美國(guó)人完成一項(xiàng)壯舉：告訴我們中美差距還有多么巨大

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2018-2-10 青野云麓

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一、重型獵鷹

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"重型獵鷹"(Falcon Heavy)是一款由美國(guó)民營(yíng)太空公司"SpaceX"(太空探索技術(shù)公司)計(jì)劃建造的能將貨物、人員送上月球、小行星甚至火星的可重復(fù)利用運(yùn)載火箭。

2018年2月6日，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）進(jìn)行最新型“獵鷹重型”（Falcon Heavy）運(yùn)載火箭的首次發(fā)射。雖然中芯級(jí)火箭在回收過程中墜毀，偏離目標(biāo)約100千米。目前三個(gè)回收助推器只有一個(gè)正常工作。但兩枚助推器成功返回和跑車被發(fā)射進(jìn)太空，讓這次發(fā)射已經(jīng)足夠成功。并成功完成兩枚一級(jí)助推火箭的完整回收。

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二、重型獵鷹的歷史發(fā)展

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2016年12月28日，SpaceX發(fā)布了獵鷹重型火箭首張照片。據(jù)稱，獵鷹重型火箭明年發(fā)射時(shí)，它將是世界上運(yùn)載能力最大的火箭，是現(xiàn)在運(yùn)載能力最大火箭的2倍。

2018年2月6日，美國(guó)太空探索技術(shù)公司（SpaceX）進(jìn)行最新型“獵鷹重型”（Falcon Heavy）運(yùn)載火箭的首次發(fā)射。雖然中芯級(jí)火箭在回收過程中墜毀，偏離目標(biāo)約100千米。目前三個(gè)回收助推器只有一個(gè)正常工作。但兩枚助推器成功返回和跑車被發(fā)射進(jìn)太空，讓這次發(fā)射已經(jīng)足夠成功。

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三、性能簡(jiǎn)介

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能將貨物、人員送上月球、小行星甚至火星的新型運(yùn)載火箭。"重型獵鷹"高70米，相當(dāng)于22層樓，近地軌道載重量達(dá)63公噸，推力達(dá)22819千牛，等于18架波音747同時(shí)起飛。第一具"重型獵鷹"預(yù)訂2017年在美國(guó)肯尼迪航天中心發(fā)射。 該火箭原先設(shè)計(jì)是運(yùn)載貨物，如能符合美國(guó)航天總署(NASA)的安全規(guī)定，也將用來送宇航員升空。

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四、造價(jià)應(yīng)用

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重型獵鷹成為spacex公司火星殖民的很大一部分，將在計(jì)劃前期向火星發(fā)射大量物資，包括第一艘登陸火星的實(shí)驗(yàn)紅龍。如果計(jì)劃不變，2018年重型獵鷹就要將紅龍發(fā)射至火星實(shí)驗(yàn)。

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美國(guó)人凌晨完成一項(xiàng)壯舉，告訴我們中美差距還有多么巨大

出處：衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)、環(huán)球時(shí)報(bào)

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就在幾個(gè)小時(shí)前，美國(guó)人成功發(fā)射了目前全世界運(yùn)載能力最強(qiáng)的超級(jí)火箭——“獵鷹重型”。在一些媒體看來，這枚火箭的成功發(fā)射已經(jīng)令人類“登陸和殖民火星”的夢(mèng)想變得越發(fā)現(xiàn)實(shí)起來，重返月球更是不再話下……

比起這些噱頭，真正讓我們中國(guó)人震驚的是：造出這種火箭的竟然是美國(guó)的一家私人企業(yè)，而我們國(guó)家距離造出這種量級(jí)載荷的火箭還有很長(zhǎng)一段路要走。

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全世界獨(dú)一無二的最強(qiáng)火箭

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美國(guó)東部時(shí)間2月6日下午約15:48（北京時(shí)間2月7日約04：45），美國(guó)佛羅里達(dá)，卡納維拉爾角LC-39A工位，重型獵鷹首飛發(fā)射成功！成為全球現(xiàn)役運(yùn)力最大火箭！

請(qǐng)記住這些讓人熱血沸騰的視頻和照片，它們必將載入人類航天史冊(cè)。并且在十年后、幾十年后甚至百年后，它們?nèi)詴?huì)作為太空探索、星際情懷的極致案例，不斷被人們回憶和提及。（小編只想吼一句：我們也是見證過歷史的人了?。?/span>

