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晓安科普

难以置信蚱蜢火箭(蚱蜢火箭载人登陆火星之用)

2023-10-18Aix XinLe

I can\x26#39;t think of anything more exciting than going out there and being among the stars.

难以置信蚱蜢火箭(蚱蜢火箭载人登陆火星之用)

 

#这十年#是接下来这段时间我会重点打造的一个专题,旨在带你了解过去十年里深刻改变人类发展进程的企业,为你呈现他们一步步迭代的底层商业逻辑。今天第一篇,我们从 SpaceX 说起

北京时间2020年1月7日上午,SpaceX 完成今年全球火箭第一发!在佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地,一枚猎鹰9号火箭(Falcon 9)成功升空,并将60颗星链卫星部署进入预定轨道值得一提的是,执行本次任务的是一枚“四手”火箭。

在此之前,它已经三次发射并回收而这已是 SpaceX 第48次完成火箭回收任务,距离首次回收猎鹰9号仅过去五年,离猎鹰9号首次发射升空也不过相距十年过去这十年,SpaceX 创造了太多航天领域的历史,更是以一己之力将商业航天带入了新纪元。

做到这一切的“黑科技”不是某一项具体的技术,而是其强如软件开发一般的产品迭代能力,以及围绕核心目标所构建的整套商业模式具体深入讨论之前,我们先来看看 SpaceX 这十年的“大事记”2010-2019,SpaceX这十年。

2010年6月,SpaceX 首次成功发射中型火箭猎鹰9号同年12月,猎鹰9号第二次升空,将载货龙飞船(Dragon)送入太空,绕轨道运行后成功返回SpaceX 也成为第一家做到此举的私人公司两年后,SpaceX 的载货龙飞船再次创造历史,它成功停靠在了国际空间站,成为首个由私人公司开发的,发射到空间站的太空飞行器。

2014年9月,NASA 和 SpaceX 签下价值26亿美元的合同,这也是有史以来最大的一单商业航天合同,目的是要将更多美国宇航员送入空间站2015年12月21日,这一天 SpaceX 重新定义了火箭!猎鹰9号的一级助推火箭发射后返回地球,在佛州卡角空军基地的发射坪成功着陆,使火箭可重复使用成为现实。

并非每一枚火箭都能顺利返回陆地,因此 SpaceX 还打造了一艘无人船“当然我还爱你”号(Of Course I Still Love You),保证火箭在海面上也可以着陆2016年4月8日,猎鹰9号首次完成海上着陆。

2017年3月30日,一枚“二手”猎鹰9号火箭将卫星送入轨道,成为首个成功再利用的运载火箭同年6月,重复使用的猎鹰9号再度将龙飞船发射到空间站2018年2月6日,SpaceX又创造了新的里程碑,在NASA的肯尼迪航天中心39A平台,成功发射猎鹰重型火箭(Falcon Heavy)。

猎鹰重型火箭也是人类现役运力最强的运载火箭2019年3月,SpaceX 的载人龙飞船(Crew Dragon)到达国际空间站,并完成自动对接,标志着私人企业也有能力将宇航员送上太空载人航天的新时代由此拉开序幕。

顺着时间线,我们理出了一条清晰的产品进化脉络——从中型火箭到重型火箭,从载货飞船到载人飞船,从不可回收到重复利用但是你一定会好奇,这些迭代背后的底层逻辑究竟是什么?SpaceX 又是如何做到如此快速的进化的?。

这一切,还要从SpaceX 的核心战略目标说起。让人类成为星际物种

2016年9月,伊隆-马斯克(Elon Musk)在墨西哥的世界宇航大会上正式对外公布了SpaceX 的大计划——让人类成为星际物种(Making Life Multiplanetary)“让人类成为星际物种”,正是SpaceX 过去十年所做的一切,以及今后十年将要做的事,紧密围绕着的战略内核。

那么为什么选择这样一个战略目标呢?马斯克给出了两个理由:第一个理由听起来有些不靠谱马斯克说,这是一个有趣而令人激动的想法(你没听错,就是因为好玩)用他的原话来说就是, I cant think of anything more exciting than going out there and being among the stars。

考虑到马斯克本人强烈的浪漫主义色彩,这个理由也不足为奇了第二个理由听起来更让人信服马斯克说,成为星际物种相当于为人类种族买一份“生命保险”他的逻辑是,全人类现在都居住在地球上,那么如果地球将来遭遇有不测,比如小行星撞击或者爆发核战争,那么人类种族就灭亡了。

我们不能把全部鸡蛋都放在一个篮子里,人类的智慧生命亟需备份到另一个星球上“让人类成为星际物种”这个说法,多少听起来还是比较虚那么马斯克为 SpaceX 制定的第一步落地计划,就是殖民火星为什么先去火星呢?。

如果看过BBC纪录片《行星》,你就会明白,选择火星实属无奈之举火星、土卫二和土卫六是太阳系内已知的存在生命元素的星体但土星卫星所处的小行星带外部的区域,荒凉而遥远,让人可望而不可及因此简单来说,除了火星,人类目前没有更优的选择了。

前往火星路上的关键要素为了使人类文明在火星能够得以存续,马斯克补充说道,我们计划要把100万人送到火星上定居到这里,我们其实能看清了,马斯克为 SpaceX 打造的殖民火星计划并非一个科研项目,而是一个商业项目。

研发出能够实现这一目标的航天器和相应的技术只是这一项目的基础,商业化的部分才是整个计划的关键——如何找到目标用户,让他们付出合理的票价,并帮助他们顺利抵达火星顺着这个思路,我们不难发现,前往火星的路上有两个关键要素必须要考虑,。

