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[灌水趣游] 「重型猎鹰火箭」不是史上最强,但它的伟大之处并不在此

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    2018-11-19 11:45
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    [LV.6]资深居民

    发表于 2018-2-8 11:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
    「重型猎鹰火箭」不是史上最强,但它的伟大之处并不在此

    来源:爱范儿|作者:李超凡(运营编辑)



    7日凌晨,马斯克的 Space X 猎鹰重型火箭载着一辆特斯拉 Roadster Roadster 首飞发射成功,并成功回收三枚助推火箭中的两枚,人类现役最强的运载火箭在灿烂如烟花的火焰中横空出世。



    马斯克介绍,猎鹰重型火箭在一条远地点 7000 公里的停泊轨道上滑行 6 小时后,将穿越范艾伦辐射带后再进行第 3 次点火。



    届时在浩瀚的太空中,身穿宇航服的假人 Starman 将乘坐着樱桃红的特斯拉跑车在太空中遨游,车内无限循环着 David Bowie 的《Space Oddity》,浪漫至极,连特朗普也忍不住点赞。





    「重型猎鹰」的成功发射,开启了人类航空时代的新征程,人类距离移民火星又近了一步。

    而这次发射真正令人兴奋的,并不是猎鹰重型火箭成为世界运力最强的火箭,实际上它也不是人类史上最强的运载火箭,但也并不妨碍「重型猎鹰」载入人类史册。

    (猎鹰重型火箭发射过程精华版,腾讯视频

    微信搜索爱范儿(微信号:ifanr),后台回复「发射」,获取 Space X 猎鹰重型火箭发射回收全过程高清视频。

    把「重型猎鹰」甩在身后,人类史上最强的运载火箭

    今天猎鹰重型火箭发射地点,是在佛罗里达肯尼迪航天中心 LC-39A 发射平台,这里见证了人类航空史上的众多里程碑:阿波罗 11 号登月、天空实验室、航天飞机计划……

    其中还包括了人类史上最强的运载火箭——土星 5 号



    (最后一枚土星 5 号 )

    在讲土星 5 号之前,可以先看看我们的航天新星,现役运载能力最强的猎鹰重型火箭有多强大。

    「重型猎鹰」发射时有 27 台梅林 1D 发动机,可提供超过 2280 吨的推力,这相当于 18 架波音 747 客机以最大功率运转。而「重型猎鹰」在近地轨道(LEO)的运载能力达到 63.8 吨。这相当于可以把一架装满燃料、乘客和行李的波音 737 客机送上太空。



    (「重型猎鹰」的发动机)

    好了,以上就是目前世界上火箭的最大运力。然而「重型猎鹰」的运载能力还不足土星 5 号的一半。

    土星 5 号由美国航空航天局 (NASA)在上世纪六十年代研发设计的运载火箭,至今仍是人类使用过的最高、最重、推力最强的运载火箭。



    (土星 5 号和它的主要设计者冯·布劳恩)

    土星 5 号高达 110.6 米,重约 3039 吨,推力可达 3408 吨,而它至今保持着人类史上火箭最大的运载能力记录:近地轨道(LEO)140 吨,比猎鹰重型火箭的两倍还多。

    这些理论上的数据并不能让土星 5 号成为史上最强运载火箭系统,只有当它顺利地进入太空才算成功。而土星 5 号不仅一次次发射成功,还成为航空史那些里程碑事件的幕后功臣。



    (土星 5 号运载过的火箭)

    从 1967 年首飞到 1973 年退役,土星 5 号共发射了 17 次,从未发生过任何事故,没损失过任何有效载荷,成功率达 100 %。

    其中有三次发射最为瞩目,一次是 1968 年载着阿波罗 8 号 和 3 名宇航员完成了人类第一次绕月飞行。



    (阿波罗 8 号所用的土星 5 号一级火箭)

    一次是 1969 年载着阿波罗 11 号实现了人类的首次登月。



    (阿波罗 11 号发射)

    最后一次是 1973 年将美国第一个环绕地球球的航天站——天空实验室送入近地轨道。



    (土星 5 号最后一次任务,将天空实验室送入近地轨道)

    这些在航空史上留名的发射记录成为了土星 5 号的一枚枚勋章,让其成为前无古人,至今仍未有来者的最强运载火箭。

    其实如果要单论推力,土星 5 号还是略微次于苏联的能源号运载火箭的,能源号的推力达到 3500 吨,近地轨道的运载能力也不低于 100 吨。



    (能源号运载火箭)

    然而能源号仅执行过两次发射任务,其中一次以失败告终,成功将暴风雪号航天飞机入预定轨道的那次也是不载人的。之后随着苏联解体能源号也随之停产,仅存的能源号 M 火箭被束之高阁,直到 2002 年因厂房坍塌而被摧毁。



    (能源号运载火箭)

    眼下有可能打破的土星 5 号运载能力记录的,暂时还不会是 Space X 的猎鹰重型火箭,而是 NASA 计划于今年建造完成的太空发射系统(SLS),推力最高可能达到 165 吨,最终目的地是火星。



    不过猎鹰重型火箭却做到了 NASA 都没有做到的事。

    NASA 苏联都没做到的事,Space X 做成了

    上面提到的土星 5 号,其实是美苏冷战时期「太空竞赛」的产物。双方都投入了大量的资金和人力在航天航空领域上,其中仅土星 5 号项目在不到十年间就耗费了 65 亿美元,相当于现在的近 1700 亿美元。更不必说耗资更大(240 亿美元)的阿波罗计划。