1年多前，我們成功發(fā)射了目前國(guó)內(nèi)最強(qiáng)的“長(zhǎng)征5號(hào)”運(yùn)載火箭，但它的運(yùn)載能力，連這個(gè)“獵鷹重型”的一半都達(dá)不到……這次，美國(guó)人是用純粹的實(shí)力告訴了我們中國(guó)人，中美間的差距還有多么巨大……

用更直觀的數(shù)字來說，我們2016年11月首飛成功的“長(zhǎng)征5號(hào)”能把25噸重的貨物運(yùn)送到“近地球軌道”，其極限是運(yùn)送一個(gè)5噸左右的火星探測(cè)器到火星；而美國(guó)的“獵鷹重型”的“近地球軌道”載荷為63.8噸，其抵達(dá)火星的載荷則為我們的3倍，為16噸。

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不僅如此，這枚“獵鷹重型”火箭還毫無懸念地“碾壓”了在2018年2月7日之前美國(guó)現(xiàn)役最牛的重型火箭“德爾塔IV型”（“近地球軌道”載荷為28噸）。

當(dāng)然，大家一定會(huì)問這個(gè)“獵鷹重型”63.8噸的“近地球軌道”載荷，又到底意味著什么呢？

大家知道我們打算在2030年實(shí)現(xiàn)的載人登月計(jì)劃吧？要實(shí)現(xiàn)這個(gè)計(jì)劃，我們現(xiàn)在的長(zhǎng)征5號(hào)的載荷是不夠的，還需要尚在規(guī)劃中的長(zhǎng)征9號(hào)超級(jí)火箭才可以。

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可如果美國(guó)人想重返月球的話，他們現(xiàn)在就已經(jīng)可以憑借“獵鷹重型”實(shí)現(xiàn)這個(gè)我們中國(guó)人還要12年才能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)了。

然而，SpaceX的夢(mèng)想，是登陸和殖民火星……

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挑戰(zhàn)技術(shù)的偏見

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重型獵鷹火箭性價(jià)比如此之高，難道有什么逆天黑科技？其實(shí)，重型獵鷹火箭的技術(shù)并沒有超越時(shí)代的黑科技，它的成功是挑戰(zhàn)人類航天技術(shù)偏見與極限的產(chǎn)物。

偏見1：火箭發(fā)動(dòng)機(jī)越多越不可靠！在一些討論中，中國(guó)長(zhǎng)征火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)量受到非議，被認(rèn)為“太多了”！長(zhǎng)征五號(hào)火箭芯級(jí)和助推器共有10臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，長(zhǎng)征七號(hào)也有6臺(tái)，而美國(guó)德爾塔4火箭和宇宙神5火箭都是單臺(tái)液體發(fā)動(dòng)機(jī)，重型德爾塔4火箭也不過是三發(fā)并聯(lián)，甚至有人認(rèn)為，這是中美火箭差距的體現(xiàn)！

說到多發(fā)并聯(lián)可靠性低，一般都會(huì)舉出蘇聯(lián)N-1重型火箭的例子。N-1火箭第一級(jí)30臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，結(jié)果是四射四炸——每次發(fā)射都有發(fā)動(dòng)機(jī)出問題引發(fā)爆炸。一些觀點(diǎn)由此認(rèn)為，火箭的多發(fā)并聯(lián)是條邪路，單臺(tái)大推力發(fā)動(dòng)機(jī)才是正道，重型獵鷹一級(jí)多達(dá)27臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，自然不被看好。然而，事實(shí)真的如此么？飛機(jī)上的情況為什么恰恰相反呢！早年民航為了保證遠(yuǎn)程航線飛行的安全性和可靠性，四發(fā)客機(jī)大行其道，但隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性的提高，如今已是雙發(fā)客機(jī)挑大梁，憑什么火箭發(fā)動(dòng)機(jī)多可靠性反而差？

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馬斯克和SpaceX團(tuán)隊(duì)不信這個(gè)邪，他們認(rèn)為多發(fā)并聯(lián)火箭可靠性更高。根據(jù)概率論分析，如果火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的故障率相同，多發(fā)并聯(lián)的火箭比單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的火箭更容易出現(xiàn)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)故障的情況，但多發(fā)并聯(lián)能實(shí)現(xiàn)推力冗余設(shè)計(jì)，讓單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)故障不影響火箭的正常飛行，而單發(fā)的火箭無論出現(xiàn)什么樣的故障，發(fā)射都要以失敗告終。