发射成本和发射频率居高不下的发射成本,是长期制约航天行业发展的重要因素而火箭成本最高的部分就是发动机尤其是一级火箭发动机, 其成本占一级火箭总成本的一半以上降低发射成本才有可能把去火星的票价控制到目标用户可承受的范围内,殖民火星计划才有了真正的市场需求。

另一方面,传统火箭从设计到发射周期长,频率低以俄罗斯质子号为例,在过去十年里,其平均每年仅发射6次按照这个频率,即使SpaceX 每艘飞船能够一次将200人载往火星,那也需要至少800年才能完成这个项目,这显然不是一个马斯克可以接受的时间范围。

可重复使用的火箭顺着这两个关键问题继续深入分析,我们不难想到,将火箭回收并重复利用可能是一条出路如果能够将一级火箭回收再利用,那就无需重新建造回收过程中损耗不大,修复速度也比较快,这样回收后的一级火箭就能够快速再次发射。

如此一来,发射成本大大降低,发射频率也明显提升,岂不是一箭双雕的好事?其实在航天领域,这不是什么秘密,各国早已开始这方面的研究和尝试只是由于技术的复杂度,火箭的可重复使用技术在 SpaceX 入局前迟迟没有进展。

SpaceX 虽然不是第一个想到要走这条路的公司,但却是第一个决心要在这条路上“死磕”到底的并且SpaceX 也意识到,想要一步登天绝无可能,路要一步一步走如何敏捷开发一枚火箭为了攻克火箭的可重复利用技术。

,SpaceX 专门打造了一台蚱蜢火箭(Grasshopper)来做垂直起降(Vertical Takeoff  Vertical Landing)测试从一开始的离地1.8米,到5.4米,再到40米,80米,250米,325米,蚱蜢火箭离地高度逐渐增加,最终达到了744米这一高度。

从最初只能在空中悬停三五秒,到能够平稳滞空一分钟再降落,再到加入了导航系统能够实现精确降落,每一次蚱蜢火箭的发射,都在尝试新东西,都在不断进步SpaceX 猎鹰9号的进化史在蚱蜢火箭退役之后,SpaceX 又改造了一台F9R Dev1火箭,继续测试可回收火箭控制系统的稳定性。

最终在2015年底,猎鹰9号完成了首次一级火箭的陆地回收这天距离蚱蜢火箭首次测试返场飞行仅过了三年迭代思维和敏捷开发同样被应用于 SpaceX 的火箭设计它的策略是先尽快造出一款MVP产品,然后在其基础上通过大量测试来不断地迭代升级。

猎鹰1号(Falcon 1)就是这样一个MVP产品和很多其他MVP产品一样,它的核心交付并没有做到完美,猎鹰1号在它的首次发射过程中就发生了爆炸随着更多次的试验和更多的失败,猎鹰1号终于完成入轨,成为第一枚私人建造的入轨火箭。

而SpaceX 的下一代产品猎鹰9号,更是在设计和试验上都将“敏捷”二字诠释地淋漓尽致猎鹰9号的一级火箭采用了9台与猎鹰1号相同的发动机并联因此,在猎鹰1号的研发中,其实已经嵌入了对猎鹰9号动力系统的研究。

另外,早期猎鹰1号经历的多次失败,也为猎鹰9号的研发提供了宝贵的经验积累2009年10月,猎鹰9号进行了第一次一级火箭点火试验仅仅一个月后,二级火箭点火试验就开展进行了又过了七个月,猎鹰9号直接执行首飞任务。

整个试验流程简化至极最新的猎鹰重型火箭也秉承了同样的产品设计理念它把两个猎鹰9号的一级火箭捆绑在一枚完整的猎鹰9号两侧,作为助推器从猎鹰1号首飞到重型猎鹰第一次发射,10年的时间,经历了多个迭代版本和数不清的测试,SpaceX将运载火箭的运力成功提高了15倍。

正如前SpaceX工程师David Giger所言,“SpaceX was built on test, test, test, test, test. We test as we fly.”未来的十年,我们可以期待什

么?按照马斯克的计划:2022年,SpaceX将发射第一艘载货飞船前往火星,提前运送必备的物资和基础设施2024年,首班载人飞船将飞向火星,开始建造火星基地,为之后的大规模登陆做好准备听起来很不可思议吧?。

那如果你看到SpceX给出的前往火星的运输工具BFR(Big Fxxking Rocket),就会觉得更科幻了。

这个大家伙高度相当于40层摩天大楼,重量和运力都是人类迄今为止最强的运载火箭土星五号的三倍之多当然,到目前为止,这些还仅仅是停留在PPT上的蓝图但至少可以预见,未来十年里,SpaceX 不会停留在原地它会以更快的速度去迭代,更频繁的试验与试错去进化,大步迈向终极目标——

“使人类成为星际物种”未来的十年,我们也必将见证更多历史性时刻参考资料:[Medium]-Why I fell in love with SpaceX?[Noonsphere]-How New Business Models Will Disrupt Old Space Industry。

[The Verge]-This Decade in Elon[engadget]-Elon Musks grand plan to colonize Mars[mindk] -Iterative development: the secret to great product launches

[Wikipedia]-Space Launch Market Competition[知乎]-如何评价伊隆-马斯克的殖民火箭大计划[知乎]-如何看待SpaceX 在技术上领先中国火箭技术·end·马孟晨写字的地方

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