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纽约飞到东京只需半个小时,马斯克的不锈钢飞船你敢坐吗?

编者按:本文来自微信公众号“敲黑板”(ID:qiaoheiban8),作者张超,36氪经授权发布。

21世纪的地球人出个远门仍不轻松。连飞12个小时的越洋航班,足以让每个成年人累得精疲力尽,如果沿途还要照顾孩子,那飞机上的每一个小时都会异常难捱。

现在,有一种交通工具,宣称可以将纽约到东京的飞行时间缩短到半个小时,期间你还能到大气层外去溜达一圈,这就是Space X正在建造的星际飞船。

埃隆·马斯克说,若将这款星际飞船用于地球旅行,乘客可以在一小时内到达地球任何地方。

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可以用作地球旅行的星际飞船

Space X的核心机密

说这话的马斯克到底是个疯子还是骗子?

自特斯拉诞生以来,这样的争论从未消失。可事实上,马斯克创建Space X的时间还要早于特斯拉,早在2002年6月,Space X(美国太空探索技术公司)就诞生了,而在短短17年间,他们在关于“疯子”和“骗子”的争论声中,已经一次次改写了人类航天史:

2008年9月,Space X成功发射猎鹰一号,全世界第一枚由私人航天公司研发的液态轨道火箭成功进入地球轨道;

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2008年9月Space X成功发射猎鹰一号

2015年12月,Space X首次发射猎鹰九号全推力版,一级火箭返回着陆场,人类历史上第一次实现陆上软着陆回收一级火箭;

2016年4月,猎鹰九号全推力版的一级火箭成功降落在大西洋上的回收驳船上,人类历史上第一次实现海上软着陆回收一级火箭;

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猎鹰9号一级火箭实现海上成功回收

2017年3月,Space X再次成功发射并回收这枚猎鹰九号全推力版一级火箭,人类历史上第一次实现一级火箭重复使用,还首次回收了火箭的整流罩。

目前为止,Space X最核心的技术,就是将原本一次性消耗的运载火箭,变成了可回收重复利用的载具。

自从Space X开始研究火箭回收技术以来,一直将其视为关乎公司生死的核心机密,从不申请专利,也不发表任何技术性论文。

而这项技术的难点,主要在于着陆段如何根据火箭的当前位置、速度、姿态等信息,在线实时计算出发动机推力的大小和方向,以实现安全精确着陆,其最核心的技术是着陆段的制导算法。

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今年4月,猎鹰重型火箭的两枚辅助火箭助推器回收

为进军火星铺垫

研究火箭回收技术,是为了尽可能回收和重复利用火箭组件,从而大幅降低卫星和航天器发射的成本。

Space X曾介绍,火箭发射95%的成本来自硬件,其中一级火箭成本便占去了60%,因此回收并重复使用一级火箭能够大幅降低发射成本,以猎鹰九号重复使用10次计算,成本可降低5成。

马斯克曾公开表示,猎鹰九号发射报价是6000万美元左右,但据美国著名投资银行杰富瑞透露,猎鹰九号发射报价最低可以压到4000万美元左右,而在欧美日俄,通信卫星的发射报价动辄上亿美金,美国宇航局过去每次发射航天飞机的成本更是高达4.5亿美元。

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猎鹰9号火箭升空

正是凭借火箭回收技术降低发射成本,Space X才能从众多“国家队”中脱颖而出,仅去年就从价值80亿美元的全球航天发射服务市场切走了四分之一的“蛋糕”。

更恐怖的是,马斯克还嫌猎鹰九号的发射报价太高,他希望先通过一级火箭回收利用,将猎鹰九号的发射报价降低到600-700万美元,远期目标则是将发射报价降到60-70万美元。

发射成本大幅降低,不仅让Space X可以接到各家商业卫星公司的外部订单,也可以让他们开展一些创新业务,比如疯狂的starlink计划——Space X正着手将总计42000颗卫星送入近地轨道,组成全球最大人造卫星星座——星链星座,从而真正实现覆盖全球的自组网络,彻底摆脱光纤和基站的区域限制。

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星链星座卫星已经在天上连成了线

然而,这些还远不是Space X的终极愿景。马斯克当年创建这家公司的目的只有一个——火星移民计划——让人类能去火星生活或旅行。

根据Space X给出的时间表,他们希望能在2022年向火星发射搭载货物的超级重型火箭和星际飞船。到2024年,第一次实现将人类和更多的货物运到火星。

不锈钢星际飞船靠谱吗

星际飞船,是Space X运送人类前往火星的唯一太空“交通工具”。

今年9月底,在美国德州南部博卡奇卡镇的Space X发射基地,两个用301不锈钢打造的大家伙刚竖起来就吸引了很多人的目光。其中一个长得矮矮胖胖,形似美国城市屋顶常见的水塔,另一个就像是个尖头粮仓。

后经马斯克亲自证实,这两个玩意儿其实就是星际飞船原型,这顿时引发外界开启群嘲模式,有人说飞船外表坑坑洼洼,看着就像是纯手工打造,更重要的是用不锈钢造星际飞船靠谱吗?

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“水塔”(右)和“尖头粮仓”MK 1(左)

这也难怪,目前人类航天载具主要以碳纤维、铝合金等材料打造,而301不锈钢是最普通的不锈钢,你能相信星际飞船的材料还不如你家的不锈钢锅来得高级?