總而言之，只要發(fā)動(dòng)機(jī)不發(fā)生爆炸這類災(zāi)難性故障，多發(fā)并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)的可靠性自然更高，所謂火箭發(fā)動(dòng)機(jī)越多可靠性越差，只是一種成見。馬斯克挑戰(zhàn)這種成見，也是有例可循的，美國(guó)歷史上土星一號(hào)和土星五號(hào)都是多發(fā)并聯(lián)的火箭，在單發(fā)甚至雙發(fā)出問題時(shí)仍然成功入軌。

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偏見2：降成本必須放棄追求高新技術(shù)。

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重型獵鷹火箭的另一個(gè)反常之處，是它使用了一系列高新技術(shù)，但價(jià)格卻相當(dāng)便宜。

先看看傳統(tǒng)發(fā)射商。冷戰(zhàn)遠(yuǎn)去，各國(guó)航天工業(yè)界均進(jìn)入精打細(xì)算過日子模式——?dú)W洲阿里安6火箭為了降低成本，將共底氫氧儲(chǔ)箱改成非共底的獨(dú)立儲(chǔ)箱，高大上的超臨界氦增壓技術(shù)也放棄了；美國(guó)SLS火箭盡量用原有成熟技術(shù)，主發(fā)動(dòng)機(jī)SSME干脆改進(jìn)設(shè)計(jì)換成一次性的版本。總之，各家的設(shè)計(jì)思路都是用較低的技術(shù)換取更低的成本。

獵鷹火箭設(shè)計(jì)上卻截然相反，它追求低成本不假，但手段卻是反其道而行，使用高技術(shù)通過創(chuàng)新來降低成本。

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重型獵鷹火箭的Merlin 1D+發(fā)動(dòng)機(jī)推重比高而且具備多次重復(fù)使用能力，要為多次使用增加制造成本；重型獵鷹火箭的三枚第一級(jí)箭體都要回收和重復(fù)使用，從軟件都硬件都要為回收復(fù)用增加成本；共底儲(chǔ)箱一向加工難度高、廢品率高，帶來更高的制造成本，但重型獵鷹火箭卻使用了昂貴的鋁鋰合金共底儲(chǔ)箱……

重型獵鷹火箭可以說顛覆了傳統(tǒng)的火箭設(shè)計(jì)思想，不過這也并不奇怪，機(jī)械和材料工業(yè)在不斷發(fā)展，新工藝和3D打印等新技術(shù)的出現(xiàn)，讓很多過去質(zhì)高價(jià)更高的技術(shù)走向物美價(jià)廉，加上獵鷹火箭設(shè)計(jì)上極力追求廉價(jià)化，通過使用商用貨架電子設(shè)備以及減少不必要冗余設(shè)備等多種手段降低成本，最終結(jié)果就是，使用了一系列高技術(shù)后的重型獵鷹火箭，即使一次性發(fā)射成本也比現(xiàn)有火箭低得多。

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敢想敢干的美國(guó)最牛企業(yè)家之一

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說起 “獵鷹重型”的成功，就不能不提這枚火箭背后的那家美國(guó)私營(yíng)企業(yè)SpaceX，以及這家公司的老板埃隆·馬斯克（Elon Musk）。

其實(shí)，咱中國(guó)人對(duì)于這個(gè)美國(guó)企業(yè)家并不陌生，因?yàn)椴簧僦袊?guó)大城市的馬路上已經(jīng)紛紛出現(xiàn)的昂貴又帥氣的電動(dòng)汽車品牌“特斯拉”，就是馬斯克締造的。

不僅如此，他還與另一個(gè)不少中國(guó)人都很熟悉的東西有關(guān)： 網(wǎng)絡(luò)在線支付平臺(tái)。

如今，網(wǎng)絡(luò)支付平臺(tái)已經(jīng)在我們生活中不可或缺——但你或許不知道的是，數(shù)十年前當(dāng)網(wǎng)絡(luò)支付平臺(tái)剛開始在全球走紅的時(shí)候，引領(lǐng)風(fēng)頭的就是馬斯克參與締造的Paypal。

