美國東部時(shí)間6日下午3點(diǎn)45分，Space X旗下的新型火箭，也是現(xiàn)役運(yùn)力最強(qiáng)火箭——“重型獵鷹”（Falcon Heavy）火箭首飛成功，創(chuàng)造了數(shù)個(gè)“之最”和“第一次”。VY4esmc

最強(qiáng)運(yùn)力的現(xiàn)役火箭：“重型獵鷹”的運(yùn)載能力，在世界各國的現(xiàn)役火箭中是最強(qiáng)的，一次能將63噸的物資送入近地軌道，是中國“長征5號(hào)”的兩倍。VY4esmc

最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)載火箭：“重型獵鷹”的發(fā)射費(fèi)用在9000萬美元左右，比Delta4號(hào)重型火箭低20%左右。其中一個(gè)重要原因是，重型獵鷹”的第一級(jí)火箭助推器全部可以回收利用，極大降低了火箭的使用成本。VY4esmc

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第一輛上太空的跑車：馬斯克把此次發(fā)射視作一次寶貴的廣告宣傳機(jī)會(huì)，將自己的櫻桃紅特斯拉跑車裝到了火箭上，跑車?yán)镞€坐了一名身穿太空服的假人。VY4esmc

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關(guān)于此次“重型獵鷹”的發(fā)射過程，網(wǎng)上已經(jīng)有太多的報(bào)道，國際電子商情來扒一扒這家全球最大火箭發(fā)射供應(yīng)商——Space X的發(fā)展歷程以及“重型獵鷹”的關(guān)鍵零部件。VY4esmc

提到Space X，不得不提他們的創(chuàng)始人馬斯克。人們更多地是因?yàn)樘厮估妱?dòng)跑車而知道這個(gè)科技瘋子，但馬斯克涉獵極廣，心里有一個(gè)飛天夢(mèng)。馬斯克非常癡迷科幻小說，在隨同升空的紅色特斯拉車內(nèi)，就帶有一套微縮版本的阿西莫夫著名科幻小說——《基地》三部曲。VY4esmc

于是在2002年6月，馬斯克成立了今天成功發(fā)射了“獵鷹重型”超級(jí)火箭的SpaceX宇航公司。公開資料顯示，馬斯克起初并沒有得到過任何美國官方機(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Space X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。VY4esmc

然而造火箭畢竟不同于造電動(dòng)車，更別提這是一家由商業(yè)公司發(fā)展的商業(yè)太空飛行項(xiàng)目。在造火箭的路上，Space X經(jīng)歷了核心零部件研制困難、測(cè)試爆炸等問題，從項(xiàng)目提出，重型獵鷹就不斷遭到以ULA為代表的同行的冷嘲熱諷，馬斯克更是遭受了他心目中的美國英雄尼爾.阿姆斯特朗、尤金.賽爾南的堅(jiān)決反對(duì)。在一次訪談當(dāng)中，當(dāng)主持人問到“當(dāng)你心目中的英雄們也在你前行的路上扔石頭的時(shí)候，你心里什么感想”，馬斯克熱淚盈眶，表示心里非常難受…但馬斯克提到，他永遠(yuǎn)不會(huì)放棄，除非他被困住或死去。正是他的堅(jiān)持，才造就了今天“重型獵鷹”（Falcon Heavy）火箭的首飛成功。VY4esmc

圖：馬斯克遭受心目中英雄的冷嘲熱諷，熱淚盈眶VY4esmc

遭技術(shù)封鎖、遇測(cè)試爆炸 核心零部件的辛酸研發(fā)路

眾所周知，發(fā)動(dòng)機(jī)是決定運(yùn)載火箭性能的最關(guān)鍵因素，也是決定一枚火箭的基礎(chǔ)。沒有合適的發(fā)動(dòng)機(jī)，就不存在火箭。因?yàn)檫\(yùn)載火箭幾乎就是圍繞著發(fā)動(dòng)機(jī)來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。重型獵鷹能夠首飛成功，其基礎(chǔ)正是不斷發(fā)展升級(jí)的梅林（Merlin，亦可譯為“灰背隼”）液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)。VY4esmc

