瘋子or天才？伊隆·馬斯克和他的SpaceX

　　【太平洋汽車(chē)網(wǎng) 特別策劃】2018年2月6日美國(guó)東部時(shí)區(qū)下午3點(diǎn)45分，北京時(shí)間為2月7日凌晨4點(diǎn)45分，汽車(chē)工業(yè)史、乃至全人類(lèi)宇宙探索史都將記下這一時(shí)刻——伊隆·馬斯克的愛(ài)車(chē)特斯拉Roadster跑車(chē)在SpaceX重型獵鷹（Falcon Heavy）火箭的助推下，成為了人類(lèi)史上首臺(tái)進(jìn)入外層宇宙空間、突破第一宇宙速度、并進(jìn)入了地球至火星日心轉(zhuǎn)移軌道（Mars Transfer Heliocentric Orbit）、向地球以外的另一個(gè)行星奔去的民用汽車(chē)。

　　此外，這也標(biāo)志在半個(gè)多世紀(jì)后，人類(lèi)重新?lián)碛辛顺匦瓦\(yùn)載火箭SHLLV。只有擁有足夠強(qiáng)大的火箭，人類(lèi)離開(kāi)地球踏上遙遠(yuǎn)星球，征服星辰大海的目標(biāo)才有可能實(shí)現(xiàn)。而上述這一切，竟然是由一家私人航天企業(yè)——SpaceX來(lái)完成的！

　　我不知道有沒(méi)有人對(duì)馬斯克說(shuō)過(guò)：“你的特斯拉這么diao，那咋不上天呢？”

　　如果有，馬斯克此時(shí)可以理直氣壯地說(shuō)：“沒(méi)錯(cuò)，我的特斯拉就是能上天。”

　　而且，這個(gè)“天”還是狹義上的：特指航天事業(yè)中的大氣層外層空間。

 重型獵鷹火箭成功發(fā)射視頻回顧，同時(shí)用現(xiàn)場(chǎng)錄像和CG動(dòng)畫(huà)直觀展示，可見(jiàn)這次不單達(dá)到了馬斯克最低的成功要求“不爆炸”，而且還成功回收兩枚1級(jí)助推火箭，基本完美達(dá)成目標(biāo)。

　　如果你是資深薩博車(chē)迷，你一定記得當(dāng)年薩博的電視廣告總會(huì)有薩博航空集團(tuán)的JAS-39“鷹獅”戰(zhàn)機(jī)。雖說(shuō)實(shí)際開(kāi)起來(lái)和生產(chǎn)過(guò)程中的薩博汽車(chē)和JAS-39鷹獅戰(zhàn)機(jī)大概沒(méi)多少關(guān)系，但是那種“戰(zhàn)斗機(jī)氣息”給車(chē)主打的精神雞血才是至關(guān)重要的。盡管如今鷹獅還在翱翔、甚至能與殲11A過(guò)招，薩博汽車(chē)卻已仙逝。

　　不過(guò)這種精神雞血還在延續(xù)，寶馬車(chē)迷會(huì)告訴你BMW造過(guò)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的、保時(shí)捷車(chē)迷會(huì)告訴你Porsche造過(guò)坦克、“本田大法”還造出了商用噴氣飛機(jī)Honda Jet，至于通用——那就更厲害了，當(dāng)年阿波羅登月計(jì)劃搭載的月球車(chē)就出自通用之手，那大概才是離地球最遠(yuǎn)的載人車(chē)輛——當(dāng)然，這不是量產(chǎn)民用車(chē)，而且只有數(shù)百公里的一次性續(xù)航里程。

 薩博集團(tuán)能造戰(zhàn)斗機(jī)（左上）；本田有“洪大姐（Honda Jet，右上）”；保時(shí)捷車(chē)迷都知道創(chuàng)始人是搞坦克出生的（虎式坦克，右下）；通用汽車(chē)甚至造過(guò)月球車(chē)（左下）。雖然很少人能說(shuō)得出廠商如此“不務(wù)正業(yè)”對(duì)造車(chē)有啥幫助，但這精神雞血是每一位品牌車(chē)迷都愿意津津樂(lè)道的。

