如何正確地“黑”SpaceX（三）：馬斯克為什麼要吹“去火星”-查攸吟
【文/觀察者網專欄作者 查攸吟】
美國東部時間2016年4月8日16時43分（北京時間9日04時43分），SpaceX公司獵鷹9號火箭搭載着“龍”式飛船，從佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地升空。在順利將飛船送入軌道的同時，火箭的第一級也成功地在無人回收平台“of course i still love you”上實現了軟着陸。
在此之前的2015年12月22日，SpaceX已成功實現了火箭第一級的陸上回收。故本次海上回收的成功，意味着該公司已經實現了自2012年啓動火箭第一級垂直回收項以來，第一階段的所有預訂目標。
消息傳來，引發了航天業界的激烈反響。其熱情甚至向公眾輿論界輻射，引發了一定規模的轟動效應。甚至無數此前從不關注航天的羣體，也受其感染，開始加入到對SpaceX的一致褒美合唱之中。此刻，其儼然成為了人類航天的希望之星。
0埃隆·馬斯克：不要6000萬，甚至不要1500萬……只要20萬！ 20萬你發射不吃虧！20萬你吃了虧也不吐血！20萬就能放衞星打飛船！20萬你買不了房！卻可以體驗一回航天夢！
然而在盛譽的背後，這一成功的意義是否真如埃隆·馬斯克所言——將可以將發射成本降至600萬美元？此外，藉着這一成功，未來的低成本航天將走向何方？更為重要的是，該公司今年下半年即將進入關鍵節點的另一個關鍵項目“重型獵鷹”，其到底將引領這家美國航天界的明星公司走向何方？這些，想必是任何一個真正關心航天的人都非常有興趣瞭解的。
下面，筆者將藉助現有的資料與信息，抽絲剝繭為各位一一解讀。
漸入佳境的獵鷹9號
根據上期的介紹，想必各位對SpaceX的運載火箭系統以及其引擎已經有了一個初步的瞭解。正如目前所瞭解的那樣，獵鷹9號運載火箭是一款在大量結合低風險成熟技術的同時，大膽啓用新材料、新工藝，最終實現較為優異性能且成本控制出色的“經濟適用性”火箭。
獵鷹9號火箭首射任務章
2010年6月4日獵鷹9號火箭首射照片
2010年6月4日，首枚v1.0版獵鷹9號運載火箭攜帶龍式飛船的模擬艙，在卡納維拉爾角空軍基地發射升空，併成功進入近地軌道。SpaceX官方在當天的新聞中這樣寫道：今天SpaceX的首枚隼9火箭成功進入地球軌道。這不僅代表着SpaceX公司歷史上這偉大的一天，也代表美國航天計劃又邁出了重要的一步，由此我們正在向擴展人類在宇宙中存在這一終極目標穩步前進。同時，SpaceX官方還不忘感謝NASA、政府、商業用户們，以及美國空軍和卡納維拉爾角空軍基地對其提供的卓越、持續的支持。
由於美國政府計劃於2011年內退役剩餘現存的“亞特蘭蒂斯”號、“發現”號與“奮進”號等3架航天飛機。屆時能夠為國際空間站提供補給的僅剩下俄羅斯進步號貨運飛船以及日本研製的，但還遠不夠成熟的空間站轉運飛行器（HTV），所以龍式貨運飛船項目則顯得刻不容緩。
不過，SpaceX在經歷過獵鷹1號運載火箭的不順之後，已進入了相對穩定的發展階段。隨着v1.0版獵鷹9號的投入使用，龍式飛船項目也穩步推進中。當地時間2010年12月8日，第一艘龍式飛船順利升空，在完成了環繞地球兩圈的飛行任務後成功再入，起返回艙成功降落地降落在墨西哥海岸線外約500英里處。
“龍”式飛船返回艙着水打撈現場照片
在完成了首次飛行後，龍式項目沉寂了整整一年半。SpaceX需要在這段時間內苦練“內功”，針對從v1.0版獵鷹9和龍飛船原型上發現的問題，着手加以解決。而根據公司官方説法，自啓動獵鷹1項目至獵鷹9首射成功，迄今公司在運載工具方面投入的研發成本大約在3.9億美元規模。也就在此期間，SpaceX同時提出了引來無數目光的火箭垂直回收項目。
