火箭发射 趣谈 | 扒一扒今天刷屏的全球最大火箭发射供应商Space X

今天现役能力最强的猎鹰重型火箭成功首飞。网上关于重型猎鹰的发射过程和意义的报道已经太多了。现在我们来看看——世界最大的火箭发射供应商——太空X的发展史，以及重型猎鹰的关键部件。

美国东部时间6日下午3点45分，同样是现役能力最强的火箭“太空X”拥有的新火箭成功首飞，创造了几个“最好”和“第一次”。

能力最强的现役火箭:“重隼”运载能力是全世界现役火箭中最强的，一次可向近地轨道发射63吨材料，是我国“长征五号”的两倍。

最经济的运载火箭:“重型猎鹰”造价约9000万美元，比Delta4重型火箭低20%左右。其中一个重要原因是重型猎鹰一级火箭助推器全部可以回收利用，大大降低了火箭的使用成本。

泰空上的第一辆跑车:马斯克将此次发射视为一次宝贵的广告机会，并在火箭上安装了他的樱桃红特斯拉跑车。还有一个戴着Tai 空的假人。

网上关于“重型猎鹰”发射过程的报道已经太多了。国际电子商务形势将探究——世界最大火箭发射供应商——航天X的发展历史，以及“重型猎鹰”的关键部件。

说到太空X，我们不得不提到他们的创始人马斯克。人们对这个技术狂人的了解更多是因为特斯拉的电动跑车，而马斯克涉猎广泛，心中有一个飞翔的梦想。马斯克对科幻非常痴迷，在伴随崛起的红色特斯拉车里空，有阿西莫夫著名科幻三部曲《基地》的微缩版。

于是在2002年6月，马斯克创立了SpaceX宇航，今天成功发射了猎鹰重型超级火箭。根据公开信息，马斯克一开始没有得到美国官方机构的任何帮助。他从一开始就走了一条纯粹的商业路线:一开始想从欧洲和俄罗斯买一个便宜的火箭，后来发现对方要价太高，于是成立了太空X公司自己做火箭，他也想做一个可以商业化、价格实惠、成本低廉的“火箭”，让更多的人实现自己探索宇宙的梦想。

不过，造火箭毕竟和造电动车不一样，更何况是商业公司开发的商业飞行项目。在建造火箭的途中，X空间经历了核心部件研制困难、试爆等问题。从项目提案来看，重型猎鹰不断受到以ULA为代表的同行的嘲讽，马斯克在他心目中受到美国英雄尼尔·阿姆斯壮(Neil Armstrong)和尤金·塞尔南(Eugene Cernan)的坚决反对。在一次采访中，当主持人问“当你的英雄把石头扔在你的路上时，你有什么感受？”，马斯克泪流满面，表示很苦恼……但马斯克提到，除非自己被困或死亡，否则绝不会放弃。正是他的坚持，使得今天的猎鹰重型火箭首次飞行成功。

图片:马斯克饱受心目中英雄的冷嘲热讽，眼里含着泪

被技术屏蔽，遇测试爆炸

核心成分的苦味研究与开发

众所周知，发动机是决定运载火箭性能的最关键因素，也是决定火箭的基础。没有合适的发动机，就没有火箭。因为运载火箭几乎都是围绕发动机设计的。重型猎鹰的第一次成功飞行是基于不断开发的梅林液氧煤油发动机。

重型猎鹰由三个助推器组成，每个助推器配备九个梅林引擎，总共27个。中间的助推器其实是猎鹰9号，两边是重复使用的猎鹰9号。

火箭发动机可以说是航天x的短板，不仅被其他公司通过涨价的手段封杀，还在不断发展。2017年，《华盛顿邮报》还报道称，Space X的一台火箭发动机在德克萨斯州麦格雷戈工厂测试期间发生爆炸，阻碍了发动机测试。

空间X的引擎困难是预料之中的。作为2002年成立的美国商业航天公司，Spac eX既没有资金直接高价购买俄罗斯高压加力循环液氧煤油发动机技术，也没有足够的技术团队自主研发高压加力液氧煤油发动机，只好因地制宜地启动燃气发生器的液氧煤油发动机，开发原梅林1A发动机。

