2020年7月23日中午 12 時 41 分,我國首次火星探測任務「天問一號」火星探測器在海南文昌航天發射場成功發射,引發全民關注。火星探測器為什麼取名為「天問」?「天問一號」之後,我國下一步的深空探索瞄向哪裡?人類探索火星的歷史有多波折?同樣緊盯火星的馬斯克到底是一個航天愛好者,還是一個騙子呢?《科學史評話》主播吳京平老師動用他積累多年的航天知識,為您深入解讀以上 4 個問題。
為什麼叫「天問」?
此前,我們曾經搞過一個火星探測器,叫做「螢火一號」。本來是搭車,跟俄羅斯的探測器一起發射去火星,但是後來俄國的火箭翻了車,兩家的探測器都毀掉了。我看網上有人說,這都是螢火這個名字不好,「螢火一號」這個名字是來自於火星的古稱「熒惑」,寓意不太吉利。
大家可能知道一個詞叫「熒惑守心」,其實就是火星剛好運行到心宿二大火的附近。兩顆紅色的星星,在南方的天空非常顯眼。這就是所謂的熒惑守心。古人把紅色和戰爭以及流血聯繫到了一起,所以兩顆紅色的星星扎堆,當然是大兇。
不過我們都知道,這是古人對火星的一種固有的觀念。我們現代人對火星的印象就比較好,火星是我們人類最有可能登陸的行星,甚至是最有可能大規模移民的行星。所以火星上非常熱鬧,各國探測器都往火星跑。我們中國人當然也不能落後,這個熱鬧我們當然也要湊一湊。不過火星僅僅是我們國家深空探測的開端,從探測器名字的就能感覺得到。
這一次,我們就不再使用螢火這個名字了,而叫做「天問一號」。「天問」這兩個字來自於屈原的長詩,這個名字含義非常豐富,並不局限與這次對火星的探測。將來對於其他天體的探測,一樣也可以用這個名字,序列號往下排就行了。所以,我們從這個名字的改變就可以看出我們中國人的志向已經不限於火星這個近鄰了。太陽系要探測的東西還多著呢。
「天問一號」火星探測器概念圖
我國的深空探測走到了哪裡?
我們此前已經發射了好幾顆嫦娥探測器,玉兔 1 號和 2 號現在還在月球上呢。玉兔 1 號已經完成了自己的任務,玉兔 2 號月球車正在月球的背面到處溜達呢,但是大家可能忽略了此前的嫦娥 2 號。嫦娥 2 號也很神勇,一開始,嫦娥 2 號在環繞月球的軌道上給月球拍照。後來地面控制人員一桿子把嫦娥 2 號捅到了 150 萬公裡的拉格朗日點上,月球不過是 38 萬公裡的距離。我當時聽到這個消息,還是挺開心的,這說明我們的深空探測能力是跨進了一大步。只是當時想不到,這是為日後的鵲橋中繼衛星做技術準備。玉兔 2 號在月球背面溜達,必須靠在拉格朗日點上繞八字飛行的鵲橋中繼衛星來中轉無線電信號。
但是,更想不到的是,又過了一陣子,嫦娥 2 號居然一下被捅到 700 萬公裡之外,去探測一顆叫做塔爾圖斯的小行星。能飛那麼遠不僅僅是個動力手段問題,還是地面測控網的能力問題。飛 700 萬公裡不跑偏,這需要非常深的控制技術。
「嫦娥 2 號」探月飛行器
現在,我們有了大推力的長徵五號運載火箭,我們的探測器要跨越的可就不是 700 萬公裡的距離了,而是要跨越 5800 萬公裡。這還僅僅是直線距離,探測器是不可能走直線的,必須走霍曼轉移軌道,實際走過的路程已經上億公裡了,這是更大的跨越。但是,即便是完成了發射,探測器進入了霍曼轉移軌道。未來的路還長著呢。因為飛到火星還要走好幾個月。進入火星的引力範圍還有減速過程,這樣才能被火星捕獲。而且還要完成一次變軌,從繞著火星的腰轉圈圈,變成從頭到腳豎著繞圈圈。我們只有耐心等待,等著探測器發消息回來。
火星其實只是太陽系深空探測的第一步,火星以外還有小行星帶,小行星帶裡面還有好多的「歪瓜裂棗」等著我們去探測。火星的兩顆衛星非常小,估計就是從小行星帶裡俘獲的。小行星帶以外就是巨型氣體行星的世界啦。木星和土星都有非常龐大的衛星家族,我們是不是也要去看看?歐羅巴星的冰層下邊到底是什麼樣子的?難道我們就沒有好奇心嗎?
