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2017年9月19日星期二

去火星多難?馬斯克說首次發射不炸就是一種成功

SpaceX 的創始人伊隆·馬斯克一向是以大膽形象示人的,SpaceX 現階段的可回收火箭和未來的火星計劃在全世界的航天產業裏都非常超前,曾經麵臨很多質疑。現在 SpaceX 的回收火箭已經成功十幾次,而且以最低價格在商業火箭發射市場異軍突起,質疑似乎少了很多。

所以馬斯克最近的談話顯得很反常。

在華盛頓舉行的國際空間站研發大會上,伊隆·馬斯克對新項目進展發表了非常保守的說法:"獵鷹重型"火箭可能在首次發射時爆炸。他說,他甚至希望火箭爆炸的時候遠離發射台,不損壞發射台甚至可以算作某種成功。

馬斯克解釋了獵鷹重型火箭遇到的困難。建造中的獵鷹重型火箭理論上非常簡單,就是三個目前已經發射很多次的 SpaceX"獵鷹九號"的可回收第一級並在一起。但是後來發現,這種設計帶來的箭身受力和空氣動力學變化很大,震動成倍增加。於是火箭的芯級不得不重新設計。

實際上,獵鷹重型的問題源自於現在的獵鷹九號。

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獵鷹重型藝術圖,來自於 WikiMedia

獵鷹九號之所以叫這個名字,是因為第一級火箭裝有9台默林 1D 型液氧煤油火箭發動機,這是 SpaceX 作為一家小公司為了精簡生產,目前隻投產了這一種火箭發動機。

但第一級裝有這麼多台發動機在同級別的火箭中是不常見的,因為發動機數量越多,零配件的數量也就越多,從概率上來說故障可能性就成倍增加。實際上,作為載荷能力相近的火箭,由波音和聯合發射聯盟設計製造的德爾四號重型火箭,第一級隻有一台 RS-68 火箭發動機。

和德爾四號重型火箭是並聯了三枚德爾塔四號的第一級開發而來類似,獵鷹九號重型差不多相當於把三枚獵鷹九號捆在一起。如此一來,獵鷹九號重型在發射時會同時有 27 台發動機點火,所以馬斯克會對初次發射這麼悲觀。

而且,獵鷹九號還有更大的野心,它的三枚第一級火箭都是可以回收的。在發射後的第一階段,兩枚作為助推器的第一級火箭會在脫離後自動飛回發射場,就像現在的獵鷹九號一樣;芯級會繼續推動載荷,隨後在更高位置脫離,隨後也會返回發射場。

換句話說,SpaceX 不僅要保證一枚第一級有 27 台發動機的複雜火箭順利把載荷送上軌道,還要保證它有讓大部分火箭結構飛回來的餘量。這相當困難,因為獵鷹九號重型火箭一開始就是為了載人設計的,它的載荷能力接近 1960 年代"阿波羅"計劃中的土星五號火箭,擁有把人送上月球的能力。

但人和貨物不一樣,需要更高的安全標準,當然失敗需要承擔更大的代價。對於 SpaceX 這樣的私人公司,讓火箭的安全標準達到 NASA 要求是一回事,真的要出了人員傷亡的事故,公司很大概率會短時間關門。

對於未來搭載獵鷹九號重型火箭上天的宇航員,馬斯克開玩笑說,第一批乘客可能需要是"勇敢的人"。他說的大概就是需要有勇氣麵對可能的任務失敗。他同時說,歡迎到時候民眾前往佛羅裏達州卡納維拉爾角觀看第一次發射,保證令人興奮。目前獵鷹九號重型的發射工位正在該處的肯尼迪航天中心 39A 工位建設中,初次發射預計在今年 9 月到 10 月。

馬斯克還談到了更遠期的火星計劃:未來用於登陸火星表麵的"紅龍"飛船也麵臨涉及大幅修改,要把火箭反推軟著陸改成依靠降落傘的軟著陸。

"紅龍"飛船基於現在還在試驗狀態的載人飛船"龍二號",本來的計劃中,這種飛船降落星球表麵時將采用發動機點火反推的方式著陸,就像獵鷹九號回收第一級火箭那樣。但目前這個計劃暫時被擱置,紅龍和龍二號都將重新設計降落傘。

目前不清楚是發動機的研發遇到了困難還是安全問題導致計劃變更,但總的來說,火箭反推的技術難度當然高於降落傘降落,畢竟降落傘是一種隻要打開就幾乎萬無一失的設備,和需要精確控製點火的發動機沒法相比。目前,無論是俄羅斯的"聯盟"還是中國的"神舟"號飛船都是主要使用降落傘減速著陸的。

但馬斯克也說,發動機方案沒有徹底放棄,畢竟飛船的發射終止逃逸係統也需要發動機。關於 SpaceX 的火星計劃更多細節,馬斯克說可能會在 9 月在澳大利亞的國際空間大會上宣布更多消息。

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