人类将进入新纪元:太空征程-启航

出品：科普中国

制作：川陀太空

监制：中国科学院计算机网络信息中心

人类将进入新纪元:太空征程-启航

SpaceX在2018年的第一次发射已经结束，发射了一颗名为Zuma的军方载荷，有消息称这个载荷没有进入轨道。但关于这个载荷，目前外界知之甚少，可能是一颗间谍卫星，也可能是其他类型的空天飞行器。目前SpaceX的商业发射使用的是猎鹰9号FT运载火箭，第一级9台默林1D改进型发动机，近地轨道运载能力为22吨，同步轨道为8.3吨。与之前使用的猎鹰9V1.0和猎鹰9号V1.1相比，运载能力实现了两倍提升。

在过去的2017年，SpaceX公司全年发射18次，而美国本土发射中次数才29次，可以说正是有了SpaceX的崛起，美国本土的发射次数才有了如此巨大的飞跃。

图1. SpaceX凭借猎鹰系列火箭开启了私人航天发射时代

第二名俄罗斯为20次，中国18次，欧洲9次。SpaceX有了2017年辉煌的成就当然不是一蹴而就的，正如那句话，幸福的生活是靠双手创造出来的，SpaceX作为航天类高新科技制造业，摸爬滚打了15年左右的时间，在回收猎鹰9号第一级发动机尝试中摔掉了4枚火箭，第五次终于成功。前四次失败炸火箭的时候，相当一部分在看SpaceX的笑话，如今回收第一级技术已经成熟，基本每次发射都会返回第一级以供下一次发射使用。

图2. 在回收猎鹰9号第一级发动机尝试中摔掉了4枚火箭

图3.猎鹰9号第一级返回，三个着落支架打开

图4.成功降落海上移动平台

SpaceX带动了整个美国私人航天企业的发展，私人造火箭在许多人影响中似乎是不可能的事情，但事实上已经真实发生。这是航天生产力从国家固化体系中解放出来的经典案例。

以往的航天发射都是国家层面干的事，比如美国宇航局、美国发射联盟、欧洲空间局、俄罗斯联邦航天局等。如今连私人公司都在造火箭，说明这些技术已经变成了民间“路边货”，那更不用说民用航空了，比如卖的比较火的塞斯纳172螺旋桨飞机，售价在20至30万美元，私人飞机全美有20至30万，私人机场近2万个，拥有联邦飞行执照的人数大约60万以上。有这样的基础，那么就不难理解为什么有人会开飞机去吃早餐以及私人公司居然能造火箭这样的传闻了。

SpaceX公司的到底是干什么的？

SpaceX公司的出现就是在这样的背景下，民用通航高度发达，一名叫马斯克的混血儿成立了SpaceX公司，主要业务就是航天制造和太空运输服务。

这里顺便说一下，在国内售价100多万人民币的特斯拉电动汽车也是马斯克的产业，但创办者不是马斯克，2004年，马斯克在特斯拉汽车A轮融资中变成了最大股东，换句话说，就是把特斯拉给吃了下来，这时候距离特斯拉汽车成立还不到两年的时间。

从特斯拉电动汽车的发展思路看，马斯克是一个高新科技制造业拓荒式人物，电动汽车目前高端品牌就是特斯拉，颠覆了传统汽车行业，如今他准备将这场暴风雨席卷到航天领域，将高高在上的航天发射变成平民也能体验到的服务。

2000年之后，世界上能够进入太空游玩的人真是屈指可数，而且都是非富即贵，上天一次要至少2000万美元。SpaceX就决定让这个价格降低到20万美元，但不是前往300公里高度的空间站，而是前往火星。

图5.SpaceX租用了39A发射工位

许多人都认为SpaceX是在画饼给全世界看，2008年猎鹰1号研发成功，2010年猎鹰9号1.0版本首次发射，近地轨道运载能力9吨，基本上满足了常规发射的需求。猎鹰9号FT出现之后，22吨的运载能力已经达到阿丽亚娜ES、宇宙神5、德尔塔-4这一级别的水准，可以说只要美军方愿意，就可以把订单从联合发射联盟转移到SpaceX执行。