人類探索火星的歷史有多波折?
首先要明確一個前置知識,要想去火星,不是什麼時候都能去的。探測器必須提前起跑,走特殊的霍曼轉移軌道,時間上剛剛好能和火星相遇。所以,每 26 個月有一次發射窗口。錯過了這個時機,就只能再等 26 個月。美蘇兩國作為世界航天技術最強的國家,上世紀 60 年代初就開始展開對火星的探測了。他們通常是在發射窗口期內,相隔幾天發射兩個探測器,這就是為了雙保險。但是那個時代技術太簡陋,往往是雙保險都保不住。
1960 年的 10 月份蘇聯接連發射了火星 1A 和火星 1B,結果這兩個探測器在地球軌道上就出了問題。
1962 年蘇聯不死心,又發射了 3 顆探測器,第一顆失敗了,在近地軌上丟了,這種不成功的探測器,蘇聯從來不會承認它的真實用途,編號是衛星 22。第 2 顆探測器倒是比較順利,成功進入了去火星的軌道,所以這顆探測器又一次被命名為「火星 1 號」。蘇聯為了隱藏前一次的失敗,經常會重複使用同一個名字,有時候弄得外界也是稀裡糊塗的,怎麼又出來個火星 1 號?這顆探測器飛到一億公裡以外失去了控制,變成了一顆人造行星,繞著太陽轉圈圈去了。第三顆編號叫做衛星 24,說白了,這個探測器進入了環繞地球的軌道,但是沒能踏上去火星的路,你看名字就知道了嘛。
1964 年,輪到美國人發射火星探測器了,他們發射了水手 3 號和 4 號。水手 3 號順利上路,但是噴氣推進實驗室的控制人員發現水手 3 號的太陽能電池板沒有反應。其他設備倒是正常,估計是一個保護罩沒能扔掉。只靠探測器上的電池是堅持不了多久的。最後水手 3 號就沒了消息。水手 4 號倒是一切正常,從火星旁邊飛掠而過。這種探測器是沒有能力在火星引力範圍內剎車減速,進入環繞火星軌道的。不過水手 4 號第一次拍到了火星的照片,用無線電發送回了地球,現在看來,照片質量比最差的複印件還要毛糙。但是這已經是劃時代的了。
「水手 4 號」拍攝到的最佳照片,能看到隕石坑
美國的科學家們看到照片以後,頓時心裡拔涼拔涼的啊。火星上那麼多的隕石坑,說明火星的大氣層太稀薄了,隕石掉進火星大氣,根本就無法全部燒光。水手 4 號上的儀器也沒能檢測到火星的磁場,看來火星的氣候比原先預料的要差得多,不太可能像地球這樣生機盎然。
1964 年,蘇聯也發射了一顆探測器,名字就叫「探測器 2 號」。在 1965 年從距離火星 1500 公裡的地方掠過去了,可惜這個探測器已經失控了,根本不聽話。蘇聯又一次失敗了。
1969 年,美國發射了水手 6 號和 7 號,主要是給火星拍照片,順便分析一下火星的大氣成分,探測一下火星上是不是有生命的跡象。水手 6 號先上路,也就先到火星,所以 NASA 可以根據水手 6 號發回的照片,分析一下哪裡是重點,有針對性地為水手 7 號安排探測任務,所以水手 7 號拍的照片普遍更清晰。
不管怎麼說,水手 6 號和 7 號引發了有關火星知識的一場革命,原來火星大氣的主要成分是二氧化碳,水蒸汽不能說完全沒有,但是少得可憐。火星的南極冰蓋的主要成分是乾冰。地球上觀測到的那些黑色線條,讓人誤以為是運河的玩意兒,其實根本就是天然的產物。由此,地球人對火星人的美好想像完全破滅了。
蘇聯在 1969 年也發了兩個探測器,但是全都炸了,蘇聯對火星的探測基本上可以用「扎心」來形容。
