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要赚钱也要占领火星,一文看懂SpaceX产品谱系

原标题:要赚钱也要占领火星,一文看懂SpaceX产品谱系

商业航天公司SpaceX,最近正在经历一段关键时期。

就在本周一,由NASA和SpaceX合作的 人类首次正式商业载人航天任务成功发射

在这个代号为Crew-1的任务里,NASA是承包方(甲方),SpaceX是服务提供方(乙方)。

NASA Crew-1

佛罗里达州肯尼迪航天中心,SpaceX研发的载人龙飞船搭乘自家猎鹰9号运载火箭点火升空,将4名NASA宇航员送往国际空间站。

SpaceX猎鹰9号带着载人龙飞船升空 图源:NASA

一天后,载人龙飞船与国际空间站完成对接,这次载人发射任务宣告成功。

载人龙飞船与空间站对接 图源:NASA TV

Crew-1圆满执行这次任务,标志着SpaceX正式加入了此前仅有俄罗斯和中国两个“会员”的“载人航天俱乐部”。

从2006年连续发射火箭失败,到2020年载人航天发射成功,SpaceX的成长速度着实令人惊叹;

而就在本月下旬,SpaceX还有一项星舰SN-8的15km跳跃试验等待执行。

SpaceX星舰SN-8

猎鹰火箭、龙飞船、星舰……这些名字酷炫的航天器,不仅帮SpaceX赚到上亿美金的融资/订单,更是“硅谷钢铁侠”埃隆·马斯克实现自己太空梦想的希望。

埃隆·马斯克的“太空漫游梦”

只是,这一连串“科幻感”十足的飞船名,有没有让你觉得有点晕?

今天我们就对SpaceX航天器谱系作了全面梳理,看完这篇文章你会对它们的定位和所肩负的使命有更清晰的了解。

赚钱组合

猎鹰火箭 + 龙飞船

01 猎鹰火箭

猎鹰1号到9号,成功道路由“失败”铺成

2002年6月,太空探索技术公司SpaceX成立,作为太空探索的基础,第一件事得先能离开地球

SpaceX决定发射一枚运载火箭向世界证明自己的实力,“猎鹰1号”由此诞生。

猎鹰1号的英文名是Falcon 1,源于星球大战中的“千年隼”(Millennium Falcon)

电影《星球大战》系列中的明星级飞船“千年隼”

