繞月飛行？反正馬斯克也不是第一次吹牛皮-王宇波
【文/觀察者網專欄作者 王宇波】
馬一龍（國內粉絲對埃隆·馬斯克的稱呼）這周又搞了一個大新聞，他在27日表示，SpaceX將於2018年12月使用重型獵鷹運載火箭搭載“龍”飛船運送兩名私人遊客繞月飛行，在完成繞月飛行後還將繼續飛向深空，然後再返回地球，整個旅途耗時約一週時間。
並不陌生的飛行軌道
根據相關資料表明，馬一龍的繞月計劃，將採用稱之為“自由返回”（Free return）的“地-月-地”飛行軌道，當然相比正常的地月“自由返回”軌道，SpaceX計劃飛船在脱離月球引力之後，或者説在利用了月球的引力彈弓之後，進行一定的轉向，然後繼續向着遠離地球的深空飛行，直至抵達50至60萬公里的遠地點之後返回。如果該計劃成功，那麼這將是人類所達到的離開地球最遠的距離。
在整個飛行過程中，飛船將處於電腦的自動控制之下。由於不需要進入繞月軌道，馬一龍所謂繞月飛行，就是在較遠的距離上從月球旁擦過。因而在整個飛行過程中，飛船只需要進行細微的軌道修正，來保證飛船不會被月球的引力彈弓甩得過遠，或者在返回地球時着陸地點偏差過大。
嫦娥5號T1飛行器走的就是一條標準的“自由返回”地月軌道
説到這裏，筆者不由得想起來中國在2014年發射的嫦娥5號T1（CE5T1）試驗飛行器。採用東方紅三號平台的服務艙攜帶着嫦娥5號返回艙，同樣使用了“自由返回”軌道進行了繞月飛行，軌道近地點200公里，遠地點達41.3萬公里。
整個CE5T1飛行任務中，得益於中國航天在測控技術上的進步，採用了諸如多站協同、X波段測控體制和新技術算法等手段，長三丙火箭不僅準確地將飛行器送入軌道，而且由於軌道“過於準確”，還取消了原計劃中的數次軌道調整。最終東方紅三號平台攜帶的1800公斤燃料，在完成既定任務之後只消耗了500公斤，從而服務平台能夠繼續進行拓展任務。
此外，不同於早期的嫦娥飛行器，CE5T1在起飛階段就直接以快速地月轉移軌道為目標飛行，因而大大縮短整個“地-月-地”飛行任務所花費的時間。
計算機模擬的阿波羅八號飛行路線，同樣是“自由返回”軌道
相比之下，馬一龍的繞月計劃飛行軌道，實則就是CE5T1軌道的加強版：橢圓形軌道的遠地點更高。
在NASA測控體系的幫助下，SpaceX的飛行軌道在技術上並沒有太大的難點，飛船也不需要進入實際的月球軌道進行環繞，因而飛船在月球附近並不需要進行點火減速亦或是在繞月軌道上點火返回地球。對於航天大國來説，尤其對於曾經完成載人登月的超級大國來説，這樣的繞月飛行軌道可以説是航天測控基本功。
表面上看似激進的馬一龍，實際選擇的卻是相對保守的飛行路線。
載人繞月，新鮮嗎？
眾所周知的是，美國是世界上唯一一個完成載人登月的國家，馬一龍的繞月飛行相比之下有些“小巫見大巫”。不過“阿波羅”計劃畢竟是美國在最為瘋狂的冷戰時期，拼盡全力完成的。在商業航天日漸成熟的21世紀，馬一龍的繞月旅行似乎又顯得有些新穎和實惠。
阿波羅八號是整個冷戰美國登月計劃中首次載人接近月球的飛行，其飛行軌道即是“自由返回”，飛船載着三名宇航員從離月球1200公里處劃過。
俄羅斯大量用於空間站往返任務的聯盟號飛船其實也具備繞月飛行能力
比起巨大的土星火箭和阿波羅飛船，相對小巧的俄羅斯聯盟號宇宙飛船實際上也具備地月往返能力。
目前的俄羅斯的聯盟號宇宙飛船是國際空間站運輸人員的唯一選擇，加上在冷戰時蘇聯航天工業自己的航天飛行任務，聯盟號已經執行了上百次近地軌道載人航天任務。長久以來似乎“聯盟”號給人的印象就是天地往返飛船。
實際上在前蘇聯載人登月計劃中，聯盟號飛船的職責便是地月往返，不幸的是由於N-1火箭從未試射成功等原因，蘇聯的載人登月計劃以失敗而告終，聯盟號的活動範圍就此被限制在近地軌道。
相比聯盟號，馬一龍的“龍”飛船看上去現代化不少
