Space X 的星际殖民计划之二:Dragon,全世界最酷的航天飞船!

《Space X 的星际殖民计划之一:发射!用最经济的方式!》 中,我们谈到了 Elon Musk 的决心,他要让太空航行在商业层面实现可行性,让一百万人都能买得起登上飞船的船票。那么在本章中,我们将谈到 Dragon,Space X 有史以来最酷的太空飞船,并且 Dragon 2 将预计在 2016 年发射,届时它将具有人工导航功能。
让我们再次走进 Elon Musk 的梦中,一个逐渐演变成现实的梦……

Space X 的星际殖民计划之二:Dragon,全世界最酷的航天飞船!

如今,有一些人听说过 Space X,但是几乎没有什么人知道 Space X 是做什么的,如果要具体到 Space X 的目标是什么,那估计知道的人就更是凤毛麟角。

Space X 是做什么的? 它负责太空运输任务的,把东西发射到太空中,并实现商业上的盈利。

它的目标是什么?Space X 正在想方设法让太空航行的成本大幅缩减,这个数字原本是天文级别,Space X 要让它变得小到能够让 100 万人支付得起船票钱。

我们稍后会谈到这个核心目标,先来说说从盈利的角度来考虑,SpaceX 是如何把东西发射到宇宙上的。

Falcon 9

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前文我们说到,在 2008 年的成功发布引来外界无数关注的目光,其中有一些机构公司着急于与 Space X 签署合作协议,让它来负责承担造价非常便宜的太空运输任务。接下来,SpaceX 该从实验阶段再往前进一步,于是,Falcon 9 出现在人们的眼前。

让我们直奔主题:Falcon 9 的造型实在有点儿太像男人跨间之物了,员工们虽然嘴上都没说,但是心里却在默默忍受着这样令人尴尬的造型。撇开这个缺点不说,Falcon 9 是世界上最先进的火箭,跟 Falcon 1 相比有了长足的进步。 它很大,有 68 米高,这是 Falcon 1 高度的三倍,重量相同于一栋 20 层的大楼。Falcon 1 只能将不到 1 吨重的「货物」带上轨道,而 Falcon 9 可以带 13 吨重的「货物」。从方方面面来说,Falcon 9 再一次让 Space X 站在了世界舞台的中心。

建造这样一支火箭,其复杂困难程度超乎了所有人的想象。这个 1000 吨重的家伙儿内部装满了爆炸性的材料,点燃后将以疾风骤雨的速度升空,其周围的风力到达了暴风级别,从效果上它是如此的劲爆狂乱,但是从设计上它又是那么的细致精确,其程度达到毫米级别,比如电脑的线路板、精密的卫星仪器等等。传统的制造技术并不会这么精雕细琢,而在 Space X 的工厂中,笔者看到了 Falcon 9 的部分零配件,其中有一部分是由 3D 打印而成的(当然也是 3D 设计出来的)。因为目前也只有 3D 打印能解决眼下的当务之急了。

既然这些都是马斯克需要考虑的问题,那么作为看客的我们就不要再纠缠于细节了。让我们看看 Falcon 9 研发的几个组成部分吧吧:

一级火箭

一级火箭的任务要在三分钟内全部执行到位,推动第二级的火箭继续升空,使得上面负载的「货物」能够达到将近 10 万米的高度,然后一级火箭掉落到大海中。 前面已经说过了,所有的制造任务都是在 Space X 的加利福尼亚总部完成的。

一级火箭的绝大部分内容其实就是一个超大的燃料罐,其中分为两部分组成:一个是火箭应用级别的油罐;另外一个是超大的液氧罐子。因为火箭外部的空气由于高度、速度等原因根本无法完成助燃的任务,所以火箭本身就得携带氧气。氧气在零下 183 摄氏度变成液体,一旦它成为液态,它的密度是气态氧气的 1000 倍,这样一来你就能带好多液氧升空。

莫尔林引擎(Merlin)

Falcon 1 的升空完全是依赖于 Space X 独家研发的引擎,这款超级强大的引擎名字是 Merlin。

「莫尔林」简直太牛叉了,它能够瞬间冲起 73 吨重的东西。这是什么概念呢?这意味着你如果把 40 辆轿车叠放在引擎上面,它能够在三分钟的时间里把这一摞子汽车射向太空。在火箭引擎世界中有一个非常重要的指标:推重比,这意味着它能把于自身几倍的重量给推出去。 莫尔林引擎自身的重要是 0.5 吨,而它的推力是 80 吨。这意味着它的推重比是 165:1,这个数据瞬间秒杀了当今世上的其他引擎。