“重型獵鷹”的三個(gè)助推器組成，每個(gè)助推器配備了9個(gè)梅林發(fā)動(dòng)機(jī)，總計(jì)27個(gè)。在最中間的助推器實(shí)際上是一枚“獵鷹9號(hào)”，兩側(cè)是重復(fù)使用過的獵鷹9號(hào)。VY4esmc

火箭引擎可謂是Space X的短板，不但遭受到了其他企業(yè)以抬價(jià)的手段來技術(shù)封鎖，自身在研制上也狀況不斷，2017年華盛頓郵報(bào)還曾報(bào)道SpaceX的一枚火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在位于德克薩斯州麥格雷戈工廠進(jìn)行測(cè)試時(shí)爆炸，讓引擎測(cè)試工作受阻。VY4esmc

Space X在引擎的困難在意料之中，作為一家2002年建立的美國商業(yè)航天公司，Spac eX既沒錢直接高價(jià)買到俄羅斯的高壓補(bǔ)燃循環(huán)液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，也沒有足夠的技術(shù)團(tuán)隊(duì)獨(dú)立進(jìn)行高壓補(bǔ)燃液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)的研制，只好因地制宜做起了燃?xì)獍l(fā)生器的液氧煤油發(fā)動(dòng)機(jī)，研制了最初的梅林1A發(fā)動(dòng)機(jī)。VY4esmc

美國航天公司SpaceX的聯(lián)合創(chuàng)始人湯姆-穆勒（Tom Mueller）此前表示，梅林發(fā)動(dòng)機(jī)是Space X完全自主研發(fā)而成的。在回憶SpaceX公司開發(fā)其招牌Merlin 發(fā)動(dòng)機(jī)的過程時(shí)，穆勒詳細(xì)敘說了與那些效率低下、價(jià)格奇高的零部件供應(yīng)商合作的沮喪之情。后來，SpaceX公司痛下決心從頭開始研制自己所需要的大多數(shù)零部件。“我們就像躲瘟疫一樣躲著太空供應(yīng)商?！?span style="display:none">VY4esmc

但是，梅林發(fā)動(dòng)機(jī)不可能完全由Space X自研完成，肯定有所借鑒。梅林發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)源頭頗為駁雜，技術(shù)來源眾說紛紜。不過，美國的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)雖然繁復(fù)浩瀚，但萬變不離其宗，其技術(shù)傳承和演進(jìn)是有一個(gè)較為明確的路線與參考的。VY4esmc

大致上，我們由于梅林引擎的針?biāo)ㄊ絿娮鞓?gòu)造，將其視為阿波羅下降段引擎演進(jìn)線上的產(chǎn)物。而且在其具體的設(shè)計(jì)思想上，明顯是參考了馬歇爾航天中心的Fastrac廉價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)。VY4esmc

出身湯譜森-拉莫-伍爾德里奇公司的SpaceX的總工程師Tom Mueller，畢竟是在TR-106引擎（使用針?biāo)ㄊ絿娮欤瑲溲跞剂希┑拈_發(fā)過程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在其投奔新東家后，適當(dāng)借鑒參與過的項(xiàng)目，取其精華加以利用，實(shí)在也屬于情理之中的事情。而針?biāo)ㄊ絿娮斓膬?yōu)點(diǎn)也非常的多。包括穩(wěn)定性好、加工維護(hù)便宜、節(jié)流調(diào)速容易等。那么，在相關(guān)專利已經(jīng)失效的前提下借鑒過來，也是合情合理的。VY4esmc

不過，盡管優(yōu)點(diǎn)多多，針?biāo)ㄊ絿娮斓墓逃腥秉c(diǎn)，卻也在梅林發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和制造過程中把整個(gè)團(tuán)隊(duì)坑得不輕。VY4esmc

