原標題：
獵鷹重型火箭效果圖
與火箭整流罩組裝、即將被獵鷹重型火箭發射升空的跑車。
編者導讀
據報導，美國SpaceX 公司計劃在明年1月發射其獵鷹重型火箭。
今年以來，隨著SpaceX公司的拳頭產品——獵鷹9號火箭技術狀態的成熟，SpaceX的火箭發射迎來了井噴式的增長。獵鷹9號在年內進行了18次成功發射，比去年發射次數多了一倍多。然而，這種運載能力與國際主流重載火箭相當且具有可回收功能的火箭，並不能滿足SpaceX執行長埃隆·馬斯克徵服太空的野心。
目前，SpaceX正在緊鑼密鼓地進行運載能力更加強大的兩種火箭的研發。其中，脫胎於獵鷹9號火箭的獵鷹重型火箭，將會成為人類自阿波羅登月之後擁有的最強火箭。而BFR火箭，可能將馬斯克移民火星的夢想變成現實。
近地軌道發射能力飆升
目前已經成熟的獵鷹9號火箭全推力版的運載能力與我國的長徵5號火箭相仿，近地軌道載荷的發射能力為22.8噸，地球同步轉移軌道的發射能力為8.3噸。這樣的發射能力雖然能夠滿足目前大部分太空飛行器的需求，但對於載人登月和大型深空探測器來說，其發射能力就捉襟見肘了。因此，在獵鷹9號火箭研發之初，SpaceX就同步開始了一個「獵鷹9號重型火箭」的研發項目。後來，它從獵鷹9的產品線中獨立出來，成為了「獵鷹重型」火箭。
與「同門兄弟」獵鷹9號相比，獵鷹重型火箭最明顯的特徵就是在芯一級周圍捆綁了兩個龐大的助推器。通過助推器的推力「加持」，獵鷹重型火箭向國際空間站、神舟飛船等飛行器所在的近地軌道的發射能力飆升到了63.8噸，約是獵鷹9號火箭全推力版的3倍、太空梭的2倍。同時，其向通信衛星使用的地球同步轉移軌道發射載荷的能力提高到26.7噸，向火星發射載荷的能力為16.8噸，向太陽系邊緣的冥王星發射載荷的能力也有3.5噸。一旦發射成功，獵鷹重型火箭的運載能力將超越國際上所有的現役火箭。
SpaceX在設計飛行器時，模塊化和通用化是其降低成本、提高可靠性的一大法寶。例如，在獵鷹9號第一級和第二級使用的都是同樣的灰背隼1D型發動機，而沒有像其他火箭一樣在一、二級使用不同的發動機。獵鷹重型火箭延續了這一思想。火箭的兩個助推器直接採用獵鷹9號的第一級，而芯一級也改裝自獵鷹9號火箭的第一級，使用的發動機同樣也是灰背隼1D。和獵鷹9號一樣，助推器和芯一級也具有回收重用的能力。
工作更加「智能」
和以往的火箭相比，獵鷹重型火箭的工作更加「智能」。在獵鷹重型火箭剛剛點火發射時，助推器和芯一級上的發動機均以最大推力工作。但在飛行進行一小段時間後，芯一級的推力會被調低以節省燃料。當助推器即將完成任務、與火箭本體分離時，芯一級的推力又會被調整回最大狀態。通過助推器和芯一級間推力的動態分配調整，可以使火箭的飛行效率更高。
獵鷹重型火箭還有可能成為第一種使用「交叉輸送」技術的運載火箭，這種技術可以在火箭助推器和芯級之間實現推進劑的對流。在起飛前，可以在助推器中加注多於助推器本身工作需求的燃料。在火箭飛行過程中，助推器不斷給火箭芯一級進行「太空加油」。當助推器分離時，芯一級內仍然有相當多的燃料，支持之後的飛行。這種技術的採用，使得獵鷹重型火箭以兩極的構型實現了以往三級、四級火箭才能完成的任務。
為了提高火箭的可靠性，獵鷹重型火箭在設計時採用了40%的結構冗餘，相當於使用承重能力10噸的橋梁通行重量為6噸的車輛，而一般火箭的結構冗餘只有25%。對火箭正常飛行至關重要的元器件，火箭都採用了三套器件互為備份。
獵鷹重型火箭尾部
大有大的難處
在獵鷹9號火箭的技術狀態早就已經穩定的情況下，與獵鷹9號通用程度很高的獵鷹重型火箭貌似可以很快研發出來。然而，運載火箭這種複雜的工業品，並不是1+2=3那麼簡單。獵鷹重型火箭也面臨著一系列的挑戰。例如，火箭芯一級的大部分設計雖然能夠直接從獵鷹9號照搬，但是由於火箭的載重成倍提高，火箭芯一級的結構強度也就要相應地提高。在採用了鋁鋰合金這種高強度、低重量的先進材料後，提高芯一級的強度仍然不是一項容易的工作。