1971 年,這回輪到美國人扎心了,水手 8 號掉進了大西洋,但是水手 9 號表現很不錯。在火星軌道上轉了 1 年,發送回了 7329 張照片,覆蓋了火星表面 80% 的面積,對人類了解火星大大推進了一步。水手 9 號拍攝到了超級壯觀的「水手大峽谷」,發現了最高的奧林匹斯山。這座山是個火山,火山口直徑 80 公裡,比周圍的地面高出 2.6 萬米,無愧於太陽系第一高峰的美譽。
壯觀的「水手大峽谷」
蘇聯人當然不會放過這個窗口期,他們打算發射 3 顆探測器。第 1 顆犯了個低級錯誤。這顆探測器本來應該在入軌以後 1.5 小時以後就開始進入轉移軌道去火星,結果定時器設錯了,要 1.5 年以後才上路。所以這顆探測器事實上是永遠離不開地球軌道了,所以編號是「宇宙 419」號,這又是一個掩蓋實際用途的編號。
不過隨後的火星 2 號和火星 3 號就比較順利了,它們倆真的飛到了火星附近,進入了環繞火星飛行的軌道。火星 2 號釋放了一個著陸器,但是降落傘沒打開,像石頭一樣摔扁了。火星 3 號釋放的著陸器倒是第一次實現了在火星表面的軟著陸,但是 14.5 秒以後就沒信號了,就連照片都來不及發送。
還好,兩個探測器本身沒問題。它們連續工作了 9 個月,本來想好好地而給火星拍個照,無奈火星不給面子,沙塵暴遮天蔽日,席捲了火星表面,什麼都看不清楚。
1973 年,蘇聯卯足了勁,發射了 4 枚探測器,火星 4 號、5 號、6 號、7 號。4 號打了水漂,電子元件失效,導致從火星旁邊掠過,沒有停留。火星 5 號入軌 9 天就 Game Over ,失聯了。
6 號倒是蠻成功的,釋放的著陸器通過火星大氣的減速,速度減少到每秒 600 米,然後打開降落傘減速,過程還算順利,一邊降落一邊發送信號。到了最後一步,拋棄降落傘,開反推火箭緩衝。結果著陸器墩了一下,墩壞了,沒信號了。蘇聯人趕緊分析發送回來的數據,看看到底怎麼回事兒,結果一看全都是亂碼,看都看不懂。估計在落地前,電子線路就出問題了,不是最後那一下給墩壞的。
7 號也發丟了,千裡迢迢飛到火星附近,釋放著陸器出問題。探測器自己也不知道飛到哪兒去了。
到了 1975 年,美國發射了 2 個海盜號探測器,對火星做了深入的考察。這兩個探測器都帶了著陸器。海道 1 號一直工作到 1980 年,著陸器更加堅強,從 1976 年的夏天著陸成功開始,一直工作到 1982 年,足足幹了 6 年時間。最後還是因為錯誤的指令,導致著陸器失去了信號。海盜 2 號沒那麼幸運,1978 年就不工作了。海盜 2 號的著陸器在火星上工作了 3 年多。儘管不如海盜 1 號,也比蘇聯人強得多。
當時科學界對火星的了解,全是通過這兩對探測器來獲得的。兩個探測器從火星發回了大量的照片,科學家們看到了火星上有高山,有平原,有河谷衝刷的痕跡。儘管沒有水,但是仍然能夠識別出某個山頭曾經是個小島。遙想當年,也許火星上也曾經大雨滂沱,激流洶湧。那麼火星上有生命嗎?海盜號當時沒有發現任何有機物的跡象。
對了,海盜號發回的照片裡面就有那張著名的「火星人臉」,這可能是海盜號探測器給公眾帶來的最深的印象了。著陸器也發了大量的照片,你想想,足足蹲在火星上 6 年,其他研究花不了多少時間,地震儀摔壞了不工作,除了拍照片,還能幹啥?我們第一次看到原來火星表面就是個「生鏽」的世界,颳起的沙塵暴能席捲整個火星表面。