可马斯克坚持,301不锈钢“便宜好用”。

星际飞船必须经历低温和高温环境。不锈钢可以在零下165℃保持良好延展性,非常坚韧,不会断裂,也可以承受815℃-871℃之间的高温,而碳纤维材料只能在149℃下稳定工作,超过204℃强度会降低,外层树脂也会遭到破坏。

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碳纤维材料

铝合金的优势在于密度更低,可以用更大体积来维持结构强度,但铝合金的热导率是不锈钢的30倍,这会导致火箭用的低温推进剂过度蒸发,所以通常火箭贮箱外都要加隔热泡沫。

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航天飞机贮箱隔热泡沫塑料材料

另外,航天设备接受大气摩擦时,最高温度可达到1700℃-2000℃,因此不管用铝合金还是碳纤维材料,都要用到造价昂贵且需要频繁更换的隔热瓦,这直接导致了发射成本飙涨。

而马斯克则准备在星际飞船的外壳敷设散热管线,并使用液体甲烷作为散热液体,以达到冷却不锈钢船体的目的。

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利用液体甲烷为船身散热

马斯克曾说,Space X也试过碳纤维材料,但是每公斤成本约是135美元,还会因为切割剪裁造成约35%的损耗,因此实际成本接近每公斤200美元,而301不锈钢的成本只需每公斤3美元。

采用不锈钢后,马斯克对外预测星际飞船的长期成本将低于最初的估计值,可能在20-30亿美元,而不是100亿美元。

先期验证并不顺利

和猎鹰九号一样,目标火星的超级重型火箭和星际飞船也能够实现重复利用。而引发争议的“水塔”和“尖头粮仓”(Mark 1),正是星际飞船的先期验证型号。

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组装完成的“尖头粮仓”MK 1火箭整体

按照Space X的时间表,先是“水塔”进行小幅度跳跃升空、平移等试验;随后试飞“尖头粮仓”,预计升空20公里,再展开一次前所未有的“自由落体式”着陆试验;明年实现星际飞船载人试验飞行……

这其中,“水塔”已经完成了20米跳跃和150米跳跃平移,通过跳跃验证不锈钢材质的火箭在猛禽发动机的配合下,飞得起来,降得下来。

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“水塔”今年完成的150米升空跳跃加下降的过程

接下来就是“尖头粮仓”的20公里升空表演了,只可惜人算不如天算,今年11月20日,工作人员正在为“尖头粮仓”进行火箭贮箱低温燃料加注测试及静压测试,然而在测试中,贮箱发生了爆炸,直接弹飞了顶盖。

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MK1发生了爆炸事故

不知道是不是因为不锈钢材质的火箭实在太便宜了,马斯克公开表示,不会对“尖头粮仓”进行维修了,直接进入Mark 3的设计制造。

Mark 3也是星际飞船的原型机之一,不过比Mark 1更高级,除了简单的升空和着陆试验,还要进入近地轨道飞行。

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建造中的Space X星际飞船

与此同时,Space X也在同步建造最接近星际飞船最终形态的Mark 4,这个版本的星际飞船每次可以搭乘一百位乘客,也可以用于地球旅行,乘客可以在一小时内到达地球任何地方。

这样的旅行需要勇气

今年9月,马斯克接受《纽约时报》采访时表示,Space X的星际飞船,可以在30分钟时间内完成从纽约到东京约11000公里的飞行。

“它基本上就是一枚可以着陆的洲际导弹,没有什么能比洲际导弹更快的了。”马斯克说,“星际飞船只不过是减去了核弹,加上了着陆这些性能。”

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超重鹰火箭+星际飞船概念图

这倒是大实话,就像东风-41洲际导弹,若从中国发射,确实在30分钟就能达到美国,如果加上软着陆回收技术,也确实可以改造成用于地球旅行的星际飞船,而且相比遥远的火星,地球旅行的功能或许更现实,也更吸引人。

不过,对于Space X星际飞船的潜在客户来说,还有两个非常重要的问题——搭乘成本和安全系数。

马斯克曾表示,星际飞船未来每次发射成本仅为200万美元,如果让100位乘客分摊,每人搭乘成本在2万美元以上,这个数字听上去很吓人,但其实和阿联酋航空越洋航线A380头等舱票价相当,总之不算太过离谱。

至于安全性,可能就不太理想了。从2015年猎鹰九号火箭成功发射且首次实现一级火箭回收,到今年的12月17日,Space X已经发射了62次火箭,其中发射成功61次,回收成功47次。

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2016年的一次一级火箭回收失败

假设星际飞船的失败概率与Space X发射过的火箭相当,那么乘客有1.6%的概率在发射时遭遇爆炸,还有24.2%的概率在软着陆时粉身碎骨,而全球民航飞机发生致命空难的几率只有470万分之一。

随着技术的成熟,Space X的火箭正变得越来越安全,但不可否认的是,那些准备搭乘星际飞船做地球旅行的乘客,必须像航天员那样具备直面牺牲的勇气。

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马斯克的星际飞船概念图

谁会是第一批坐上马斯克“洲际导弹”进行旅行的人?从目前来看,日本亿万富翁前泽友作最有可能。

前泽友作是一名收藏家,也是日本著名服饰电商网站ZOZOTOWN(走走城)的创始人,是马斯克的忠实拥趸。

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斥资43亿人民币,前泽友作就为了想去趟月球

虽然前泽友作购买的是星际飞船绕月飞行之旅,不过对马斯克来说,可能都差不多,毕竟前泽友作给马斯克捐了一大笔赞助费,想怎么飞都行。

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