「獵鷹重型火箭」不是史上最強,但它的偉大之處並不在此

作者 | 發布日期 2018 年 02 月 08 日 18:00 | 分類 天文 , 尖端科技 , 航太科技 follow us in feedly

台灣時間 7 日凌晨,馬斯克的 SpaceX 獵鷹重型火箭載著一輛特斯拉 Roadster 首飛發射成功,並成功回收 3 枚助推火箭中的兩枚,人類現役最強的運載火箭在燦爛如煙花的火焰中橫空出世。



據馬斯克介紹,獵鷹重型火箭在一條遠地點 7,000 公里的停泊軌道滑行 6 小時後,將穿越范艾倫輻射帶後再第 3 次點火。

屆時在浩瀚的太空中,身穿太空服的假人 Starman 將乘坐櫻桃紅的特斯拉跑車在太空遨遊,車內無限循環 David Bowie 的《Space Oddity》,浪漫至極,連川普也忍不住說讚。

「獵鷹重型火箭」的成功發射,開啟了人類航空時代的新征途,人類距離移民火星又近了一步。

這次發射真正令人興奮的,並不是獵鷹重型火箭成為世界運載最強的火箭,實際上它也不是人類史上最強的運載火箭,但並不妨礙「獵鷹重型火箭」載入人類史冊。

(獵鷹重型火箭發射過程精華版,騰訊視頻

把「獵鷹重型」甩在身後,人類史上最強的運載火箭

獵鷹重型火箭發射地點,是在佛羅里達甘迺迪太空中心 LC-39A 發射平台,這裡見證了人類航空史的眾多里程碑:阿波羅 11 號登月、天空實驗室、太空梭計畫……

其中還包括了人類史上最強的運載火箭──土星 5 號

▲ 最後一枚土星 5 號。(Source:By Unknown NASA employee, scanned by Kipp Teague [Public domain], via Wikimedia Commons

在講土星 5 號之前,可以先看看我們的航太新星、現役運載能力最強的獵鷹重型火箭有多強大。

「獵鷹重型火箭」發射時有 27 台梅林 1D 發動機,可提供超過 2,280 噸推力,相當於 18 架波音 747 客機以最大功率運轉。「獵鷹重型火箭」在近地軌道(LEO)的運載能力達 63.8 噸,相當於把一架裝滿燃料、乘客和行李的波音 737 客機送上太空。

▲「獵鷹重型火箭」的發動機。

好了,以上就是目前世界上火箭的最大運力。然而「獵鷹重型火箭」的運載能力還不足土星 5 號的一半。

土星 5 號是美國國家航空暨太空總署(NASA)在 1960 年代研發設計的運載火箭,至今仍是人類使用過最高、最重、推力最強的運載火箭。

▲ 土星 5 號和主要設計者華納‧馮‧布朗。(Source:By NASA (NIX #: MSFC-0201422.[1], Alt. URL.) [Public domain], via Wikimedia Commons

土星 5 號高達 110.6 公尺,重約 3,039 噸,推力可達 3,408 噸,至今保持人類史上火箭最大的運載能力紀錄:近地軌道(LEO)140 噸,比獵鷹重型火箭兩倍還多。

這些理論上的數據並不能讓土星 5 號成為史上最強運載火箭系統,只有當它順利進入太空才算成功。而土星 5 號不僅一次次發射成功,還成為航空史里程碑事件的幕後功臣。

▲ 土星 5 號運載過的火箭。(Source:By Maldoror (nasa.gov) [Public domain], via Wikimedia Commons

從1967 年首飛到 1973 年退役,土星 5 號共發射了 17 次,從未發生任何事故,未損失任何有效載荷,成功率達 100%。

其中有 3 次發射最受矚目,一次是 1968 年載著阿波羅 8 號和 3 名太空人完成人類第一次繞月飛行。

▲ 阿波羅 8 號所用的土星 5 號一級火箭。(Source:By NASA [Public domain], via Wikimedia Commons

一次是 1969 年載著阿波羅 11 號實現了人類首次登月。

▲ 阿波羅 11 號發射。(Source:By NASA; restored by Michel Vuijlsteke (Great Images in NASA Description) [Public domain], via Wikimedia Commons

最後一次是 1973 年將美國第一個環繞地球的太空站──天空實驗室送入近地軌道。

▲ 土星 5 號最後一次任務,將天空實驗室送入近地軌道。(Source:By NASA (http://www.apolloarchive.com/apollo_gallery.html) [Public domain], via Wikimedia Commons

這些在航空史上留名的發射紀錄成了土星 5 號一枚枚的勳章,讓其成為前無古人,至今未有來者的最強運載火箭。

其實如果單論推力,土星 5 號還是略次於蘇聯的能源號運載火箭,能源號推力達 3,500 噸,近地軌道的運載能力也不低於 100 噸。

▲ 能源號運載火箭的模型。(Source:By Ebs08 (Own work) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons

然而能源號僅執行過兩次發射任務,其中一次以失敗告終,成功將暴風雪號太空梭送入預定軌道那次也沒載人。之後蘇聯解體,能源號也隨之停產,僅存的能源號 M 火箭被束之高閣,直到 2002 年因廠房坍塌被摧毀。

有可能打破土星 5 號運載能力紀錄的,暫時還不會是 SpaceX 的獵鷹重型火箭,而是 NASA 計劃今年建造完成的太空發射系統(SLS),推力最高可能達 165 噸,最終目的地是火星。