針?biāo)ㄊ絿娮鞓?gòu)造對(duì)冷卻的要求很高，所以最初的梅林1A與1B，均不可避免的遇到了過熱的問題。由于梅林系列發(fā)動(dòng)機(jī)在其開發(fā)初期堅(jiān)持采用了可靠性和效率都很糟糕的燒蝕冷卻方式，所以發(fā)動(dòng)機(jī)過熱燒穿的問題，一直團(tuán)隊(duì)在早期面臨的最大挑戰(zhàn)。最早的獵鷹1型火箭，就屢屢在發(fā)動(dòng)機(jī)的問題上吃癟。直到被搞煩了的SpaceX決定下大力氣部分推倒重來——從1C改進(jìn)型開始，將發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻模式改為回?zé)崂鋮s式，徹底放棄燒灼冷卻模式，這才基本解決了過熱的問題。VY4esmc

此外，Merlin 1C Block II改進(jìn)型發(fā)動(dòng)機(jī)性能有了很大提高，海平面推力提高到56.7噸，比沖為275秒，真空比沖304秒，最重要的是它的重量只有653公斤，比增推前的Merlin 1C還輕了3公斤，因此推重比提高到96，這也是Merlin 1系列發(fā)動(dòng)機(jī)首次在推重比上初現(xiàn)崢嶸。VY4esmc

圖：小巧的Merlin 1C發(fā)動(dòng)機(jī)VY4esmc

新一代的Merlin 1D實(shí)現(xiàn)了脫胎換骨的飛越，這種發(fā)動(dòng)機(jī)無論是設(shè)計(jì)還是性能都有了革命性的提高，而且本身還細(xì)分了多個(gè)升級(jí)的亞型號(hào)，性能不斷提高，讓Merlin發(fā)動(dòng)機(jī)真正成為世界液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中的佼佼者。VY4esmc

上文提到針?biāo)ㄊ絿娮⑵魅菀讓?shí)現(xiàn)深度節(jié)流，但從Merlin 1A到Merlin 1C Block II這些發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際上都沒有節(jié)流能力，直到Merlin 1D發(fā)動(dòng)機(jī)才充分利用針?biāo)ㄊ絿娮⑵鞯奶烊粌?yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)流功能。VY4esmc

梅林1C基本固定了當(dāng)前經(jīng)典版梅林引擎的所有特性。在其基礎(chǔ)上開發(fā)的1D，則是進(jìn)一步的減重與優(yōu)化設(shè)計(jì)。最終，在設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的竭盡所能之下，其燃燒室壓力較之1C提高了近五分之二，接近100個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力，使得性能有了大幅的提高。VY4esmc

圖：Merlin 1D發(fā)動(dòng)機(jī)VY4esmc

Merlin 1D發(fā)動(dòng)機(jī)的推重比很高，但這還是包含推力矢量作動(dòng)器的，而很多發(fā)動(dòng)機(jī)統(tǒng)計(jì)時(shí)不包含這個(gè)部分，這樣的高性能實(shí)在令人高山仰止。事情還沒有結(jié)束，太空探索技術(shù)公司又升級(jí)研制了Merlin 1D+發(fā)動(dòng)機(jī)，它的推力和推重比進(jìn)一步提高，真空推力提高到約84噸，推重比達(dá)到了180，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)壓強(qiáng)進(jìn)一步提高到10.8兆帕，比沖略有提高。使用Merlin 1D+發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)被稱為獵鷹九號(hào)V1.1全推力版，這也是2015年12月首次發(fā)射，并成功實(shí)現(xiàn)陸上垂直降落回收的那種火箭。VY4esmc

縱觀美國航天界琳瑯滿目的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)貨架，比之更優(yōu)秀的產(chǎn)品比比皆是。例如航天飛機(jī)的主發(fā)動(dòng)機(jī)，大名鼎鼎的洛克達(dá)因產(chǎn)航天飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)（SSME）。其采用液氫液氧燃料、高壓補(bǔ)燃循環(huán)、可以重復(fù)使用，海平面比沖達(dá)366s、海平面推力約190噸。其性能不知甩開梅林1D幾條大街。VY4esmc