图6.猎鹰重型采用了三个猎鹰9号第一级

事实上也是如此，SpaceX在获得美国宇航局十几亿美元货运合同之后，也拿下了美军方的卫星发射合同。随着猎鹰9号第一级在2015年成功实现陆地回收，2016年实现第一次海上平台回收，并用回收的火箭执行第二次发射。

按照SpaceX的估计，猎鹰9号的发射单价有望从5000至6000万美元一次，降低到3000多万美元一次，如果第二级实现可重复使用，那么发射单价可控制在数百万美元。本来发射一次的费用，现在够发射近7至10次，显然可以大大提高向近地轨道运输货物的能力。在猎鹰9号之后，SpaceX也设计研发了重型猎鹰火箭，近地轨道运载能力为63吨，前往火星的运载能力为16.8吨。

向火星进军

重型猎鹰火箭在2018年元旦之后已经准备发射，SpaceX的真正野心这才曝光。之前花了十几年的时间投资特斯拉电动车、研制蚱蜢火箭、猎鹰9号火箭等，都是为了推出重型猎鹰做准备。因为SpaceX公司的建立目标是太空运输服务，而不是去抢占发射市场的订单、建立空间站、登月之类的。

这里顺便说一些，现在登月的意义已经不大，第一个名已经出现，那么再登月的目的是什么？阿波罗11号成功登月之后，苏联人就基本上削减了月球方向的探索开支，因为完全没有意义了。如今登月也不是为了开采矿物，因为这方面的技术还没有成熟，还不能形成产业化。从这几个角度看，登月是为了什么？所以阿波罗计划成功之后，人类再也没有登月，只是探月还在进行中。

图7. 星际运输系统

下一个里程碑就是登陆火星，火星可不同于登月，最大的问题就是距离太远。登月飞行不过两三天的时间，而前往火星则是大半年。SpaceX公司为此准备了重型猎鹰火箭和龙式飞船，在2016年的国际宇航大会上，SpaceX公布了火星殖民计划，2017年6月，马斯克再次细化了殖民火星该如何进行。

殖民火星的关键要有一个可靠的星际运输系统，SpaceX将在猎鹰火箭成熟的技术上继续开发Raptor发动机，推力是猎鹰火箭默林发动机的三倍，一个星际运输系统将搭载42台Raptor发动机。多发动机并联模式目前鲜有成功案例，如果重型猎鹰能够成功，那么该技术将用于星际运输系统，能够将300吨的货物运输到近地轨道。

需要注意的是，星际运输系统不是在轨道上组装，而是从地面上进行发射，在轨道上补给燃料后前往火星。同时在火星轨道上建立补给点，再次加注燃料后返回地球。SpaceX估计部署1000套星际运输系统，每艘飞船执行10至15次地火飞行，每次运输100人，可至少转移100万人。

图8.星际运输系统动力系统部分示意图

从殖民的定义上看，这100万人将永远离开地球，成为火星第一代人类殖民者。这个计划的前期准备已经开始落实，2020将发射一个无人火星探测器进行技术验证，也就是说，星际移民的计划两年后就算正式进入工程验证阶段，大约在2028年至2030年，开始进入工程实施阶段，比如打造安装Raptor发动机的星际运输系统各分系统等。那么，第一批火星殖民者是否能够安全在火星上驻扎，目前连马斯克都没给出肯定的答案，马斯克也认为火星殖民风险很大，而且很大概率会失败。

图9.马斯克描述登陆火星的计划

图10.除了SpaceX，我们还可以看到更高、更强大的新格伦火箭，本世纪的私人航天可不一般

这样讲话就比较符合客观事实，把最坏的结果考虑到，虽然这样的话不耐听，还没有开始就开始谈失败，但这是对墨菲定律的最有利规避。殖民火星除了星际运输系统之外，还需要考虑栖息地建造、补给等物质上的问题，而且人类的精神、心理层面上的问题也需要极早介入。在封闭空间内心理上的变化是趋于消极的，没有人会喜欢被关在一个小黑屋里长达几个月，火星殖民地如果拥有100万人，这个社会的维持和运行更是一个大难题，至于能够剩下多少人，那就全靠运气了。有些事科学技术能够解决，但有些却需要交给概率。

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