美国航天公司Space X的联合创始人汤姆·穆勒(Tom Mueller)此前曾表示，梅林发动机完全是由SpaceX独立开发的。穆勒回忆了SpaceX开发其商标梅林发动机的过程，详细描述了与那些效率低、价格高的零部件供应商合作的挫败感。后来，SpaceX下定决心从头开始开发它所需的大部分组件。“我们像躲瘟疫一样躲着供应商。”

但是梅林引擎不能完全由Space X开发，必须借鉴。梅林发动机的设计来源比较复杂，技术来源众说纷纭。但美国的火箭发动机型号虽然复杂庞大，但也在不断变化，它们的技术传承和演进有着明确的路线和借鉴。

总的来说，由于梅林发动机的针嘴结构，被认为是阿波罗下降发动机的进化线的产物。而且在其具体的设计思路上，明显指的是马歇尔航天中心的廉价Fastrac发动机。

汤普森-莫拉-伍尔德里奇公司SpaceX总工程师汤姆·穆勒(Tom Mueller)在TR-106发动机(使用针式喷嘴和氢氧燃料)的开发过程中积累了丰富的经验。去了新东家之后，借鉴他参与过的项目，加以利用，是合理的。而且针式喷嘴有很多优点。包括稳定性好，加工维护便宜，节流调速容易等。那么，在相关专利已经过期的前提下，借鉴相关专利是合理的。

然而，尽管针嘴有很多优点和固有的缺点，但整个团队在梅林发动机的设计和制造过程中却陷入了困境。

针式喷嘴结构对冷却的要求很高，因此最初的梅林1A和1B不可避免地会遇到过热问题。由于梅林系列发动机在开发初期坚持采用可靠性和效率较差的烧蚀冷却方式，所以发动机过热和烧穿问题一直是团队前期面临的最大挑战。最早的猎鹰1号火箭遇到了发动机问题。直到被惹恼的SpaceX决定下大力气重新发明自己——从1C改装版开始，把发动机冷却模式改为再生冷却模式，彻底放弃燃烧冷却模式，基本解决了过热问题。

此外，梅林1C Block II改进型发动机的性能也得到了很大的提高。海平面推力增加到56.7吨，比冲275秒，真空比冲304秒。最重要的是它的重量只有653公斤，比增加前的梅林1C轻了3公斤，所以推重比增加到了96。这是梅林1系列发动机首次出现推重比。

照片:小型梅林1C发动机

新一代梅林1D实现了革命性的飞跃。这台发动机在设计和性能上都有了革命性的改进。而且细分为几个升级的子型号，性能不断提升，使梅林发动机真正成为世界上液体火箭发动机中的佼佼者。

上述柱销式喷油器容易实现深度节流，但从梅林1A到梅林1C Block II的发动机都没有节流能力，直到梅林1D发动机才充分利用柱销式喷油器的天然优势，实现发动机节流功能。

梅林1C基本上修复了当前经典梅林引擎的所有特性。1D在此基础上进一步开发了减重和优化设计。最后，在设计团队的最大努力下，燃烧室压力比1C增加了近五分之二，接近100标准大气压，性能大幅提升。

图片:梅林1D发动机

梅林1D发动机的推重比很高，但还是包含了推力矢量作动器，很多发动机在统计中没有包含这部分，所以这种高性能真的很高。事情结束前，泰空勘探技术公司升级开发了梅林1D+发动机，进一步提高了推力和推重比，真空推力增加到84吨左右，推重比达到180。同时，发动机在燃烧时，压力进一步升高到10.8 MPa，比冲略有增加。使用梅林1D+发动机的型号被称为猎鹰-9 V1.1全推力版本，也是2015年12月首次发射并通过垂直着陆成功回收的火箭。

看着美国航天界琳琅满目的火箭发动机货架，有很多优秀的产品。比如航天飞机的主机，著名的洛克希德航天飞机主机(SSME)。它采用液氢和液氧燃料，高压加力循环，可重复使用。海平面比冲达到366s，海平面推力190吨左右。它的表演不知道离梅林1D几条街远。

