美國人完成一項壯舉：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)是一款由美國民營太空公司"SpaceX"(太空探索技術公司)計劃建造的能將貨物、人員送上月球、小行星甚至火星的可重復利用運載火箭。
2018年2月6日，美國太空探索技術公司（SpaceX）進行最新型“獵鷹重型”（Falcon Heavy）運載火箭的首次發(fā)射。雖然中芯級火箭在回收過程中墜毀，偏離目標約100千米。目前三個回收助推器只有一個正常工作。但兩枚助推器成功返回和跑車被發(fā)射進太空，讓這次發(fā)射已經(jīng)足夠成功。并成功完成兩枚一級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，它將是世界上運載能力最大的火箭，是現(xiàn)在運載能力最大火箭的2倍。
2018年2月6日，美國太空探索技術公司（SpaceX）進行最新型“獵鷹重型”（Falcon Heavy）運載火箭的首次發(fā)射。雖然中芯級火箭在回收過程中墜毀，偏離目標約100千米。目前三個回收助推器只有一個正常工作。但兩枚助推器成功返回和跑車被發(fā)射進太空，讓這次發(fā)射已經(jīng)足夠成功。
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三、性能簡介
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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載火箭。"重型獵鷹"高70米，相當于22層樓，近地軌道載重量達63公噸，推力達22819千牛，等于18架波音747同時起飛。第一具"重型獵鷹"預訂2017年在美國肯尼迪航天中心發(fā)射。 該火箭原先設計是運載貨物，如能符合美國航天總署(NASA)的安全規(guī)定，也將用來送宇航員升空。
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四、造價應用
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重型獵鷹成為spacex公司火星殖民的很大一部分，將在計劃前期向火星發(fā)射大量物資，包括第一艘登陸火星的實驗紅龍。如果計劃不變，2018年重型獵鷹就要將紅龍發(fā)射至火星實驗。
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美國人凌晨完成一項壯舉，告訴我們中美差距還有多么巨大
出處：衛(wèi)星與網(wǎng)絡、環(huán)球時報
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就在幾個小時前，美國人成功發(fā)射了目前全世界運載能力最強的超級火箭——“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”的夢想變得越發(fā)現(xiàn)實起來，重返月球更是不再話下……
比起這些噱頭，真正讓我們中國人震驚的是：造出這種火箭的竟然是美國的一家私人企業(yè)，而我們國家距離造出這種量級載荷的火箭還有很長一段路要走。
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全世界獨一無二的最強火箭
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美國東部時間2月6日下午約15:48（北京時間2月7日約04：45），美國佛羅里達，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)役運力最大火箭！
請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。并且在十年后、幾十年后甚至百年后，它們?nèi)詴鳛樘仗剿鳌⑿请H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)射了目前國內(nèi)最強的“長征5號”運載火箭，但它的運載能力，連這個“獵鷹重型”的一半都達不到……這次，美國人是用純粹的實力告訴了我們中國人，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“長征5號”能把25噸重的貨物運送到“近地球軌道”，其極限是運送一個5噸左右的火星探測器到火星；而美國的“獵鷹重型”的“近地球軌道”載荷為63.8噸，其抵達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）。
當然，大家一定會問這個“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年實現(xiàn)的載人登月計劃吧？要實現(xiàn)這個計劃，我們現(xiàn)在的長征5號的載荷是不夠的，還需要尚在規(guī)劃中的長征9號超級火箭才可以。
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可如果美國人想重返月球的話，他們現(xiàn)在就已經(jīng)可以憑借“獵鷹重型”實現(xiàn)這個我們中國人還要12年才能實現(xiàn)的目標了。
然而，SpaceX的夢想，是登陸和殖民火星……
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挑戰(zhàn)技術的偏見