　　如今，馬斯克用自家的火箭，把自己名下的一臺(tái)紅色特斯拉Roadster跑車(chē)打進(jìn)了MTO火星轉(zhuǎn)移軌道（Mars Transfer Orbit）。馬斯克覺(jué)得這臺(tái)紅色的跑車(chē)和紅色的火星非常般配，所以成為了重型獵鷹火箭的第一個(gè)載重物。也許你會(huì)認(rèn)為這是毫無(wú)意義浪費(fèi)資源的作秀行為，但不得不承認(rèn)這逼裝得實(shí)在突破天際，讓馬斯克裝上二十年也無(wú)壓力。

　　能把汽車(chē)和太空事業(yè)如此緊密聯(lián)系在一起的，地球上大概只有馬斯克做到了。一頭運(yùn)營(yíng)著特斯拉公司玩新能源車(chē)、一頭運(yùn)營(yíng)著SpaceX玩宇航運(yùn)載火箭，這兩個(gè)看似沒(méi)什么關(guān)聯(lián)的行業(yè)馬斯克卻一起做得風(fēng)生水起。也得已讓本文作者我這個(gè)宇宙學(xué)愛(ài)好者終于有機(jī)會(huì)可以名正言順地在汽車(chē)網(wǎng)網(wǎng)站發(fā)宇航火箭的文章而不會(huì)被冠以不務(wù)正業(yè)之名。也正是因?yàn)轳R斯克，許多車(chē)迷也開(kāi)始或多或少聽(tīng)說(shuō)過(guò)馬斯克的SpaceX和他的獵鷹火箭。那么這次的重型獵鷹火箭究竟有多厲害，讓我為各位慢慢道來(lái)。

　　時(shí)間回溯至1969年，此時(shí)正值美蘇爭(zhēng)霸巔峰時(shí)期，而兩超級(jí)大國(guó)的一大競(jìng)爭(zhēng)方式就是太空競(jìng)賽。蘇維埃社會(huì)主義聯(lián)盟共和國(guó)，簡(jiǎn)稱(chēng)蘇聯(lián)或USSR，先后將人類(lèi)首個(gè)衛(wèi)星和太空人送上了宇宙，把自認(rèn)為是人類(lèi)的希望和救星的美帝打臉打得啪啪響。咽不下這口氣的美國(guó)，發(fā)起了至今都讓人覺(jué)得無(wú)比瘋狂的計(jì)劃——阿波羅載人登月計(jì)劃！而就在當(dāng)年，美國(guó)太空總署NASA用人類(lèi)至今歷史上最為巨大的火箭土星5號(hào)（Saturn V），將載人登月艙打上了LTO（Lunar Transfer Orbit），即月球轉(zhuǎn)移軌道，完成了人類(lèi)首次登上另一個(gè)星球的壯舉。

 1969年阿波羅登月計(jì)劃的土星5號(hào)是人類(lèi)歷史上最強(qiáng)的火箭，LEO運(yùn)載力達(dá)到135噸，相比之下如今的重型獵鷹也不過(guò)60多噸。但土星5號(hào)以今天貨幣價(jià)值計(jì)算單次發(fā)射成本超過(guò)10億美元，相比之下重型獵鷹的單發(fā)成本不過(guò)9000萬(wàn)美元。

　　土星5號(hào)的運(yùn)載力即使在近60年后的今天看來(lái)也強(qiáng)大得匪夷所思。其LEO（Low Earth Orbit，即近地球軌道）運(yùn)載力達(dá)到了恐怖地135噸，LTO運(yùn)載力達(dá)48.6噸！沒(méi)什么概念？那就對(duì)比一下近60年后的當(dāng)今NASA最強(qiáng)火箭德?tīng)査?號(hào)（Delta IV）區(qū)區(qū)不到29噸的LEO運(yùn)載力，不及土星5號(hào)四分之一，你就能明白近60年前的技術(shù)制造出土星5號(hào)是一件如同開(kāi)掛的事情。難怪許多人至今還認(rèn)為阿波羅計(jì)劃是場(chǎng)騙局（當(dāng)然這是無(wú)稽之談了，阿波羅計(jì)劃砸的錢(qián)也不是現(xiàn)在顯得窮酸的NASA可以想象的）。