事实上，目前著名的猎鹰9号运载火箭的成功，在于它使用了梅林这样的“主食”。但X空间是典型的商业公司。其目的是抢占市场，获取业务，最终实现盈利。他们将为航空航天工业做出贡献，而不是设计和制造更好更强的火箭。开发梅林系列发动机的基本要求是价格低廉。即使是最新的梅林1D，估计价格也只有一百万美元。与SSME相比，SSME的价格是几千万。此外，不仅是发动机本身的价格差异，还有以煤油为燃料的梅林发动机和以液氢为燃料的SSME发动机的使用成本差异。

一把剑需要十年才能产生

最终成为世界上最大的商业发射供应商

一个私营公司真的能在美国制造火箭吗？他哪来的天赋？

这里要提一下美国和前苏联争霸的历史。众所周知，早在50、60年代，当我们的新中国刚刚建立，工业化刚刚起步的时候，美国和苏联这两个超级大国就开始用火箭把宇航员送到台空。其中，20世纪60年代末，美国人甚至研制出了土星5号超重型火箭，这是当今任何一个国家都无法超越的。它的载荷几乎是今天猎鹰重型模型的两倍，美国宇航员阿姆斯特朗和其他人成功地被送往月球。

所以，起步很早，半个世纪前达到惊人高度的美国航天工业，自然为今天的美国民营企业培养了大量的航天人才和丰富的航天资源。

马斯克也成了“前人栽树，后人乘凉”的受益者。2002年Space X成立后，迅速招募了一大批在航天科技方面经验丰富的人才，如他的副手汤姆·穆勒(Tom Mueller)。

有趣的是，穆勒先生曾在官方的NASA工作，在NASA的一家供应商担任火箭发动机工程师。但由于体制原因，他原本参与的一个“低成本火箭发动机”国家项目，被当时新当选的美国总统小布什“砍掉”。于是，这位动手能力极强，甚至可以在自己家里造一个小型简易火箭发动机的工程师，被马斯克招募，成为了今天SpaceX的灵魂，为马斯克的公司打造了梅林发动机，成功地让猎鹰重型火箭在今天升天。

然而，罗马不是一天建成的。在猎鹰重型的成功之路上，马斯克、穆勒等人也付出了很多努力，甚至是很多失败的代价。特别是马斯克能让搭载27台梅林发动机的猎鹰重型今天顺利上天，打破了之前大家对这种结构稳定性的强烈担忧，正是因为他的团队在过去10年里努力做好了工作:不断完善梅林火箭发动机和围绕这种发动机打造的猎鹰9号火箭核心产品，并随着技术的成熟不断降低成本。

是的，马斯克的团队花了10多年的时间来改进火箭，让发动机变得更强。

所以他们不仅在猎鹰重型上取得了今天的成功，他们的猎鹰9号火箭也成为了世界上成本最低、最稳定可靠的火箭，从而成功的占领了世界商业火箭发射市场的绝对份额，几乎挤掉了原本占据主流市场的欧洲和俄罗斯！

而且马斯克的团队在三年前率先实现了世界范围内的火箭“回收”技术，从而“颠覆性”解决了火箭发射的主要成本问题。

趁热打铁

马斯克宣布了太空X的后续飞行计划

猎鹰重型火箭发射成功后，航天X公司CEO埃隆马斯克在随后的新闻发布会上表示，航天X公司现在将开始认真关注下一款大型航天运载火箭“BFR”(Big F * CKING Rocket)。

马斯克说，BFR明年可能会准备好进行“带飞船的短途飞行”。这本质上是一次“日益复杂”的飞行，目的是离开地球大气层，然后“回来测试其隔热层”，因为BFR的主要目的是帮助人类在地球、火星和其他地方生存。

马斯克在猎鹰重型火箭发射后的媒体报道中说，“围绕这个项目有许多不确定因素，但这将是我们的重点。我们几乎完成了猎鹰9号和猎鹰重型火箭的任务。在block 5(猎鹰9最新修订版)之后，我们不会更新猎鹰9或猎鹰重型火箭，还会更新龙舟和龙舟2(目前由Space X开发的乘员舱)。马斯克补充说，BFR的设计充满挑战这艘飞船是迄今为止最困难的，因为它将使包括火星在内的行星的超轨道速度比从轨道进入地球困难得多。"

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