    (世界上所有运载火箭排名)

    而冷战的另一主角苏联也不甘示弱,但结果要悲惨得多。

    为了抗衡美国的土星 5 号,苏联也开始研发以载人登月为目标的的 N-1运载火箭。N-1 运载火箭发射时由 30 台 NK-15 发动机驱动,A 段推力达到 4620 吨,远超土星 5 号。



    (N-1运载火箭)

    虽然推力强大,可 N-1 运载火箭近地轨道的运载能力还不如土星 5 号,只有 95 吨。这是因为N-1 运载火箭采用了煤油做燃料,而土星 5 号则已经用上了更轻的氢氧燃料。



    (N-1运载火箭)

    差点就差点吧,只要发射成功「史上最强推力火箭」的称号就到手了,肯定会让美国人目瞪口呆。

    或许是立功心切,也可能是资金不足,苏联在没对所有 30 个一级发动机进行地面测试的情况下就进行发射,N-1 运载火箭共发射了四次,奇怪的是次次都不在事前进行地面测试,结果毫无意外全部失败,苏联人的登月梦也就此破灭。

    这些发射失败酿成了一系列在航空史上匪夷所思的惨烈事故。

    1969 年 6 月 3 日,N-1 运载火箭在发射过程中由于一颗螺丝的松动,导致火箭在发射时发生,整个发射基地被炸毁,这次发射也被称为人类史上最大的非核爆事故。

    然而这样奇葩事故在苏联航空史发生过不止一次,1960 年苏联金星号运载火箭发射时没有按计划点火,几十名航空专家为查明事故点火,突然发动机起火,160 名苏联航空科学家和时任苏联导弹部队司令 米·伊·涅杰林元帅当场丧命。



    (苏联金星号运载火箭发射发射事故现场)

    无论是美国 NASA 还是苏联,从他们火箭研发历史来看,不是倾举国之力不计成本地投入,就是经历一次次惨烈的失败。

    而 Space X 的伟大之处在于,作为一家民营企业,以 1 亿美元的超低成本实现现役最强的火箭运载能力。

    实际上 Space X 以低廉的价格和稳定的性能,在全球商用火箭发射市场上已经逐渐超越欧洲和俄罗斯,占据最大市场份额,而这一差距还在不断拉大。



    Space X 火箭的报价在市场上极具竞争力,比如猎鹰 9 号(Falcon 9)火箭的报价在 5500 万- 6200 万美元之间,而同等运力的宇宙神5(Atlas-5)和德尔塔4(Delta-4)报价则在 1-4亿美元。



    (猎鹰 9 号火箭回收)

    而且回收利用的二手猎鹰 9 号报价还能打 7 折,这让其他厂商毫无还手之力。

    而刚刚发射成功的猎鹰重型火箭的性价比就更高了,其价格比猎鹰 9 号上涨了不到五成,运载能力却是猎鹰 9 号的近三倍。



    (猎鹰重型火箭与猎鹰 9 号对比)

    微信搜索爱范儿(微信号:ifanr),后台回复「火箭」,获取 Space X 猎鹰重型火箭发射原理的唯美动画演示。

    而 NASA 正在研发的土星 5 号继任者空间发射系统,尽管运载能力是猎鹰重型火箭的两倍多,但成本却至少是猎鹰重型火箭的十倍。



    (猎鹰重型火箭与部分火箭运力对比)

    Space X 得以实现低成本的重要原因是采取了对一级火箭回收重复利用,马斯克曾表示一旦火箭回收常态化,能降低 99 %的发射成本。



    此外 Space X 也是第一个没有第三方供应商的航天航空公司,从火箭箭体、整流罩、引擎到发射的所有配件和技术都由 Space X 一手包办,没有中间商赚差价,成本自然也下来了。



    (猎鹰重型火箭发射前夕)

    要做到这点并不容易,想想苹果至今仍无法在手机芯片和面板上自给自足就可见一斑,更何况是更为高精尖的航天航空器件。

    自从猎鹰 9 号火箭回收成功,Space X 就开始获得 NASA 的巨额订单,在遥遥无期的空间发射系统到来之前承担 NASA 的众多太空探索计划。

    随着猎鹰重型火箭的发射成功,如无意外,在今年 6 月 Space X 还会将一名宇航员送上太空,成为第一家实现载人航天的民营公司。同时也进一步夯实马斯克火星移民计三步计划中的第一步(载物航空),以及开启第二步计划(降低太空旅行成本)。



    多年以后,或许当马斯克在火星上看着 Space X 载着人类再次落地,他会回想起 2002 年创立 SpaceX 时被质疑为「PPT 火箭」的骗局,回想起 2006 年到 2008 年猎鹰 1 号三射三炸的绝望、还有猎鹰 9 号数次回收失败甚至原地的窘境,当然还有今天猎鹰重型火箭把特斯拉和 Starman 送上太空的美妙时刻。



    到那时,这位硅谷钢铁侠可能会向着地球的方向,像往常一样说一句:

    Don’t panic !(别慌)


    题图以及配图来自:TwitterSpaceX维基百科RebrnVanityfair

         

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    发表于 2018-2-8 13:09 | 显示全部楼层
    杰出 伟人,向他们致敬

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