著名的「火星人臉」
高清鏡頭下的「真實面目」
儘管海盜號探測器非常成功,甚至是物超所值,但是在整個 80 年代,大家都不捨得再花錢了。海盜號前後花了 10 億美元,換算成今天的價格,恐怕 100 億都打不住,地主家也沒有餘糧啊。所以,火星探測就此沉寂下來了。蘇聯曾經在 1988 年發射探測器去探測火星的兩顆天然衛星,這兩個天然衛星是標準的「歪瓜裂棗」,估計根本就不是親生的,火星應該是它倆的「後媽」。不過,蘇聯人的運氣一如既往地差。一顆探測器發丟了,另一顆探測器雖然進入了火星環繞軌道,但是還沒來得及看一眼此行要拜訪的目標——火星的衛星福波斯,就再一次失聯了。然後就沒有然後了。蘇聯自己的壽命也都剩不下幾年了。
1996 年,俄羅斯聯邦認為 1988 年發射的那兩顆福波斯探測器還是不錯的,照著原來的圖紙做改進就夠用了。結果這一次是火箭不靈,第 4 級火箭工作不正常,最後探測器燒毀在了大氣層裡。
進入 90 年代以來,美國人其實也遭遇過失敗,比如 1992 年的火星觀察者就失敗了,在進入環繞火星軌道的前三天,探測器失聯了。1996 年,美國人發射了火星全球探勘者,這顆探測器倒是非常成功,足足工作了 7 年。1996 年,還發射了火星探路者,這個探測器帶了一個著陸器。火星探路者號降落是依靠安全氣囊,就像個皮球一樣在火星表面蹦了好久。這可以算是一種獨樹一幟的降落方法。這下好了,相隔 20 年,人類又一次把著陸器扔到了火星表面,而且這次還帶了一個火星車。火星車可以溜溜達達地到處轉悠,比以前的探查範圍大多了。
1998 年,發射窗口再次來臨。不過這一年是火星探測的災年。這一年,日本的希望號探測器,美國 NASA 的火星氣候衛星、火星極地登陸者探測器全部失敗。最倒黴的是「火星極地登陸者」,純粹是因為公制和英制單位搞錯了才導致反推火箭在離火星表面 40 米的地方提前關機,探測器就這麼結結實實地摔扁了,太可惜了。本來這個探測器還攜帶了一個深空 2 號撞擊器,這東西本來就是用來撞擊火星地表,探查土壤的。結果呢,果然是肉包子打狗一去不回頭了。撞倒是撞了,但是從此沒了信號,估計是撞壞了吧。NASA 推測了幾個原因,是不是路上沒電了,忘了充電?是不是撞擊地點不是鬆軟的土地,而是石頭?各種可能性都有吧。
美國人時來運轉,在進入新世紀以後,手氣非常順。2001 年火星奧德賽號發射升空,第二年到達火星。這傢伙也是個長壽的衛星,主要探測火星南北極冠,探測火星上的雲,探測沙塵暴,還帶了紅外攝像機,用來探測火星上的礦物。火星奧德賽還有個非常重要的任務,就是為 2003 年發射的勇氣號和機遇號火星車提供無線電轉發服務,而且還承擔為 2008 年發射的鳳凰號火星探測器尋找著陸點的任務。鳳凰號著陸在了火星的北極,發現了火星表面有水,還發現了高氯酸鹽。
火星奧德賽號
歐空局發射的火星快車號成功了一半,探測器成功進入了火星軌道,但是釋放的小獵犬 2 號著陸器則失敗了,其實這種事兒出了很多次。開始一切正常,落到火星表面就沒了消息。後來有美國的探測器拍到了照片,可能是太陽能板沒能打開,著陸器沒電了。不過留在軌道上的火星快車還是有重要的發現,那就是火星上居然有甲烷,雖然量很少,但是非常重要。因為火星很小,根本無法靠引力束縛住甲烷這樣的氣體,很快就會逃逸光。但是火星上還是有一些甲烷的,那麼這些甲烷從哪裡來?是不是有一種機制能夠在火星上製造甲烷呢?難道是生命現象?現在還不好下定論。有待進一步的研究。