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重型獵鷹火箭性價比如此之高，難道有什么逆天黑科技？其實，重型獵鷹火箭的技術并沒有超越時代的黑科技，它的成功是挑戰(zhàn)人類航天技術偏見與極限的產(chǎn)物。
偏見1：火箭發(fā)動機越多越不可靠！在一些討論中，中國長征火箭的發(fā)動機數(shù)量受到非議，被認為“太多了”！長征五號火箭芯級和助推器共有10臺發(fā)動機，長征七號也有6臺，而美國德爾塔4火箭和宇宙神5火箭都是單臺液體發(fā)動機，重型德爾塔4火箭也不過是三發(fā)并聯(lián)，甚至有人認為，這是中美火箭差距的體現(xiàn)！
說到多發(fā)并聯(lián)可靠性低，一般都會舉出蘇聯(lián)N-1重型火箭的例子。N-1火箭第一級30臺發(fā)動機，結果是四射四炸——每次發(fā)射都有發(fā)動機出問題引發(fā)爆炸。一些觀點由此認為，火箭的多發(fā)并聯(lián)是條邪路，單臺大推力發(fā)動機才是正道，重型獵鷹一級多達27臺發(fā)動機的設計，自然不被看好。然而，事實真的如此么？飛機上的情況為什么恰恰相反呢！早年民航為了保證遠程航線飛行的安全性和可靠性，四發(fā)客機大行其道，但隨著航空發(fā)動機可靠性的提高，如今已是雙發(fā)客機挑大梁，憑什么火箭發(fā)動機多可靠性反而差？
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馬斯克和SpaceX團隊不信這個邪，他們認為多發(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)動機的故障率相同，多發(fā)并聯(lián)的火箭比單臺發(fā)動機的火箭更容易出現(xiàn)一臺發(fā)動機故障的情況，但多發(fā)并聯(lián)能實現(xiàn)推力冗余設計，讓單臺發(fā)動機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)動機不發(fā)生爆炸這類災難性故障，多發(fā)并聯(lián)冗余設計的可靠性自然更高，所謂火箭發(fā)動機越多可靠性越差，只是一種成見。馬斯克挑戰(zhàn)這種成見，也是有例可循的，美國歷史上土星一號和土星五號都是多發(fā)并聯(lián)的火箭，在單發(fā)甚至雙發(fā)出問題時仍然成功入軌。
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偏見2：降成本必須放棄追求高新技術。
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重型獵鷹火箭的另一個反常之處，是它使用了一系列高新技術，但價格卻相當便宜。
先看看傳統(tǒng)發(fā)射商。冷戰(zhàn)遠去，各國航天工業(yè)界均進入精打細算過日子模式——歐洲阿里安6火箭為了降低成本，將共底氫氧儲箱改成非共底的獨立儲箱，高大上的超臨界氦增壓技術也放棄了；美國SLS火箭盡量用原有成熟技術，主發(fā)動機SSME干脆改進設計換成一次性的版本?？傊?，各家的設計思路都是用較低的技術換取更低的成本。
獵鷹火箭設計上卻截然相反，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)動機推重比高而且具備多次重復使用能力，要為多次使用增加制造成本；重型獵鷹火箭的三枚第一級箭體都要回收和重復使用，從軟件都硬件都要為回收復用增加成本；共底儲箱一向加工難度高、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箱……
重型獵鷹火箭可以說顛覆了傳統(tǒng)的火箭設計思想，不過這也并不奇怪，機械和材料工業(yè)在不斷發(fā)展，新工藝和3D打印等新技術的出現(xiàn)，讓很多過去質(zhì)高價更高的技術走向物美價廉，加上獵鷹火箭設計上極力追求廉價化，通過使用商用貨架電子設備以及減少不必要冗余設備等多種手段降低成本，最終結果就是，使用了一系列高技術后的重型獵鷹火箭，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私營企業(yè)SpaceX，以及這家公司的老板埃隆·馬斯克（Elon Musk）。
其實，咱中國人對于這個美國企業(yè)家并不陌生，因為不少中國大城市的馬路上已經(jīng)紛紛出現(xiàn)的昂貴又帥氣的電動汽車品牌“特斯拉”，就是馬斯克締造的。
不僅如此，他還與另一個不少中國人都很熟悉的東西有關： 網(wǎng)絡在線支付平臺。
如今，網(wǎng)絡支付平臺已經(jīng)在我們生活中不可或缺——但你或許不知道的是，數(shù)十年前當網(wǎng)絡支付平臺剛開始在全球走紅的時候，引領風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技術領域，一邊搞出了特斯拉電動汽車，一邊則成立了今天成功發(fā)射了“獵鷹重型”超級火箭的SpaceX宇航公司，開始實現(xiàn)他探索宇宙的夢想。
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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官方機構的幫助，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人那里買個廉價火箭用，但后來發(fā)現(xiàn)對方要價都太高，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、價格親民、成本低廉的“火箭”，要讓更多的人可以實現(xiàn)探索宇宙的夢想。