现在想象一下一共有 9 个莫尔林引擎共同发力作用在 Falcon 9 上面会是什么情景,这也是 Falcon 9 的 9 这个数字的出处。

这 9 个引擎共同爆发出 650 吨的推力,足够让 360 辆车弹射到宇宙中。(360 辆车加起来的高度相当于世贸中心大楼),每秒燃烧合计 540 加仑的燃油,足以在一秒钟内蒸发掉一个游泳池。

二级火箭

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自发射的三分钟后,一级火箭和二级火箭分离。

前面一段火箭掉落回地面,二级火箭继续向前飞行,它是一级火箭的迷你版本,里面也是充满了燃油。二级火箭并没有配备 9 个莫尔林引擎,它只有一个特别定制的引擎,专门用于在真空状态中启动,借此给火箭更大的助力。

二级火箭的任务有可能在几分钟内完成,也有可能持续好几个小时。它的引擎是可以人工调节开关的,同时还能进行方向角度上的调整。这就要求超高的精确度,使得上面装载的「货物」能够以正确的速度到达正确的位置上。一旦它完成了这一系列工作,它自然也会脱离。

接下来我们继续往上走,到了火箭的顶部位置,在这里它的外观有两种,取决于上面搭载的「货物」是什么。如果它搭载的一颗卫星的话,那么它的头部样子如下图所示:

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顶部的凸起其实是两个蛤瓣一样的保护性壳子合并而成,它看起来似乎只有浴缸那么大,但是实际上尺寸有一个校车那么大。

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第二种外观 如下图所示,它搭载的不是卫星,而是 Dragon,这个如 SUV 车子大小的空间飞行器。它是用来运输货物的,终有一天还会用来运输乘客。当年 NASA 跟 SpaceX 签的合作协议就是关于它的:利用 Dragon 作为载体将货物送往 ISS 空间站,共计 12 次运输服务。

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如上图所示,物体的右半边,像松果形状的飞行器是 Dragon 的压力舱,这是返回地球的唯一物体。左半边的筒状物是非压力箱,这里可以携带额外的货物,并且配有太阳能面板(也是 Dragon 在宇宙中的动力来源)。这两部分加在一起,能够携带大概 6 吨重的货物。

出征!Falcon 9!

在 2010 年的夏天,Falcon 9 运输到发射场地,在路上,这个庞然大物引得高速公路不少司机都目瞪口呆,说「这是什么鬼?!」

Space X 的星际殖民计划之二:Dragon,全世界最酷的航天飞船!

接下来,SpaceX 将做的一些事是世界上其他商业公司完全不知道该怎么做的事。

把太空飞船发送到宇宙是一回事,如果还把它能够回收就难上加难。你知道如果你从甲板上跳入海中,什么糟糕的事都不会发生。但是如果你要从大桥上往水面上跳,那么就不是一回事了。两者的区别在于当你撞击在水面上身体所承受的冲击力。把大气看做水面,这就得出了同样的道理。

你现在因为是静止状态,感受不到空气阻力的存在,但是如果你现在像疯子一样来回晃动胳膊,你能感觉到它,如果你坐在车子上,把手伸出窗外,车子以 50 英里每小时的速度行驶,那么你的手里像是握着一个什么东西。所以如果一个位于赤道上的东西,要以 27,300 公里每小时的速度重返地面,它就相当于在经受 17,000 英里每小时的狂风。我们天气预报中的暴风级别最高不过 155 英里每小时。你可以想象它面对的是怎样的阻力。

直到 2010 年,只有 5 个政府知道怎么把太空飞船发射出去然后再成功回收。Falcon 9 做到了, 它是世界上首家私人公司,世界第六家组织机构做到这一切的。这是它第七次发射,这样的成绩显然没有什么好遗憾的了。Falcon 9 的第三次发射又创造了历史,它成为了世界上首个与 ISS 空间站对接的商用太空飞船。

Falcon 1 型火箭发射了 5 次,Falcon 9 型火箭发射了 3 次,这一切其实都还是测试性质,当这一切都获得了想要的结果,Space X 对真正开始自己的太空运输任务已经做好了充足的准备。Falcon 9 的第四次发射,也是第一次正式为 ISS 运输的任务,发生在 2015 年的 5 月。