不過獵鷹重型火箭卻做到 NASA 都沒有做到的事。

NASA 蘇聯都沒做到的事,SpaceX 完成了

上面提到的土星 5 號,其實是美蘇冷戰時期「太空競賽」的產物。雙方都投入大量資金和人力在航太航空領域,其中僅土星 5 號項目不到十年就耗費了 65 億美元,相當於現在幣值近 1,700 億美元。更不必說耗資更大(240 億美元)的阿波羅計畫。

▲ 世界上所有運載火箭排名。

冷戰的另一主角蘇聯也不甘示弱,但結果悲慘得多。

為了抗衡美國的土星 5 號,蘇聯也開始研發以載人登月為目標的 N-1 運載火箭。N-1 運載火箭發射時由 30 台 NK-15 發動機驅動,A 段推力達 4,620 噸,遠超土星 5 號。

▲ N-1 運載火箭。(Source:Rebrn

雖然推力強大,可是 N-1 運載火箭近地軌道的運載能力還不如土星 5 號,只有 95 噸。這是因為 N-1 運載火箭用煤油做燃料,而土星 5 號已經用了更輕的氫氧燃料。

▲ N-1 運載火箭。

差點就差點吧,只要發射成功,「史上最強推力火箭」的稱號就到手了,肯定會讓美國人目瞪口呆。

或許是立功心切,也可能是資金不足,蘇聯在沒地面測試過所有 30 個一級發動機的情況下就發射,N-1 運載火箭共發射 4 次,奇怪的是次次都不做事前地面測試,結果毫無意外全部失敗,蘇聯人的登月夢也就此破滅。

這些發射失敗釀成一連串航空史上匪夷所思的慘烈事故。

1969 年 6 月 3 日,N-1 運載火箭在發射過程中由於一顆螺絲鬆動,導致發射時爆炸,整個發射基地炸毀,這次發射也稱為人類史上最大的非核爆事故。

然而這種奇葩事故在蘇聯航空史發生不只一次,1960 年蘇聯金星號運載火箭發射時沒有按計畫點火,幾十名航空專家為查明事故點火,突然發動機起火爆炸,160 名蘇聯航空科學家和時任蘇聯導彈部隊司令米特羅凡‧涅德林元帥當場喪命。

▲ 蘇聯金星號運載火箭發射發射事故現場。

無論美國 NASA 還是蘇聯,從他們火箭研發歷史來看,不是傾舉國之力不計成本地投入,就是經歷一次次慘烈的失敗。

SpaceX 的偉大之處在於,身為一家民營企業,以 1 億美元的超低成本,達成現役最強的火箭運載能力。

實際上 SpaceX 以低廉價格和穩定性能,在全球商用火箭發射市場已逐漸超越歐洲和俄羅斯,占據最大市占率,且差距不斷拉大。

SpaceX 火箭的報價在市場極具競爭力,比如獵鷹 9 號火箭(Falcon 9)報價在 5,500 萬至 6,200 萬美元,同等運力的宇宙神 5(Atlas-5)和德爾塔 4(Delta-4)報價則在 1 億至 4 億美元。

▲ 獵鷹 9 號火箭回收。

而且可回收再利用的二手獵鷹 9 號火箭報價還能打 7 折,這讓其他廠商毫無還手之力。

剛剛發射成功的獵鷹重型火箭的性價比就更高了,價格比獵鷹 9 號火箭漲不到五成,運載能力卻是獵鷹 9 號火箭近 3 倍。

▲ 獵鷹重型火箭與獵鷹 9 號火箭對比。

NASA 正在研發的土星 5 號繼任者太空發射系統,儘管運載能力是獵鷹重型火箭兩倍多,成本卻至少是獵鷹重型火箭的十倍。

▲ 獵鷹重型火箭與部分火箭運力對比。(Source:SpaceX

SpaceX 得以實現低成本的重要原因是回收重複利用一級火箭,馬斯克曾表示,一旦火箭回收常態化,能降低 99% 的發射成本。

此外,SpaceX 也是第一個沒有第三方供應商的航太航空公司,從火箭主體、整流罩、引擎到發射所有配件和技術都由 SpaceX 一手包辦,沒有中間商賺差價,成本自然降下來了。

要做到這點並不容易,想想蘋果至今仍無法在手機晶片和面板自給自足可見一斑,更何況是更精密的航太航空器件。

自從獵鷹 9 號火箭回收成功,SpaceX 就開始獲得 NASA 的巨額訂單,在遙遙無期的太空發射系統到來之前,承擔 NASA 的眾多太空探索計畫。

隨著獵鷹重型火箭發射成功,如無意外,今年 6 月 SpaceX 還會將一名太空人送上太空,成為第一家完成載人航空的民營公司,同時也進一步落實馬斯克火星移民三步計畫中的第一步(載物航空),以及開啟第二步計畫(降低太空旅行成本)。

多年以後,或許當馬斯克在火星上看著 SpaceX 載著人類再次落地,他會回想起 2002 年創立 SpaceX 時被質疑為「PPT 火箭」的騙局;回想起 2006 年到 2008 年獵鷹 1 號火箭三射三炸的絕望,還有獵鷹 9 號火箭數次回收失敗甚至原地爆炸的窘境,當然還有今天獵鷹重型火箭把特斯拉和 Starman 送上太空的美妙時刻。

到那時,這位矽谷鋼鐵人可能會朝著地球的方向,像往常一樣說:

Don’t panic!(別慌!)

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:達志影像)

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