俄羅斯在 2011 年又做了一次努力,想把福布斯-土壤探測器發向火星,但是又失敗了,連帶我國搭便車的螢火一號一起掉進大氣層燒掉了,看來還是不能搭俄羅斯的便車,他們在探測火星方面,一直在走黴運。
搭載在「福布斯-土壤」探測器內部的螢火一號
美國的好奇號倒是取得了成功。好奇號對火星大氣中的甲烷進行了研究,發現幾乎是 0,似乎火星上沒有生命的跡象。不過這個話不能說死,畢竟有些生命活動是不會釋放甲烷的。好奇號還發現火星土壤裡的含水量還比較高,比過去預計的高了很多。這當然是個好消息。
2013 年,印度發射了一顆火星軌道探測器,印度人也就是嘗個鮮,搭載的儀器也很普通。當然,他們發成功了,這件事很值得自豪,更值得印度人自豪的是,這個火星探測器是有史以來最便宜的一個,妥妥的第三世界範兒啊。美國人可就財大氣粗多了,他們發了一顆探測器,專門去研究火星大氣為什麼這麼稀薄。
2016 年,俄羅斯和歐空局合作,發射了一顆火星微量氣體任務衛星。這是俄羅斯終於靠譜了一次,質子火箭沒有掉鏈子。衛星順利進入了環繞火星的軌道,但是釋放的著陸器又一次失敗了。估計歐洲人和俄國人都已經習慣這樣的結果了。
2018 年美國發射了洞察號火星探測器,美國人手氣總是比較順。這個探測器的目標就是研究火星內部是不是還有熱流輻射出來,說白了就是探測火星肚子裡還有沒有熱乎氣兒。需要在火星上打一個洞。把探杆打進地下,要不然怎麼叫「洞察號」呢。什麼事兒太順利了,總是讓人不放心。果然,鑽探碰上硬骨頭,看似鬆軟的土壤下面居然有不少石頭,打洞就是打不進去,慢慢來吧。
馬斯克是真正的航天愛好者,還是騙子?
2001 年的時候,Paypal 快要上市了。馬斯克的另一個朋友阿迪奧也是搞網際網路的,不過當時他的公司以 8800 萬美元的價錢賣掉了。他成了個有錢但是沒事兒幹的富翁。倆人一起去長島度假。在回紐約的汽車上聊起了太空飛行和火星的話題。馬斯克來勁了,他覺得 NASA 應該在籌劃登錄火星的航天計劃,結果在 NASA 官網上查來查去沒找到。都是一些有關探測火星環境的探測器,壓根就沒有載人上火星的任何構想。NASA 的政策說白了就是「只準看,不準摸」。
所以馬斯克突發奇想,NASA 不做,我們來做嘛。我們可以發射一點花花草草去火星,先看看植物能不能存活。他的朋友覺得可以帶一些小白鼠去火星。反正兩個人就這麼開始聊,最後馬斯克和朋友決定真的去把這件事兒做出來,成立了一家「火星綠洲」公司。
埃隆·馬斯克
他倆是航天小白,所以需要業內人士給予指點。找來找去找到了一個曾經在噴氣推進實驗室工作過的坎特雷爾,這個人後來在多家航天企業工作過,現在自己開了一家航天技術諮詢公司,這個人是個內行。
大家一查資料,發現當時美國最便宜的波音德爾塔 2 型火箭也要 5000 萬美元一枚。太貴了,他們買不起。去歐洲問問,歐洲的阿利亞納火箭也不便宜。