SpaceX 的前三次发射失败之后,它一共发射了 20 次,全部获得成功。然而就在第 21 次发射的时候失败了,火箭发生了坠毁。

一次失败的发射带给人的震撼不言而喻,所幸没有人员伤亡。这也是 Space X 的副总裁 Juncosa 告诉我的,每次发射之前所有相关人员的心都提到嗓子眼,其紧张程度就像是世界杯最后决赛的点球大战的最后一次制胜的罚球。

关于失败最好的经验莫过于它向你展示了你的弱点在哪里。 在这次失败案例中,罪魁祸首是一根两米长,一英尺后的钢筋条,这是火箭上数百个钢筋条中的一个,本来它应该承担 5 吨的力量,但是在力量大过一吨的时候它就咔嚓一声折断了。从那时开始,只要是要放入火箭内部的钢筋条,SpaceX 一根一根地单独检测。

在这个满是中间商,并且产品技术已经有几十年的市场中,SpaceX 通过严格控制供应链,做到公司内部负责研发制造产品 95% 以上的内容,同时再加上它在当今世界上最前沿的科技,最终一跃成为了世界上太空运输方案中成本最低,也是最行之有效的一种方案。

多年来,美国政府一直依赖于两大航空公司:波音和 Lockhedd Martin,以及它们的合资公司 United Launch Aliance(简称 ULA)。每次发射,美国政府,也就是美国纳税人要给 ULA 交 3 亿 8 千万美金。而同样的一次发射,美国政府只需要给 SpaceX 交 1 亿 3 千 3 百万美金就可以了。如果是其他客户,没有 NASA 那么多特殊的要求的话,SpaceX 每次发射的要价仅为 6000 万美金。

鉴于这么便宜的价格,Space X 的门前站满了纷至沓来的客户,它们都想第一时间享受到 Space X 的运输服务,根据目前 SpaceX 登记在案的预约,已经有超过 50 次发射任务在等待它完成了,总价超过了 50 亿美金。 而 SpaceX 也在想方设法地让发射准备周期缩短,计划在一年内能够发射 40 次 Falcon 9 型火箭。Musk 深信再过几年时间,SpaceX 的报价将是市场平均水平的十分之一,并且也深信世界上所有商用的太空运输服务都将被 Space X 承包下来。

这不仅仅对于 SpaceX 来说意义重大,对于美国来说同样如此。

美国一直以来都因它拥有世界两大飞机制造商之一而倍感骄傲,它就是波音公司,另外一家并驾齐驱的公司是欧洲的 Airbus(空中巴士)。但是出于某种原因,美国似乎在太空发射上面渐渐被别的国家赶超。欧盟、俄罗斯、中国都相继发布了自己的火箭。美国火箭发射主要的提供方是 ULA,它向政府索要高价,转头又从俄罗斯以高价买来火箭硬件中最贵的那部分器材 – 引擎。而如今,SpaceX 的出现让美国在航天事业上的身影再次高大了起来。

站在一边,怒火中烧的巨头们

SpaceX 的出现对于航天视野可以说是一大福音,但是不是所有人都因此而欢呼雀跃。

曾经我们说过 Tesla 对于汽车产业的颠覆性,它会砸了无数人的饭碗,比如那些燃油公司,以及在汽车传统生产模式上走不出来的汽车制造商。在过去,就算有更加成熟的电力驱动方案出现,他们都不会瞅上一眼,凭借着与政府方方面面的深厚关系,极力阻挠新技术的出现,保证自己在市场上的垄断地位,这个市场是不透明的。然而电力驱动汽车的概念让 Tesla 发扬光大了之后,它就像是一记重拳,砸碎了阴暗了许久的窗户。

SpaceX 的出现也是同样的道理。甚至于我可以将上次针对 Tesla 的意义原封不动的复制粘贴到这里都可以。

在 2014 年,欧盟的 Airanespace(全球火箭发射领域的一家大公司)要求欧盟政府对其行业进行补贴,以应对来自 SpaceX 的市场竞争威胁。Falcon 9 从地球发射到 GTO(最高纬度的卫星轨道)的报价仅为 1500 万美金,这比中国长久以来以便宜著称的「长征运载火箭」还要便宜。 考虑到这个市场上还有其他躲在阴影角落愠怒不已的竞争者,Musk 坦言:「我的家人们都特别担心我的人身安全,他们担心俄罗斯人会派刺客来暗杀我。」

而最让人期待的是 SpaceX 的商业模型将在未来几年内逐渐成熟起来。下面的三个方面将让人想想就激动的浑身颤抖不已。

1) Falcon Heavy

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还记得我们之前谈过的「莫尔林引擎」吗?,九个引擎组成一个平台,能够让 360 辆车堆叠出来的「摩天大楼」一下子升空?现在 Falcon Heavy 出现了,它是 Falcon 9 的发射基础,但是并不是一个平台,而是三个,也就是二十七个「莫尔林引擎」!