在通過Paypal發(fā)家后，馬斯克很快將大筆資金投入到了他更喜愛的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，一邊搞出了特斯拉電動(dòng)汽車，一邊則成立了今天成功發(fā)射了“獵鷹重型”超級(jí)火箭的SpaceX宇航公司，開始實(shí)現(xiàn)他探索宇宙的夢(mèng)想。

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公開資料顯示，馬斯克起初并沒有得到過任何美國(guó)官方機(jī)構(gòu)的幫助，他從一開始走的就是純粹的商業(yè)路線：起初先是想從歐洲和俄國(guó)人那里買個(gè)廉價(jià)火箭用，但后來發(fā)現(xiàn)對(duì)方要價(jià)都太高，于是他便成立了SpaceX公司自己做火箭，而且他還要做完全可以商業(yè)化推廣、價(jià)格親民、成本低廉的“火箭”，要讓更多的人可以實(shí)現(xiàn)探索宇宙的夢(mèng)想。

可在美國(guó)，一個(gè)私人公司真能做火箭嗎？他哪兒來的人才呢？

這里就要提一下當(dāng)年美國(guó)和前蘇聯(lián)的太空爭(zhēng)霸歷史了。我們都知道早在上世紀(jì)50-60年代，在我們新中國(guó)剛剛建立，工業(yè)化才剛剛起步時(shí)，美蘇兩大超級(jí)大國(guó)就已經(jīng)開始用火箭把宇航員往太空中送了。其中在60年代末期，美國(guó)人甚至研發(fā)出了今天都還沒有任何國(guó)家能超越的“土星5號(hào)”超級(jí)重型火箭，其載荷比今天的“獵鷹重型號(hào)”還要多出近一倍，并成功把美國(guó)宇航員阿姆斯特朗等人送上了月球。

于是，這起步極早且早在半個(gè)世紀(jì)前就已經(jīng)達(dá)到驚人高度的美國(guó)航天業(yè)，自然也給今天的美國(guó)培育了大量的航天人才以及可供民間企業(yè)使用的豐富航天資源。

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而馬斯克也成為了 “前人種樹、后人乘涼”的受益者，在SpaceX于2002年成立后，他迅速網(wǎng)羅了一大批擁有豐富航天科技經(jīng)驗(yàn)的人才，比如他的副手湯姆·穆勒（Tom Mueller）。

說起來也有趣，這位穆勒先生原本是給美國(guó)官方的宇航局（NASA）打工的，在NASA的一家供應(yīng)商擔(dān)任火箭引擎的工程師。然而，由于體制原因，他原本參與的一個(gè)“低成本火箭引擎”國(guó)家級(jí)項(xiàng)目被當(dāng)時(shí)新上臺(tái)的美國(guó)總統(tǒng)小布什給“砍”了。結(jié)果這位動(dòng)手能力極強(qiáng)，甚至能在自己家里就造出小型簡(jiǎn)易火箭引擎的工程師，就這樣被馬斯克招攬了過去，成為了今天SpaceX公司的靈魂人物，為馬斯克的公司打造出了今天成功令“獵鷹重型”火箭升天的梅林引擎。

不過，羅馬也并不是一天建成的。在“獵鷹重型”成功的道路上，馬斯克和穆勒等人也付出了大量的心血乃至不少失敗的代價(jià)。尤其是馬斯克今天之所以能讓綁著27個(gè)梅林引擎的“獵鷹重型”順利升天，打破了之前所有人對(duì)這一結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的強(qiáng)烈擔(dān)憂，正是因?yàn)樗膱F(tuán)隊(duì)過去10多年來都在努力做好的一件事：不斷完善梅林這款火箭引擎，以及圍繞該引擎而打造的核心產(chǎn)品 “獵鷹9號(hào)”火箭，并隨著技術(shù)的成熟而不斷降低成本。

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是的，馬斯克的團(tuán)隊(duì)10多年來的投入和精力，只是為了把一款火箭做精，把一個(gè)引擎做強(qiáng)。

于是，他們不僅實(shí)現(xiàn)了今天在“獵鷹重型”上的成功，他們的“獵鷹9號(hào)”火箭更是成為了目前全世界成本最低廉，性能也最為穩(wěn)定可靠的火箭，也因此成功占據(jù)了目前全世界火箭商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)的絕對(duì)份額，幾乎把原本占據(jù)市場(chǎng)主流的歐洲和俄羅斯全都擠了出去！