根據蘇聯的設計，聯盟號不止能完成繞月飛行，其儲備的速度增量還能使用飛船進入繞月軌道飛行，在繞月軌道上完成任務後，再次點火飛離月球進入月地返回軌道。
在SpaceX的聲明中，2018年的繞月飛行選擇的是重型獵鷹運載火箭和載人“龍”飛船這樣的組合，根據SpaceX公佈的火箭和飛船性能參數，這一組合完成此次任務所需要的速度增量是足夠的。甚至只要馬一龍想，龍飛船還能利用速度增量冗餘，來進入真正的繞月軌道。
在這一點上，馬一龍又是保守的。
真的保守嗎？
馬一龍要把龍飛船順利送入“地-月-地”飛行軌道，計劃使用的重型獵鷹運載火箭是最核心因素。
早在2011年，馬一龍信誓旦旦的表示，重型獵鷹（FH）將於2013年首次發射。轉眼六年過去了，SpaceX依然在折騰普通版的獵鷹-9。截止至目前，獵鷹-9共發射17次，成功15次，成功率88%。這樣的成功率用作載人航天，似乎並不能令人放心。
CBC構型的基礎是三個同樣的芯級並聯，提供更大起飛推力的同時降低火箭製造成本，然而大部分CBC構型的火箭都沒有安裝如此數量之多的發動機
獵鷹-9火箭迄今發射成功率為88%，美國空軍發射昂貴的間諜衞星都嫌它不安全，更別提載人航天
在獵鷹火箭身上，馬一龍個人保守與激進的矛盾也有所體現。作為一款以煤油為動力的運載火箭，獵鷹-9的梅林發動機結構並不激進：相比俄羅斯的液氧煤油高壓補燃循環發動機，僅採用簡單燃氣循環的梅林發動顯得頗為保守。
重型獵鷹從獵鷹-9發展而來，從外觀上可以看到F9H在一級階段採用三個獵鷹-9芯級並聯的方式（簡稱CBC構型）來獲得巨大的起飛推力和載荷能力。俄羅斯和美國都有CBC構型的運載火箭，由於芯級和助推器採用一樣的箭體和發動機，CBC構型通常能降低火箭的製造成本。
一向摳門的馬一龍在節省成本而這一點上更是表現的淋漓盡致，2017年重型獵鷹首射採用的芯級是新造的，但是助推器來自早先回收的獵鷹-9一級段翻新。為了追求火箭性能，獵鷹的箭體設計，例如長徑比和幹質比等相比其他運載火箭激進許多。在此基數上三個這樣的芯級進行並聯，將加劇本就冗餘度不高的箭體強度問題。
目前重型獵鷹已經完成單芯級地面測試，根據SpaceX測試台的能力，該火箭將不會在測試台上進行並聯點火測試，而是直接在卡角的發射台上進行該測試
你啥時候見過託尼·斯塔克忽悠別人幫他做鋼鐵俠戰衣的試驗？
此外，由於梅林發動機推力較小，即便是最新的梅林-1D進一步改進型號，其海平面推力僅有845KN（約85噸推力），普通獵鷹-9為了保證起飛推力，就已經採用多達9台梅林發動機。在早期的獵鷹設計還因為發動機佈置問題導致箭體共振，SpaceX後來改進發動機佈置方式後共振問題才得以解決。
在採用CBC構型之後，重型獵鷹的起飛階段發動機數量達到27台，如此數量龐大的發動機容易讓人想起前蘇聯的登月火箭N-1。N-1由於發動機數量過多導致的箭體共振，四次發射均以爆炸告終。但是相比N-1大部分發動機固定安裝和差動節流，只有少數幾個可以單向擺動的設計，獵鷹9的每台發動機都能單獨節流和雙擺。
加之現今計算機仿真技術發達，無論是獵鷹還是重型獵鷹的整體設計相比蘇聯暴力堆砌的N-1，穩定性必然高出許多。不過真實的發射環境和地面測試以及計算機模擬難免會出現偏差。然而根據馬一龍的計劃，今年完成重型獵鷹的首射之後，明年就要發射載人版重型獵鷹，還是飛往月球，在僅有一到兩次可靠性驗證飛行的情況下，就把人送上天，跟走鋼絲又有什麼區別？
不過回顧馬一龍的個人發展史，他似乎就是一路走鋼絲走過來的，只不過這一次的鋼絲，別人拿命給他走。真正的鋼鐵俠都是以身試險，馬一龍這位“鋼鐵俠”，什麼時候自己上一次天？
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