相較於之後的頻繁任務，這段時間是一次漫長的空檔。但SpaceX並未就此淡出人們的視野，因為大老闆馬斯克頻頻放話，把部分真實存在的項目藉助非常噱頭的方式包裝後，加以宣傳。
例如在2011年4月，SpaceX正式啓動了其基於甲烷液氧燃料的猛禽引擎（Raptor）項目（詳見下期介紹）。最初該項目僅由一支不滿10人的小團隊負責，以低優先級進行推進。但在當年晚些時候，馬斯克在一次接受採訪時發出豪言壯語，希望能夠在10-20年內將人類送上火星表面。
2012年初，SpaceX方面明顯加強了猛禽引擎研發團隊的規模，其優先級顯著提升。而與之相伴的各類宏偉構想也隨之而來，包括採用猛禽引擎三體構造的，芯級直徑10米，起飛級並聯27台猛禽引擎的“火星殖民地運輸器”（Mars Colonial Transporter，縮寫MCT）等等。
而馬斯克更是在當年年底表示，其在構想一個有數萬定居者的火星殖民地，而首批殖民者將在本世紀20年代抵達。其本人更是在某次接受採訪時表示，他將作為首位踏上火星的地球人，第一個把腳印留在這顆紅色星球上……
v1.0版獵鷹9和v1.1版獵鷹9，與構想中的採用猛禽引擎的10米芯級重型火箭對比圖
以“龍”式為母型設計的火星登錄器着陸火星表面時的效果圖。
這些扯淡和嘴炮既真又假。首先，SpaceX確實有研發甲烷\液氧發動機的計劃。畢竟梅林1引擎已成為當前SpaceX進一步發展的一個比較顯著的軟肋。雖然暫時並非不可克服，但若有更強的引擎取而代之，公司方面當然樂意。然而包括10米芯級超級火箭、火星殖民地以及身為大老闆首個踏足火星，若非胡扯淡也是暫時完全沒影的事情，更何況即便馬斯克本人發了瘋，SpaceX的股東們也絕不會容許。
然而，藉助這些花裏胡哨的你説是暢想也可以，嘴炮也行的吹風，公司方面畢竟是渡過了這段漫長的空窗期，持續在公眾和投資者的視野中閃亮着。
2012年5月22日，在因意外退出3天后，第一艘執行太空貨運任務的龍式飛船，終於裝載着總重525千克的食物、飲用水、衣物、電腦硬件以及設備，在卡納維拉爾角空軍基地40號工位，被獵鷹9號運載火箭以51.6°傾角發射升空。當天晚些時候，國際空間站的機械臂順利捕捉了飛船，並實現了成功靠泊。任務獲得了圓滿成功。
首艘“龍”式飛船接駁國際空間站的照片
在最後的10月8日和11月1日，SpaceX又兩次使用v1.0版獵鷹9火箭將龍式飛船送入軌道，為國際空間站運去給養。除10月8日發射行動的次要任務因火箭發動機未能再次點火而失敗，未能將一枚美國衞星通訊公司研製一枚Orbcomm近地軌道通訊衞星送入軌道之外，國際空間站的貨運任務亦圓滿成功。
連續三次貨運飛船發射任務的成功，一洗SpaceX當年在獵鷹1號項目上的頹氣。使得其逐漸被業界和社會輿論所矚目。但是，獵鷹9號的v1.0版畢竟只是一種過渡型火箭。其載荷不足以支持重型設備進入軌道。所以龍飛船在這三次“快遞”任務中為國際空間站投送的給養，其實是非常有限的。好在新的v1.1版火箭已經完成，馬斯克正急於將其投入使用，以便爭取那些尚在搖擺的潛在客户倒向自己。
美國東部時間2013年3月1日15時10分，最後一枚v1.0版獵鷹9火箭執行了最新一期太空物流任務，託舉“龍”式飛船升空。在此之後，v1.1版獵鷹9號將取而代之。