身为SpaceX最早的试飞火箭猎鹰1号直径1.7米、高约20米,体积很小,和 “千年隼”相比充其量只能算是个“雏鹰”。

有人真的对比过猎鹰1号与千年隼的大小

猎鹰1号在结构上是两级火箭,每级装有一台发动机。

一级推进器在送第二级和载荷(比如卫星)升空到一定高度后,脱离并落回地球,利用降落伞减速降落到海面,实现重复使用

作为SpaceX最早研发的火箭,猎鹰1号的主要任务是验证近地轨道运载技术

2006年3月24日猎鹰1号第一次试飞,发射25秒后引擎上方失火爆炸。

猎鹰1第一次试飞爆炸

截至2008年8月3日,猎鹰1号一共发射了三次,全部以失败告终。

这些失败沉重打击了SpaceX员工的信心,SpaceX公司也到了崩溃边缘,但埃隆·马斯克依然鼓励员工们继续发射。

SpaceX在创立前期曾经有过一段“濒临破产”的黑暗记忆

2008年9月28日,距离第三次失败仅一个多月,通过SpaceX员工连续6周不停歇轮班工作,猎鹰1号第四次发射按时进行。

这次,猎鹰1号将重达165kg的试验载荷成功送入了近地轨道,运载任务圆满完成。

猎鹰1号第四次试飞,运载火箭第1节和第2节成功分离

SpaceX因此成为首个成功发射运载火箭的私营企业。

在验证过运载火箭发射技术后,SpaceX将目标集中在研发更大运量的中型运载火箭

由此诞生了当前最常被使用,也最多被提及的“猎鹰9号”(Falcon 9)火箭

猎鹰9号

与猎鹰1号相比,猎鹰9号不止是尺寸大两倍多,一级发动机也从1台升级到9台,推力加倍提升,运载能力增加到8000kg以上。

猎鹰1号和猎鹰9号的尺寸对比

猎鹰9号和千年隼尺寸对比

运力提升了,但猎鹰9号的制造成本也大大增加了。

作为一家商业公司,如何实现“经济又实惠”的火箭发射,是SpaceX必须解决的难题。

如果能把猎鹰9号的一级推进器(包括外壳和9台发动机)回收并重复利用,就能大幅降低发射成本。

为此,SpaceX开始了艰难的“垂直着陆”技术验证。

猎鹰9号第十四次发射,“硬着陆”失败

“如果有得选,我宁愿在成功中汲取经验。——埃隆·马斯克”

2010年猎鹰9号首次尝试发射,直到2016年4月,它终于实现了一级推进器海上着陆回收。

2016年4月8日,猎鹰9号第二十三次发射,实现一级推进器海上垂直着陆

猎鹰9号的“垂直着陆技术验证”历经了六年时间、和至少二十三次发射试验,才最终得以成功。

多个部件可重复使用、一级推进器可垂直着陆回收的特点,让猎鹰9成为了所有现役运载火箭中利用率最高、设计最独特的“新星”。

在猎鹰9号基础上,SpaceX采用三个并联的猎鹰9一级助推器,研制出了猎鹰重型运载火箭(Falcon Heavy)

2018年,埃隆·马斯克就是用的猎鹰重型运载火箭,把那辆著名的特斯拉Roadster跑车送去了地球轨道。

02 龙飞船

能运货,也能载人

除了把轿车送出地球,SpaceX面临的真实挑战是——如何既安全又经济地把货物送到空间站

要解决这个问题,一个安全可复用的航天器必不可少。

2006年在与NASA签订太空站货物运送合同时,SpaceX提出了龙飞船(SpaceX Dragon)这个概念。

这个霸气的名字来自美国民谣组合Peter, Paul and Mary的一首歌曲《神龙帕夫》(Puff the Magic Dragon),歌词讲述了一个小男孩和他的神龙在海上冒险的故事。

龙飞船的外形是一个传统的钝锥形弹道胶囊设计,顶部设有1.27米的正方形对接口,接口面积是俄罗斯飞船对接口的三倍。

龙飞船在马斯克心目中,可能就是用来遨游太空的“神龙”吧?

从2010年至今,龙飞船已经进行了二十三次发射。

在这些任务中,除了常规的性能试验,龙飞船已经多次向国际空间站送货。

2014年,龙飞船2号(SpaceX Dragon 2)在SpaceX总部进行的媒体活动中亮相,它将专门用于载人航天任务

在Crew-1任务中,NASA的四名宇航员就是搭乘着龙飞船2号去往国际空间站。

龙飞船2号(左)与1号(右)对比

与货运版龙飞船相比,龙飞船2号尺寸更大,有效载荷量远高于传统航天器,最多能同时容纳7位宇航员

图源:中新网(李雪瑶 制图)

飞船内部增加了座位、窗户、触摸屏控制台、环境控制及生命支持系统等;对于宇航员来说操作更便捷,整体设计风格偏极简主义,未来感十足。

为了保证安全,龙飞船2号最大特点就是采用了新型的发射逃生系统

设计者为该飞船配置了8台“超级天龙座”发动机,如果发射期间遇到危险,这8台发动机便会立即启动,将龙飞船2号推离运载火箭,将它送到安全地带降落。

龙飞船2号逃逸功能测试成功

根据设计指标,一艘龙飞船可重复使用十次左右,它能够执行低成本、业务化的低地球轨道载人航天飞行任务。

除了将宇航员送往空间站,改装后的龙飞船预计还能执行登月任务,用途广泛。

随着Crew-1的成功, 猎鹰9运载火箭搭载龙飞船1号和2号执行载货或是载人的航天任务,会成为接下来一段时间内SpaceX的主要收入来源。

SpaceX人类太空计划高级总监本吉·里德在推特上写道:

“在接下来的15个月里,我们将为NASA执行七次机组人员和货运龙任务。这意味着,从Crew-1开始,SpaceX的龙飞船将持续在轨道上运行。”

SpaceX作为NASA现在最出色的航天服务提供商之一,再也不必为接不着活儿而发愁了。

火星组合

星舰 + Super Heavy

SpaceX的创立,其实是为了实现埃隆·马斯克“征服火星”的惊人梦想。

多年来,埃隆·马斯克一直对“移民火星”充满向往,也从不怯于透露自己的计划。

为了把火星梦想变成现实,SpaceX正在研发一支巨型火箭——星舰(SpaceX Starship)

星舰停留在火星上的“幻想图” 图源:SpaceX

其实这个星际飞船计划从2005年就开始谋划,直到17年,马斯克才将它的名称由“大猎鹰火箭”(Big Falcon Rocket)正式更改为“星舰”

它的第一级助推器被称为超级重型(Super Heavy),第二级宇宙飞船称为星舰(Starship),而整个巨型火箭组装起来也叫星舰。

第一级助推器Super Heavy直径9米,长约70米

第二级宇宙飞船Starship直径9米,长约50米。

由于还在原型机验证阶段,星舰的设计细节随时都在改动;

再来看看星舰与千年隼的尺寸对比

这么庞大的星舰,内部活动空间也更大:目前预计它可搭载50人以上,并且这些人都能在飞船内长时间居住。

除了执行地球轨道上的任务,通过在轨加注燃料,星舰还可以完成地月转移以及直击火星的任务。

星舰飞船最突出的特点就是闪闪亮的外壳,因为它采用了“违反直觉的设计思路”——以不锈钢为主体材料制造火箭结构和推进剂罐

“亮闪闪”的不锈钢材料星舰

根据马斯克的说法,使用不锈钢的原因是“高品质不锈钢在低温下强度能提高50%,并且具有高熔点,虽然重但明显便宜,造起来很快。”

听着都挺好,那Starship开发到了什么程度呢?

让我们来感受一下SN5原型机的150m跳跃试验吧!

在这个月下旬,星舰在准备新一轮的试验,这次是原型机SN8的15km跳跃

把直径9米,高50米的飞船扔上15千米高空,再稳稳落下,这个试验看起来比Crew-1更让人激动。

网友Erc X模拟了SN8 15km着陆画面,马斯克回复“模拟得相当准确”。

一级助推器Super Heavy的原型机建造也在9月份开始,从图里可以看到,使用不锈钢材料建造起来确实很快。

Super Heavy原型机SH1制造现场

据媒体报道,近日埃隆·马斯克在SpaceX内部邮件中表示:“我们应把星舰视为首要任务。

面对商业载人航天这个历史机遇,SpaceX走在了最前面,但并不代表着他们能一直领先。

包括波音公司、亚马逊创始人杰夫·贝佐斯创立的蓝色起源(Blue Origin),以及科学技术应用公司Dynetics,都是SpaceX的竞争对手。

杰夫·贝佐斯的民营太空公司蓝色起源,成立比SpaceX还早两年

在NASA重返月球计划Artemis的竞标中,蓝色起源获得5.79亿美元资金,Dynetics公司获得2.53亿资金,SpaceX只获得1.35亿资金。

参与NASA重返月球计划Artemis竞标的公司

再对比一下火箭发射次数,SpaceX到目前为止已经完成了70次以上的商业发射,蓝色起源只完成了12次。

但这就是航天项目商业化的另一面,即使其他的公司相比于SpaceX效率偏低、能力不足,NASA也一定会培养出另几个商业航天巨头,与SpaceX展开竞争。

对于上升到太空中的“商业大战”,现在还不知会如何发展,但人类在航天技术的加是实打实的。

在我们有生之年实现人类火星登陆,我觉得已不再是梦,你认为呢?

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