可在美國，一個私人公司真能做火箭嗎？他哪兒來的人才呢？
這里就要提一下當年美國和前蘇聯(lián)的太空爭霸歷史了。我們都知道早在上世紀50-60年代，在我們新中國剛剛建立，工業(yè)化才剛剛起步時，美蘇兩大超級大國就已經(jīng)開始用火箭把宇航員往太空中送了。其中在60年代末期，美國人甚至研發(fā)出了今天都還沒有任何國家能超越的“土星5號”超級重型火箭，其載荷比今天的“獵鷹重型號”還要多出近一倍，并成功把美國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世紀前就已經(jīng)達到驚人高度的美國航天業(yè)，自然也給今天的美國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官方的宇航局（NASA）打工的，在NASA的一家供應商擔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“低成本火箭引擎”國家級項目被當時新上臺的美國總統(tǒng)小布什給“砍”了。結果這位動手能力極強，甚至能在自己家里就造出小型簡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。尤其是馬斯克今天之所以能讓綁著27個梅林引擎的“獵鷹重型”順利升天，打破了之前所有人對這一結構穩(wěn)定性的強烈擔憂，正是因為他的團隊過去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”火箭，并隨著技術的成熟而不斷降低成本。
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是的，馬斯克的團隊10多年來的投入和精力，只是為了把一款火箭做精，把一個引擎做強。
于是，他們不僅實現(xiàn)了今天在“獵鷹重型”上的成功，他們的“獵鷹9號”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)射市場的絕對份額，幾乎把原本占據(jù)市場主流的歐洲和俄羅斯全都擠了出去！
不僅如此，馬斯克的團隊還在3年前就在全世界率先實現(xiàn)了火箭“回收”的技術，從而“顛覆性”地解決了火箭發(fā)射最主要的成本問題。
于是，當今天美國官方的宇航局NASA還在為研發(fā)經(jīng)費發(fā)愁的時候，純商業(yè)運作的SpaceX卻混得“風生水起”，結果反倒是NASA需要找SpaceX尋求幫助了。
美國科技新聞網(wǎng)站The Verge.com就報道說，一旦“獵鷹重型”火箭成功，NASA今后很可能會在重返月球方面尋求與SpaceX的合作，因為雖然 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”一樣在技術上變得更加穩(wěn)定，商業(yè)的運作上也成熟起來，NASA很難不對其心動。
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為啥咱中國沒有這種火箭？
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相信大家一定會有這樣一個疑問：為啥咱中國沒有這種火箭呢？
這絕不是因為咱們中國人的智商不足，或是國家的投入不夠，而是因為我們與美國在火箭領域先天就存在著巨大差距，這也就決定了我們的發(fā)展重點也與馬斯克和他的SpaceX會存在較大不同。
先天的差距方面，正如前面所說的：美國1969年就已經(jīng)成功用“土星5號”這種上百噸載荷的超級重型火箭把宇航員送上月球了，而我們在1970年才剛剛用遠程導彈改造過來的、載荷僅為300千克的長征一號火箭把我們的第一顆人造衛(wèi)星送上天……
當然，對于一個1949年才剛剛建國，且工業(yè)基礎基本為零的新生國家，我們能在短短20年就有第一顆衛(wèi)星上天，也已經(jīng)說明了我們強大的追趕能力。
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然而，火箭這種涉及基礎學科和工業(yè)化水平的領域，并不是一朝一夕就可以追趕上的。所以當美國像SpaceX這樣的私企都已經(jīng)在研發(fā)“獵鷹重型”這種超級火箭時，我們還必須一步一個腳印地先把我們的“長征5號”給弄穩(wěn)定了，然后再去考慮在2030年實現(xiàn)“長征9號”這種光引擎技術就與“長征5號”完全不可同日而語的國產(chǎn)重型火箭。
所以，雖然2016年“長征5號”的升空令我們從“航天大國”成為了“航天強國”，但我們中國人可千萬不能因此就“飄飄然”，覺得自己很牛了。和美國人比航天，我們?nèi)匀贿€是“學生”，而今天美國人成功發(fā)射的“獵鷹重型”更應該讓我們清醒過來了！
但我們也相信，只要我們的國家保持穩(wěn)定發(fā)展，這個差距就能被我們一點點追上。畢竟我們“集中資源辦大事”的體制在追趕技術差距上還是有很大優(yōu)勢的。而且到時，我們今天“種下的樹”也必定會讓這個國家的新一代人才獲得比今天更廣闊的逐夢空間與資源！
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