　　LEO運(yùn)載力超過(guò)50噸的火箭，稱(chēng)之為Super Heavy-lift Launch Vehicle，即超重型運(yùn)載火箭，簡(jiǎn)稱(chēng)SHLLV。在重型獵鷹之前，人類(lèi)歷史上只有兩種火箭可以稱(chēng)之為SHLLV，一種就是土星5號(hào)，一種是1980年代蘇聯(lián)制造的LEO運(yùn)載力100噸的能源號(hào)火箭，兩種火箭都已退出歷史舞臺(tái)。可以說(shuō)，人類(lèi)已經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有SHLLV，僅憑現(xiàn)有火箭不到10噸的MTO火星軌道運(yùn)載力是無(wú)法實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步宇宙探索的雄心壯志。直到如今SpaceX的重型獵鷹問(wèn)世，奔向火星的可能性再次出現(xiàn)。

 雖然“僅僅只有”土星5號(hào)一半的運(yùn)載力，重型獵鷹仍然是目前地表最強(qiáng)運(yùn)載火箭，也是目前唯一的SHLLV超重型運(yùn)載火箭。而且它的單次發(fā)射成本甚至比LEO運(yùn)載力只有29噸的美國(guó)NASA德?tīng)査?號(hào)火箭更低。

　　重型獵鷹的LEO運(yùn)載力達(dá)到63.8噸，雖然比之土星五號(hào)這樣變態(tài)的存在還是弱一些，但已經(jīng)達(dá)到了SHLLV的標(biāo)準(zhǔn)。也是目前全人類(lèi)唯一一種可運(yùn)行SHLLV。重型獵鷹的MTO火星轉(zhuǎn)移軌道運(yùn)載力為16.8噸，已經(jīng)在理論上具備把載人太空船送往火星軌道的能力。一家私人公司能造出如此強(qiáng)大的火箭也絕對(duì)是一件壯舉了。那么多國(guó)家舉國(guó)之力都弄不出的SHLLV，重型獵鷹是如何做到的？

　　首先真是要感謝汽車(chē)工業(yè)很常見(jiàn)的模塊化概念。重型獵鷹就是模塊化火箭。它并不是一種全新的火箭，而是利用SpaceX已經(jīng)研制成功并進(jìn)行過(guò)多次成功發(fā)射的獵鷹9系列火箭發(fā)展而來(lái)。它的外形和獵鷹9區(qū)別不大，箭身長(zhǎng)度甚至一樣都是70米。眼尖的甚至一眼能看出，重型獵鷹就是用了3截1級(jí)火箭的獵鷹9號(hào)火箭。

 僅憑外觀就可以看出，重型獵鷹火箭實(shí)則就是增加兩個(gè)獵鷹9號(hào)1級(jí)火箭的模塊化產(chǎn)物。各方面參數(shù)都都正好是獵鷹9號(hào)的三倍。不過(guò)圖中數(shù)據(jù)是SpaceX在2016年給出的，一路延期到現(xiàn)在成本已經(jīng)是當(dāng)初的8500萬(wàn)到9000萬(wàn)美元，但運(yùn)載力也相應(yīng)提升，LEO運(yùn)載力由53噸提升到63.8噸。

　　所以，從數(shù)字上我們也毫不意外地看到：重型獵鷹有3個(gè)1級(jí)火箭單元，正好是獵鷹9號(hào)的3倍；重型獵鷹有27個(gè)隼式（Merlin）1D發(fā)動(dòng)機(jī)，正好是獵鷹9號(hào)的3倍；重型獵鷹的地表推力為22819kN、真空推力為24681kN，都正好是獵鷹9號(hào)的3倍；重型獵鷹的LEO運(yùn)載力是63.8噸，正好……哦不，略低于獵鷹9號(hào)22.8噸LEO運(yùn)載力的3倍。這是因?yàn)榛鸺亓康纳仙?，使得推力和載重力無(wú)法成正比提升，這也是化學(xué)火箭的極限所在。