美蘇兩國曾經籤署過限制進攻型戰略武器的相關條約,兩國最先進的飛彈都要銷毀。但是這些火箭都是好東西,與其銷毀,不如拿到民用市場來發射衛星。所以,馬斯克他們直奔莫斯科,和拉沃切金設計局的人以及宇宙運輸航天公司的人一起拼起了伏特加。俄國人也喜歡在酒桌上談生意。他們有一種叫做第聶伯河的運載火箭。其實就是 SS-18 洲際飛彈改造而成的。這東西果然比美國人的火箭便宜得多,但是價錢仍然很高,據說 1 枚要 2000 萬美元。馬斯克他們去了 4 趟莫斯科,不知道喝掉多少伏特加,最後還是甩門而去,沒談成。
馬斯克最後想一想,火箭是什麼?到底哪兒值錢?那一堆鋁合金鈦合金值錢嗎?那一堆碳纖維值錢嗎?燃料又能值幾個錢?火箭的材料成本只不過佔開發總成本的 2%,而這個數字遠遠低於其他機器類產品的材料成本比例。所以,火箭的成本肯定可以大幅降低。
那麼火箭為什麼這麼貴呢?因為航天之路充滿了未知,消滅未知需要海量的資金。所以,航天事業一開始都是依靠國家的力量,不知道經歷了多少次失敗,才有一點點進展。對於美國來講,他們在冷戰時期為了登月計劃,花錢幾乎就像流水一樣,把前面能踩的坑全都踩了一遍。NASA 就像是一個非常優秀的教練員和裁判員,把一個個難題拋到了技術人員的面前,每解決一個問題,美國的整體工業實力就上升一大截。從水星計劃到阿波羅計劃,再到後來的太空梭計劃。已經為美國鍛鍊出一支世界第一的航天隊伍。美國的企業人員流動頻繁,跳槽是家常便飯,這些搞火箭的公司當然也不例外,所以航天技術開始在全社會擴散。所以,大量的技術由航天領域溢出,開始白菜化。
到了馬斯克時代,他所面臨的可不是當年到處充滿未知的時代了。很多事情已經有了答案,而且價錢不貴。火箭發射一次,燃料只要 20 萬美元。但是火箭報價卻要上億,這其中的水份大了去了。其實燃料的消耗並不比飛機高多少。但是為啥飛機票就便宜呢?因為飛機是重複使用,火箭是打一發就扔。要想降低成本,重複使用就是必由之路。
馬斯克開始拼命惡補有關火箭的一切知識,他打算自己來造火箭,造能重複使用的、便宜的火箭。他把能買到的書都買來看了一遍,就連大學課本都沒有漏掉。但是靠他們這幾個人是遠遠不夠的,他開始到處挖人。最重要的火箭設計師穆勒就是他從 TRW 公司挖來的。TRW 公司是美國著名的防務承包商,他們幫助阿波羅計劃開發過登月艙的反推發動機,也開發過美國當時最大的氫氧發動機。但是後來美國政府不給錢了,這個發動機項目黃了。穆勒憋了一肚子氣,索性就跳槽了,到了馬斯克的 SpaceX 公司。
美國太空探索技術公司(SpaceX)
美國的火箭愛好者也是成千上萬。有些人就在家裡弄點橡膠,摻雜一點氧化劑,自己做固體火箭的藥柱。弄個火箭打到幾公裡十幾公裡的高度,拍個照發回來分享,都是非常令人愉快的事兒。別看穆勒是火箭工程師,親自參與過 NASA 的項目,但是他平時自己也愛鼓搗小火箭。他在加州莫哈維沙漠裡發射過自己設計的簡易液體火箭。所以,他們對火箭是真的喜歡,不僅僅是一份養家餬口的工作。
穆勒為在 SpaceX 公司設計出了梅林發動機。這個發動機並沒有採用當時最尖端的「分級燃燒」技術。而是採用了比較簡單的燃氣發生器技術。這樣做是為了便宜,也為了可靠。一個初創公司,先從簡單的事兒做起。雖然這個發動機技術並不新鮮,但是推重比很高,而且能夠深度節流。啥意思呢?就是能壓低到只開 40% 的油門。別的發動機要麼全開,要麼關掉,開小了油門是會熄火的。這個技術恰恰來自於當年登月艙用的那個下降反推發動機。那個傢伙的節流能力甚至到 30%,可見 SpaceX 的技術其實是來自於前人打的基礎。