不僅如此，馬斯克的團(tuán)隊(duì)還在3年前就在全世界率先實(shí)現(xiàn)了火箭“回收”的技術(shù)，從而“顛覆性”地解決了火箭發(fā)射最主要的成本問題。

于是，當(dāng)今天美國(guó)官方的宇航局NASA還在為研發(fā)經(jīng)費(fèi)發(fā)愁的時(shí)候，純商業(yè)運(yùn)作的SpaceX卻混得“風(fēng)生水起”，結(jié)果反倒是NASA需要找SpaceX尋求幫助了。

美國(guó)科技新聞網(wǎng)站The Verge.com就報(bào)道說，一旦“獵鷹重型”火箭成功，NASA今后很可能會(huì)在重返月球方面尋求與SpaceX的合作，因?yàn)殡m然 NASA目前也在研制自己的新一代登月重型火箭，而且載荷要比“獵鷹重型”強(qiáng)出不少，但發(fā)射成本卻是“獵鷹重型”的10倍之多，所以一旦“獵鷹重型”像“獵鷹9”一樣在技術(shù)上變得更加穩(wěn)定，商業(yè)的運(yùn)作上也成熟起來，NASA很難不對(duì)其心動(dòng)。

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為啥咱中國(guó)沒有這種火箭？

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相信大家一定會(huì)有這樣一個(gè)疑問：為啥咱中國(guó)沒有這種火箭呢？

這絕不是因?yàn)樵蹅冎袊?guó)人的智商不足，或是國(guó)家的投入不夠，而是因?yàn)槲覀兣c美國(guó)在火箭領(lǐng)域先天就存在著巨大差距，這也就決定了我們的發(fā)展重點(diǎn)也與馬斯克和他的SpaceX會(huì)存在較大不同。

先天的差距方面，正如前面所說的：美國(guó)1969年就已經(jīng)成功用“土星5號(hào)”這種上百噸載荷的超級(jí)重型火箭把宇航員送上月球了，而我們?cè)?970年才剛剛用遠(yuǎn)程導(dǎo)彈改造過來的、載荷僅為300千克的長(zhǎng)征一號(hào)火箭把我們的第一顆人造衛(wèi)星送上天……

當(dāng)然，對(duì)于一個(gè)1949年才剛剛建國(guó)，且工業(yè)基礎(chǔ)基本為零的新生國(guó)家，我們能在短短20年就有第一顆衛(wèi)星上天，也已經(jīng)說明了我們強(qiáng)大的追趕能力。

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然而，火箭這種涉及基礎(chǔ)學(xué)科和工業(yè)化水平的領(lǐng)域，并不是一朝一夕就可以追趕上的。所以當(dāng)美國(guó)像SpaceX這樣的私企都已經(jīng)在研發(fā)“獵鷹重型”這種超級(jí)火箭時(shí)，我們還必須一步一個(gè)腳印地先把我們的“長(zhǎng)征5號(hào)”給弄穩(wěn)定了，然后再去考慮在2030年實(shí)現(xiàn)“長(zhǎng)征9號(hào)”這種光引擎技術(shù)就與“長(zhǎng)征5號(hào)”完全不可同日而語的國(guó)產(chǎn)重型火箭。

所以，雖然2016年“長(zhǎng)征5號(hào)”的升空令我們從“航天大國(guó)”成為了“航天強(qiáng)國(guó)”，但我們中國(guó)人可千萬不能因此就“飄飄然”，覺得自己很牛了。和美國(guó)人比航天，我們?nèi)匀贿€是“學(xué)生”，而今天美國(guó)人成功發(fā)射的“獵鷹重型”更應(yīng)該讓我們清醒過來了！

但我們也相信，只要我們的國(guó)家保持穩(wěn)定發(fā)展，這個(gè)差距就能被我們一點(diǎn)點(diǎn)追上。畢竟我們“集中資源辦大事”的體制在追趕技術(shù)差距上還是有很大優(yōu)勢(shì)的。而且到時(shí)，我們今天“種下的樹”也必定會(huì)讓這個(gè)國(guó)家的新一代人才獲得比今天更廣闊的逐夢(mèng)空間與資源！

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