此外，獵鷹重型火箭的高達兩萬多千牛的起飛推力，來源於芯一級和助推器上的27臺灰背隼1D發動機。發動機數量多，固然可以保證在某臺發動機出現故障的情況下火箭仍然能夠正常飛行。例如，2012年10月，獵鷹9號火箭在首次為國際空間站執行貨運補給任務時，就曾經發生過一臺發動機失靈的現象。火箭控制系統成功地關閉了故障發動機，並指揮剩餘8臺發動機多工作了30秒，最終使發射獲得了成功。然而，一枚火箭的發動機數量太多，會使得動力系統的複雜程度急劇提高，增加了火箭動力控制的難度。可以想像，指揮一匹馬拉車也許並不困難，但同時指揮27匹馬拉車就難免出亂子。在上世紀六七十年代的載人登月競賽中，蘇聯打算用來載人登月的N-1火箭在第一級使用了多達30臺發動機，四次飛行測試全部失敗，葬送了蘇聯的登月計劃。因此，獵鷹重型火箭大量並聯推力不大的發動機來獲得較大的總推力的辦法，能否在實踐中取得成功還是未知數。
目前，第一枚獵鷹重型火箭已經進入甘迺迪航天中心的水平總裝廠房中進行準備工作。當39A發射架上的其他前序發射任務完成後，獵鷹重型火箭將進行發射前的測試工作。除了進行兩次燃料加注測試外，火箭還將在發射臺上進行一次靜態點火試驗。在靜態點火試驗中，火箭的27臺發動機將按預定程序點火，但火箭並不起飛，而是固定在發射架上。一段時間後，發動機在控制系統的指揮下自動關機。目前，SpaceX是唯一一個採用這種測試方式的火箭製造者。如果一切順利，在經歷了數年的「跳票」後，獵鷹重型火箭有望在2018年1月發射。由於火箭的首次測試飛行存在較大風險，因此這次發射並沒有搭載任何常規載荷，而是將馬斯克的一輛「特斯拉」電動跑車作為測試載荷，發射到火星轉移軌道上。如果發射成功，這輛跑車也許會成為人類歷史上第一臺遨遊太空的汽車。
延伸閱讀
BFR火箭：星際旅行工具
如果說獵鷹重型火箭是獵鷹系列火箭的升級產品的話，BFR則是SpaceX徹底的換代之作。BFR火箭設計來源於馬斯克在2016年提出的「星際旅行系統」。經過一年的研發後，馬斯克在今年9月的國際航天大會上宣布，用性價比更好的BFR方案代替了「星際旅行系統」，來實現殖民火星的目標。
BFR火箭的直徑高達9米，長度則達到了106米。火箭由兩級組成，其中第二級採用飛船與推進器的一體化設計，與太空梭類似。火箭的兩級均具備回收重用的能力。但在回收時，運載能力會因為回收機構佔據的起飛重量而降低：在不啟用可回收功能時，向近地軌道發射載荷的最大能力為250噸，啟用可回收功能時則為150噸。去往火星的太空飛行，每個單程平均需要半年左右。因此，與目前短期在軌執行任務的現役飛船不同，BFR飛船的設計使之能夠經受住長期太空飛行的考驗。可以在經過漫漫旅途到達火星後，再從火星返回地球。
BFR火箭分為載人、貨運和加注三種飛行模型。載人和貨運飛行分別用來向火星或月球輸送人員和物資，而加注模式，則是將一艘滿載燃料的飛船發射到近地軌道。在其他BFR任務發射時，載人或貨運飛船在近地軌道與燃料飛船對接，在軌道上補充燃料後再飛往目的地。這樣，可以減少起飛時攜帶的燃料，將更多的起飛重量分配給有用的載荷。
BFR火箭的動力，均由同一種「猛禽」發動機提供。BFR的第一級將安裝31臺猛禽發動機，第二級則安裝6臺。猛禽發動機沒有採用它的前輩灰背隼發動機所採用的煤油-液氧燃料方案，而是採用了液態甲烷-液氧作為燃料。之所以做出這樣的改變，是為了真正實現殖民火星而做的長遠打算：飛船在飛往火星時，為了減輕重量只攜帶單程的燃料。返回時所需的燃料需要在火星上補給，才能不讓飛船有去無回。而在火星上生產甲烷的難度，比生產其他種類的火箭燃料要低不少。目前，BFR的大部分設想還處在方案設計階段，而猛禽發動機的樣機已經製造完成。截至今年9月，已經進行了42次各類測試。
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中國的重載火箭
目前，中國的重載火箭「長徵9號」也在研製過程中。「長徵9號」具備140噸的近地軌道運載能力，高於獵鷹重型火箭，與BFR處於同一數量級。相比SpaceX並聯大量推力相對較小的發動機的方案，「長徵9號」採用了更加穩妥的辦法：由4臺480噸級大推力液氧-煤油發動機和4臺220噸級液氧-液氫發動機提供起飛動力。目前，發動機關鍵技術已經取得了重大突破，火箭整體上處於關鍵技術攻關、方案深化論證階段。「長徵9號」預計將在2028年進行首次發射。