實(shí)際上，目前目前聲名大噪的獵鷹9號(hào)運(yùn)載火箭的成功之處，就在于其采用了梅林這樣的“大路貨”。但是，Space X是一家典型的商業(yè)公司。它的宗旨是搶占市場(chǎng)，獲得業(yè)務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)盈利。而不是設(shè)計(jì)和制造更棒更強(qiáng)的火箭，為航天事業(yè)做出貢獻(xiàn)。開發(fā)梅林系列發(fā)動(dòng)機(jī)的基本要求就是廉價(jià)。即便是最新型的梅林1D，推算價(jià)格也僅百萬美元級(jí)別。與之相比，性能遠(yuǎn)勝的SSME，其價(jià)格卻是以千萬計(jì)的。此外，不但是發(fā)動(dòng)機(jī)本身的價(jià)格相差懸殊，采用煤油為燃料的梅林引擎與采用液氫為燃料的SSME，其使用成本也相差懸殊。VY4esmc

十年磨一劍 終成全球最大商業(yè)發(fā)射供應(yīng)商

在美國，一個(gè)私人公司真能做火箭嗎？他哪兒來的人才呢？VY4esmc

這里就要提一下當(dāng)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(jì)50-60年代，在我們新中國剛剛建立，工業(yè)化才剛剛起步時(shí)，美蘇兩大超級(jí)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(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，并成功把美國宇航員阿姆斯特朗等人送上了月球。VY4esmc

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。VY4esmc

而馬斯克也成為了 “前人種樹、后人乘涼”的受益者，在Space X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）。VY4esmc

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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(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”國家級(jí)項(xiàng)目被當(dāng)時(shí)新上臺(tái)的美國總統(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。VY4esmc

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。VY4esmc

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)。VY4esmc

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！VY4esmc

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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。VY4esmc

趁熱打鐵 馬斯克宣布Space X后續(xù)飛天計(jì)劃

在獵鷹重型火箭成功發(fā)射之后，Space X首席執(zhí)行官埃隆·馬斯克在隨后的新聞發(fā)布會(huì)上說，Space X公司現(xiàn)在將開始認(rèn)真關(guān)注下一個(gè)大型航天運(yùn)載火箭“BFR”（big f*cking rocket）。VY4esmc

馬斯克說，BFR可能會(huì)在明年準(zhǔn)備好“與飛船進(jìn)行短途飛行”。這本質(zhì)上是“復(fù)雜性不斷增加”的飛行，目的是要走出地球大氣層，然后“回來并測(cè)試其隔熱層”，因?yàn)锽FR的主要目的就是為了幫助人類在地球、火星和更遠(yuǎn)的地方生存。VY4esmc

馬斯克在獵鷹重型火箭發(fā)射后的一篇媒體報(bào)道中稱，“圍繞這個(gè)項(xiàng)目有很多不確定因素，但這將是我們的重點(diǎn)。我們幾乎完成了獵鷹9號(hào)和獵鷹重型火箭的任務(wù)。在block 5 (獵鷹9號(hào)的最新修正版本)之后，我們不再更新獵鷹9號(hào)或獵鷹重型火箭，還有龍船和龍船2號(hào)(Space X目前正在開發(fā)的船員艙)。
馬斯克補(bǔ)充說，在BFR的設(shè)計(jì)充滿挑戰(zhàn)，“這艘船是迄今為止最困難的，因?yàn)檫@將包括火星在內(nèi)的行星的超級(jí)軌道速度，比從軌道上進(jìn)入地球要困難得多?！?span style="display:none">VY4esmc

（綜合自國際電子商情、新浪科技、衛(wèi)星與網(wǎng)絡(luò)、觀察者網(wǎng)、環(huán)球時(shí)報(bào)等）VY4esmc

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