　　靠這種看似簡(jiǎn)單粗暴實(shí)則還是頗考驗(yàn)?zāi)K化技術(shù)含量的方法，獵鷹系列火箭成功晉級(jí)超重型火箭SHLLV行列。

世界主要運(yùn)載火箭一覽
國(guó)家/機(jī)構(gòu)	火箭名稱(chēng)	最大LEO運(yùn)載力	當(dāng)前狀態(tài)
美國(guó)/SpaceX	重型獵鷹/Falcon Heavy	63.8噸	在役
美國(guó)/SpaceX	獵鷹9號(hào)/Falcon 9	22.8噸	在役
美國(guó)/NASA	德?tīng)査?號(hào)/Delta IV	28.8噸	在役
中國(guó)/國(guó)家航天局	長(zhǎng)征3號(hào)乙	13噸	在役
中國(guó)/國(guó)家航天局	長(zhǎng)征5號(hào)	25噸	在役
歐洲/歐洲宇航局ESA	阿麗亞娜5號(hào)/Ariane 5	20噸	在役
俄羅斯/俄羅斯航天局RKA	質(zhì)子號(hào)/Proton	22.8噸	在役
日本/JAXA	H-IIA	15噸	在役
印度/ISRO	PSLV	3.8噸	在役
美國(guó)/NASA	土星5號(hào)	135噸	退役

　　說(shuō)實(shí)話看到這次被馬斯克丟進(jìn)太空的特斯拉跑車(chē)是讓我有點(diǎn)失望的。我還以為馬斯克真拿出了最新的號(hào)稱(chēng)輪上扭矩1萬(wàn)N·m、2秒內(nèi)破百、2020年才能交貨如今已經(jīng)當(dāng)期貨開(kāi)賣(mài)的全新Roadster電動(dòng)超跑。實(shí)際上市2008年發(fā)布的上一代Roadster?？磥?lái)馬斯克考慮到“炸箭”的可能，還是舍不得用最新的產(chǎn)品。關(guān)于這款老車(chē)，我們已經(jīng)有過(guò)詳細(xì)介紹，這里不再重新闡述。

 送上火星轉(zhuǎn)移軌道的特斯拉是一臺(tái)老款Roadster，早在2008年推出。不是此前猜測(cè)的最新一代Roadster。123

 這才是最近推出的那臺(tái)0-96km/h只需1.9秒的全新特斯拉Roadster。雖然已經(jīng)開(kāi)賣(mài)，但實(shí)際是2020年才能交付的期貨。

　　SpaceX聲稱(chēng)這次用于給首枚重型獵鷹試驗(yàn)火箭作為試驗(yàn)運(yùn)載物的Roadster確實(shí)是送進(jìn)了MTO（即火星轉(zhuǎn)移軌道）或TMI（Transfer-Mars Injection，即轉(zhuǎn)移火星推進(jìn)）。也就是說(shuō)這臺(tái)Roadster已經(jīng)突破第二宇宙速度、脫離地球引力，將在茫茫宇宙中朝著火星的方向飛去。但實(shí)際上，它永遠(yuǎn)也無(wú)法到達(dá)火星，而只是一個(gè)日心軌道（Heliocentric Orbit）運(yùn)作的太空垃圾。沒(méi)錯(cuò)，一臺(tái)汽車(chē)在太空里什么都做不了，無(wú)法進(jìn)行科研探測(cè)，跟一塊廢鐵其實(shí)差別不大。

 與特斯拉一起被送上太空的還有車(chē)上這位“Starman”，它將“駕駛著”這臺(tái)跑車(chē)奔向火星。當(dāng)然了這只是個(gè)假人，動(dòng)物保護(hù)協(xié)會(huì)莫驚慌，重型獵鷹發(fā)射過(guò)程中沒(méi)有人類(lèi)和動(dòng)物遭到傷害（：