相比v1.0版進行了多項修改。其最大的升級，莫過於採用9台經過大幅度改進的梅林1D取代之前的1C型，同時改了發動機的佈局，第一級起飛推力提高約16%。此外，v1.1在箭體設計上也進行了重大調整，減重措施徹底而且極端，幹質比大幅度提高。
9月，加拿大太空局的CASSIOPE衞星也藉助獵鷹9運載火箭升空，這也是v1.1版火箭的首次任務。這枚500公斤重的衞星被設計能執行多項任務。
首枚v1.1版獵鷹9火箭，於2013年9月27日在范登堡空軍基地發射升空
隨着新運載火箭的可靠性得到驗證，在2013年的12月3日，SpaceX迎來了其自成立以來首次真正意義上的重要商業發射，同時也是首次同步轉移軌道任務——發射SES-8同步軌道通訊衞星。
SES-8屬於總部位於盧森堡的歐洲衞星公司，總重量3170千克。發射後，將定位於東經95°軌道上，共攜帶33路Ku波段轉發器。這是截止2014年以前最重要的發射任務。該任務的成功也預示着SpaceX在國際衞星發射市場上，終於佔據一席之地。
在整個2014年，SpaceX的獵鷹9型運載火箭完成了6次發射任務，GTO和LEO軌道任務各半。
其中1月6日將Thaicom公司的Thaicom6號衞星發射入軌。該衞星基於軌道科學公司的STAR-2平台研製，重3325千克，功率3.8千瓦。配備18路C波段和8路Ku波段轉發器。8月5日和9月7日，則分別將亞星公司的亞星8號和亞星6號發射入軌。兩顆通訊衞星均基於美國勞拉空間系統公司的LS-1300LL平台，分別重4535千克和4428千克。
在整個2014年，龍飛船也於4月18日和9月21日兩度發射，為國際空間站送去補給。全年任務均獲成功，證明v1.1版獵鷹9號已非常可靠。
2014年1月6日，SpaceX首次執行“高端”任務，將同步軌道通訊衞星Thaicom6送入地球同步軌道
縱觀整個SpaceX的發展史，通過炒作各類高科技概念吸引眼球，藉此吸引投資同時爭取NASA為抗衡ULA的壟斷而明裏暗裏對其“放水”，是維繫其生死存亡的關鍵，更是推動其衝破重重阻礙磕磕絆絆前行至今的根本。
從最初獵鷹1號克服三連炸、撒骨灰等挫折，實現首枚由中小型私營企業主導的運載火箭的成功入軌，到通過畫餅拿下NASA的太空物流合同併成功發射中型運載火箭獵鷹9號，推動貨運飛船為國際空間站送去給養——其凝聚支持者、吸引支持者、引導支持者，最終大量非專業來自於各個社會層面的支持者，也推動SpaceX的影響力節節攀升。但這也註定了SpaceX若想繼續擴張其影響力，就必須持之以恆地不斷推進那些新奇到足夠吸引支持者眼球，使其腎上腺素持續分泌的“興奮”項目中去。
獵鷹9號和龍式飛船成功了，SpaceX和馬斯克的聲譽一時無二。而他若想更進一步，那麼只靠吹殖民火星的牛皮是遠遠不夠的。正確的方向只有一個，那即是可複用航天運載器項目。
可複用的航天運載器
關於航天運載器的複用，自蘇聯將人造地球衞星一號送入軌道以來，一直是航天界最偉大的暢想之一，卻長期只存在於暢想之中。
航天發射耗費不貲的最主要原因，就是天地往返平台的“一次性”特性。整體結構脆弱猶如雞蛋，且受制於現有技術和基礎理論的冷酷無情，那些耗費鉅額公帑建造起來巍峨壯觀的運載火箭，其真正的有效載荷僅有頂端“針尖”那麼大的一點——通常不超過全箭起飛總質量的2%。而其餘的98%，除去燃料和氧化劑部分，或者將燒燬在大氣層中，或者最後化為殘骸墜地。。
1969年，美國國家航空航天局曾以無比的雄心壯志，勾勒出一種偉大的可複用載人航天器的藍圖。那便是著名的航天飛機。1981年4月12日，第一架航天飛機“哥倫比亞”號成功發射，與其駕駛者宇航員約翰·楊（John W·Young）和克里平（Robert L·Crippen）共同揭開了人類航天史上新的一頁。