壓低油門真的有這麼重要嗎?當然啦。你聽我慢慢說。梅林發動機的推力不算大。需要9 臺發動機才能把獵鷹火箭送進太空。其實航天界有個基本的共識,那就是火箭發動機還是少一點好。當年蘇聯用來登月的 N1 火箭,第一級捆綁了 30 臺發動機。控制電腦無法協調這麼多的發動機,顧此失彼。一臺發動機出現振動會影響到其他發動機,再加上 30 臺發動機的燃料管道錯綜複雜,這又平添了不可靠的因素。N1 火箭的 4 次試驗全部失敗,炸得蘇聯人刻骨銘心。
所以,當一些人看到獵鷹火箭居然捆了 9 個發動機,都覺得馬斯克走上了歪路。誰也想不到,馬斯克是個玩捆綁的高手。特斯拉電動車就是依靠幾千顆 18650 電池提供動力的,人家把幾千顆電池的充放電管理得非常好。到了獵鷹九號火箭,他還是這麼玩兒的。當然,現在的計算機技術也不是當時的蘇聯能比的。
獵鷹火箭這麼做,其實有一個很大的原因就是為了回收。火箭的殼子本身是非常輕的。火箭的第一級把上面的部分送入太空以後,燃料基本上燒光了。要想反推減速,不需要那麼大的推力,只需要開 1 臺發動機就夠了,而且還需要這一臺發動機憋小油門,這也只有獵鷹火箭做得到。其他的火箭發動機太大了,要麼全開,要麼不開。推力大小實在是不合適。所以,獵鷹火箭不需要像太空梭那樣帶著個無用的翅膀,只要多帶一點燃料就夠了。因為獵鷹火箭需要攜帶額外的燃料,必然擠佔了一部分載荷的份額。所以馬斯克瘋狂給獵鷹火箭減重。從這個角度來講,馬斯克是激進的。
可是火箭開反推倒退著飛回地面,這個控制難度非常高。馬斯克其實也不是白手起家。麥道公司先前做過一個實驗火箭叫做「DC-X」,這個傢伙是個三角錐形,已經測試過垂直起飛,飛到 100 米的空中懸停,然後橫移 40 米,再緩緩降落。其實這個技術早就有了。所以啊,我們不要以為馬斯克是突然蹦出來的,他是充分浸泡在美國這個技術環境之中,站在巨人的肩膀之上獲得的成功。
美國人先前的太空梭也是一個在技術上非常超凡脫俗的產物,NASA 原以為像這樣重複使用的大卡車總該便宜點,可以一年發射幾十次吧,哪知道這個號稱重複使用的東西居然更貴,就連財大氣粗的 NASA 都養不起了。所以有很多人開始質疑馬斯克,火箭的重複使用真的能省錢嗎?馬斯克還真的做到了,人家發射報價已經是西方世界最低的了。而且重複使用已經是家常便飯。你可能會看到某些獵鷹火箭的第一級居然還帶著上一次燒蝕的痕跡就重新站到了發射臺上。為了省錢,馬斯克連表面功夫都省了,蚊子腿也是肉啊。
獵鷹火箭回收已司空見慣
馬斯克真的成功了,他的成功是商業上的成功,因為火箭不再是必須靠國家的力量來研發的東西,商業公司也能玩得很溜。當然,這並不是說國家不重要,相反,國家是在背後默默支撐,國家付出的努力是在外人看不到的地方。是國家完成了從 0 到 1 的突破,從 1 到 100,還是交給馬斯克這樣雄心勃勃的企業家去幹吧。
馬斯克說到底還是個企業家。比如說星鏈計劃,從構想來看,的確是非常宏大,技術上有突破,商業上有巨大的價值,還可以給自己的獵鷹火箭製造出足夠的需求,實現商業上的良性循環。可是星鏈計劃對地面上的那些大望遠鏡來講,卻是致命的,給天文觀測帶來了抹不掉的障礙。從這一點上講,馬斯克的行為和那些「偷排汙水」的工廠沒什麼區別。商人的優點他有,缺點他也有。馬斯克如何解決這些挑戰,我們等著看吧。
作者:吳京平