商业角度来看,SpaceX 把人力物力从猎鹰 9 号——这款它花了 10 多年时间打磨完善的产品抽身出来,转而去打造另一款高风险的火箭,确实是一种疯狂的行为。但是 SpaceX 本来就不是为了讨好投资人或股东的想法而成立的,它的目的只有一个,就是实现其至死不渝的火星梦想。

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