計劃在STS-1任務中發射的航天飛機“哥倫比亞”號矗立在發射台上進行測試和演練。照片攝於1980年12月
航天飛機是一種飛機與火箭的奇妙結合體。以“哥倫比亞”號為例，其機體長約56米，翼展約24米，自重68噸。雖然名為“飛機”，但航天飛機其實無法像飛機一樣水平起飛。在發射時，它需要被固定在一個巨大的燃料罐上，同時由兩枚可複用的固體燃料火箭助“一臂之力”。在起飛階段，它與火箭的組合體重約2040噸，起飛總推力達2800噸，自重68噸，能裝運36噸重的貨物。它的核心部分軌道器長37.2米，大體上與一架DC—9客機的大小相仿。最多可載8名宇航員，根據成員數量，在軌時間可達7至30天。軌道器可重複使用100次（設計目標，未達到）。航天飛機集火箭和飛機的多項技術特點於一身。其發射時和火箭一樣垂直升空，在完成在軌任務再入大氣層以後，又刻意像飛機那樣滑翔着陸。其堪稱上世紀人類航天諸尖端技術的化身。
然而航天飛機究其原始意圖——可重複使用，進而降低航天發射成本來説，卻是一個十足的災難。因為這東西雖然實現了重複使用的設計初衷，但高昂的維護費用卻導致了更高的使用成本。
究其原因，問題是多方面的。
首先，航天飛機的機身設計雖理論上可重複使用百次，但每每在再入大氣層經歷過高温和劇烈震動後，最終降落後都必須對機身進行逐寸的檢查。其次，為了保障航天飛機能夠安然渡過灼熱的減速過程，其覆蓋於機腹呈黑色部分的兩萬餘片隔熱瓦。這種特殊的絕熱材料先進但卻昂貴。
其次，航天飛機為了實現軌道器複用，入軌死重很大：起飛質量超過2000噸、入軌質量近百噸，是一枚不折不扣的超重型運載火箭，可是軌道器死重足足68噸，LEO運力只有30噸出頭，“哥倫比亞”號事故後，為了提高安全性，LEO運力進一步下調、被限制在20餘噸。
與機身的麻煩重重相比，反倒是被稱為SSME（天天飛機主發動機）的RS-25液氧\液氫火箭發動機可靠穩定。其被設計可重複使用50次。
航天飛機發射階段照片。圖為助推器從主體分離時的影像記錄
航天飛機被設計可在2000公里以下圓形軌道上工作，也可進行同步轉移軌道飛行。但由於使用成本和遠遠高於預期的出勤週期，美方並未讓其執行過後一種任務。成本加上使用週期的雙重問題，導致其最終無法和原計劃的那樣淘汰運載火箭。最終，因為安全性（兩次乘員組全滅的災難性事故）和成本高昂等原因，在遠遠沒有達到“複用100次”指標的情況下，提前退役。
通過航天飛機的悲催生涯，人們很容易就能看出問題的實質：想要實現航天運載器的重複使用，高速再入大氣層的問題是最大的瓶頸。一旦運載器獲得了足夠的速度衝出了大氣層，在以第一宇宙速度再入大氣層的過程中，就必然要經歷曾經讓“哥倫比亞”號空中解體的高温、衝擊和震動。另一方面，要儘量降低為了實現複用而付出的運力損失代價，否則，在經濟上、複用是得不償失的。
2003年2月1日，“哥倫比亞”號航天飛機於STS-107任務（航天飛機總第107次任務）中，由於機翼上隔熱材料在起飛階段遭意外損壞，於大氣層再入階段解體墜毀。機組人員全體殉難。圖為解體後掠過蒼穹的“哥倫比亞”號殘骸
談到這裏，既然問題的核心已經明確了，那麼究竟打算去怎麼解決呢？SpaceX的答案是——不去解決，繞過問題！怎麼繞過？不考慮航天運載器衝出大氣層部分的回收問題，只回收速度較慢的第一級部分。
所以，我們最終的問題就是：怎麼回收火箭的第一級？這種回收複用在經濟上划算、可行麼？
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