27 个引擎能做出什么事情呢?2000 吨,或者 1100 辆车,堆叠高度将近 1 英里,将在它巨大的爆发力之下升空。在 2016 年 Falcon Heavy 计划进行第一次发射, 它的运载量将是世界上火箭最大运载量的两倍还要多,而运载物每磅的运输成本将达到历史最低水平。(ULA 单次发射的收费是 Falcon Heavy 的三倍,而它的运载量连 Falcon Heavy 的一半都不到)。

2) 将轨道上的卫星数量增加四倍

就在几个星期之前,Musk 对外宣布,SpaceX 将在西雅图开始卫星生产发射计划,到 2030 年,将向近地轨道上发射 4000 颗互联网卫星,这是目前近地轨道环绕卫星数量 1300 颗卫星的三倍。他这么做的理由如下:

* 将通讯成本大幅缩减,使得科学技术能够加速提升

如今,制造一颗卫星的成本是 2 亿 5 千万美金,把它发射到太空也是差不多的价钱。这使得每一颗卫星在商业层面都要达到「物尽其用」,也让公司对风险更加的厌恶,他们倾向于去选择那些已经被证明过的传统技术,在每一颗卫星上使用的时间至少都为 15 年。现在很多还在服役的卫星都是在上世纪 90 年代造的,已经有 25 年的历史。SpaceX 想要解决这个稳定,通过制造及发射足够多数量的卫星,进而把市面卫星单颗使用成本给拉下来,同时它还在制造发射等各个环节尽可能压缩成本,取代已有的卫星。

* 让世界每个角落的每个人都能享受到互联网服务

SpaceX 由 4000 颗以太阳能为驱动的卫星将组成一个超大的网络,覆盖到地球上的每一个角落,把光速传输的互联网带到最需要它的不发达地区以及偏远地区。另外,卫星还能做其他用途,你可以把摄像头连接到上面,给予最全面细致的犯罪报告,生动的 Google 地图,天气报告等多项服务。

它是盈利的,无论是出售卫星,还是把卫星发射上天,SpaceX 都能赚得大把的钞票。

解决了火星上的互联网问题:如果火星上的殖民计划成功,SpaceX 出产的互联网卫星将把网络铺设在上面。

3)载人航天飞行

在 2014 年的 5 月,SpaceX 开发了 Dragon 的第二个版本:Dragon 2.

初代 Dragon 已经很酷了,它是当今世上为数不多能够完整返回地球的航天器,也是世界上唯一一个能够货物完整带回地球,可操作的航天器。但是 Dragon 2 比它更酷。

Dragon 2 可以直接跟 ISS 空间站进行对接,而无需让 ISS 的「胳臂」接着,那时的它简直就是个「小婴孩」。

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它内有座位,还有非常库炫的触摸屏。(如今绝大多数的航天器都是在上世纪 60 年代设计出来的,很多操作还是旋钮和按钮式的,就像是一台老旧的收音机)

但 Dragon 2 最酷的地方在于它的引擎。这架宇宙飞船有 8 个超级强大的小引擎,它们名叫 SuperDracos,每一个都能托起 4 辆汽车。SuperDraco 是专门为 Dragon 2 设计的,完全由 3D 打印制造。由此,Dragon 2 的卓越性能有下面三点:

1) 在太空中进行人工操控;

2) 推动型着陆;

3) 如果中间出了任何差错,可以让宇航员弹跳出来。

第三个完全是出于考虑人员安全所做的设计。就算是当今世界上最优秀的火箭都会有 掉链子的时候,尤其是在风头正劲的时候。

这仅仅是故事的一部分,在第三章节,我们将谈到 Musk 将 100 万人移到火星的具体计划。Space X 的星际帝国大幕就这样徐徐拉开……

本文来源:Waitbutwhy 译文创见首发 由 TECH2IPO / 创见 花满楼 编译

本文为锦鲤财经平台原创文章,作者:锦鲤财经,文章不构成投资建议,未经授权,严禁转载。

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