　　實(shí)際上，要從地球發(fā)射航天器進(jìn)入火星軌道，光光只是進(jìn)入MTO是沒(méi)用的。進(jìn)入MTO的航天器可以使用兩種轉(zhuǎn)移軌道：一種稱(chēng)之為霍曼轉(zhuǎn)移軌道（Hohmann Transfer Orbit），是目前主流的火星探測(cè)器使用的軌道；另一種稱(chēng)之為雙橢圓轉(zhuǎn)移軌道（Bi-Elliptic Orbit）。無(wú)論用那種轉(zhuǎn)移軌道，都需要航天器進(jìn)行變軌機(jī)動(dòng)才能成功進(jìn)入火星軌道。一臺(tái)在太空中漂浮的特斯拉Roadster當(dāng)然是動(dòng)彈不得的，更別談變軌了。

 此為火星轉(zhuǎn)移軌道示意圖。馬斯克的Roadster就是送上了圖中虛線的霍曼轉(zhuǎn)移軌道。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是一條與地球和火星公轉(zhuǎn)軌道重合的日心橢圓軌道。但要進(jìn)入火星軌道或登陸火星，航天器除了進(jìn)入MTO還需要有變軌能力，這是一臺(tái)特斯拉根本做不到的。所以這臺(tái)特斯拉其實(shí)只是成為了MTO軌道上的一個(gè)太空垃圾。

　　所以，也正如馬斯克所說(shuō)，他這臺(tái)心愛(ài)（還是狠心拋棄？）的Roadster將在宇宙中漫無(wú)目的漂泊上十億年。有人質(zhì)疑馬斯克為何不發(fā)送點(diǎn)有用的科學(xué)器材造福人類(lèi)而是干這么無(wú)聊的事情。比如說(shuō)中國(guó)航天局的重型火箭長(zhǎng)征5號(hào)首次試射就搭載了霍爾推力器，也就是傳說(shuō)的“電推”?？梢?jiàn)中國(guó)航天局的目標(biāo)是高于SpaceX的。

 嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，特斯拉跑車(chē)最后沒(méi)有成功變軌進(jìn)入MTO軌道，而是差不多跑到小行星帶去了。這樣的軌道能飛掠火星也得等幾億年吧。因此嚴(yán)格意義來(lái)說(shuō)此次試射還沒(méi)有100%成功。

　　不過(guò)考慮到馬斯克是名商人，他的一堆夢(mèng)想沒(méi)有錢(qián)是實(shí)現(xiàn)不了的。重型獵鷹首次試射的錢(qián)都是SpaceX自己掏的，因此不會(huì)再冒更多風(fēng)險(xiǎn)搭載一些昂貴的科學(xué)載重設(shè)施。把一臺(tái)老舊的特斯拉打上天也不失為一個(gè)相對(duì)低成本的試驗(yàn)載重物，而且也給急需現(xiàn)金流的特斯拉公司打了一個(gè)宇宙級(jí)的超級(jí)廣告，這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑體現(xiàn)了馬斯克作為成功商人的精明頭腦。

 這臺(tái)紅色特斯拉Roadster最多飛掠火星，卻永遠(yuǎn)無(wú)法進(jìn)入火星軌道，只能成為一個(gè)漂浮上十億年的太空垃圾。然而此舉為特斯拉帶來(lái)的宣傳效益是無(wú)法估量的。

　　到此，我想你們的興趣應(yīng)該早不在特斯拉上，而是想知道馬斯克這個(gè)狂人究竟是憑借過(guò)人的能力去打造出SpaceX這樣的地表最強(qiáng)私人太空公司、并讓SpaceX打造出連把人類(lèi)送上月球的NASA如今都造不出來(lái)的地表最強(qiáng)運(yùn)載火箭。我們接著把馬斯克和SpaceX的故事繼續(xù)說(shuō)下去。