馬斯克如何成為宇宙網紅？一文看懂SpaceX產品譜系，要賺錢也要佔領火星

登陸火星不遠了。

文章轉載自：極客電影

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編輯：dada

商業航天公司SpaceX，最近正在經歷一段關鍵時期。

就在本周一，由NASA和SpaceX合作的人類首次正式商業載人航天任務成功發射。

在這個代號為Crew-1的任務裡，NASA是承包方（甲方），SpaceX是服務提供方（乙方）。

△ NASA Crew-1

佛羅裡達州甘迺迪航天中心，SpaceX研發的載人龍飛船搭乘自家獵鷹9號運載火箭點火升空，將4名NASA太空人送往國際空間站。

△ SpaceX獵鷹9號帶著載人龍飛船升空 圖源：NASA

一天後，載人龍飛船與國際空間站完成對接，這次載人發射任務宣告成功。

△ 載人龍飛船與空間站對接 圖源：NASA TV

Crew-1圓滿執行這次任務，標誌著SpaceX正式加入了此前僅有俄羅斯和中國兩個「會員」的「載人航天俱樂部」。

從2006年連續發射火箭失敗，到2020年載人航天發射成功，SpaceX的成長速度著實令人驚嘆；

而就在本月下旬，SpaceX還有一項星艦SN-8的15km跳躍試驗等待執行。

△ SpaceX星艦SN-8

獵鷹火箭、龍飛船、星艦……這些名字酷炫的太空飛行器，不僅幫SpaceX賺到上億美金的融資/訂單，更是「矽谷鋼鐵俠」埃隆·馬斯克實現自己太空夢想的希望。

△ 埃隆·馬斯克的「太空漫遊夢」

只是，這一連串「科幻感」十足的飛船名，有沒有讓你覺得有點暈？

今天我們就對SpaceX太空飛行器譜系作了全面梳理，看完這篇文章你會對它們的定位和所肩負的使命有更清晰的了解。

賺錢組合

獵鷹火箭 + 龍飛船

01

獵鷹火箭

獵鷹1號到9號，成功道路由「失敗」鋪成

2002年6月，太空探索技術公司SpaceX成立，作為太空探索的基礎，第一件事得先能離開地球。

SpaceX決定發射一枚運載火箭向世界證明自己的實力，「獵鷹1號」由此誕生。

獵鷹1號的英文名是Falcon 1，源於星球大戰中的「千年隼」（Millennium Falcon）。

△ 電影《星球大戰》系列中的明星級飛船「千年隼」

身為SpaceX最早的試飛火箭，獵鷹1號直徑1.7米、高約20米，體積很小，和 「千年隼」相比充其量只能算是個「雛鷹」。

△ 有人真的對比過獵鷹1號與千年隼的大小

獵鷹1號在結構上是兩級火箭，每級裝有一臺發動機。

一級推進器在送第二級和載荷（比如衛星）升空到一定高度後，脫離並落回地球，利用降落傘減速降落到海面，實現重複使用。

作為SpaceX最早研發的火箭，獵鷹1號的主要任務是驗證近地軌道運載技術。

2006年3月24日獵鷹1號第一次試飛，發射25秒後引擎上方失火爆炸。

△ 獵鷹1第一次試飛爆炸

截至2008年8月3日，獵鷹1號一共發射了三次，全部以失敗告終。

這些失敗沉重打擊了SpaceX員工的信心，SpaceX公司也到了崩潰邊緣，但埃隆·馬斯克依然鼓勵員工們繼續發射。

△ SpaceX在創立前期曾經有過一段「瀕臨破產」的黑暗記憶

2008年9月28日，距離第三次失敗僅一個多月，通過SpaceX員工連續6周不停歇輪班工作，獵鷹1號第四次發射按時進行。

這次，獵鷹1號將重達165kg的試驗載荷成功送入了近地軌道，運載任務圓滿完成。

△ 獵鷹1號第四次試飛，運載火箭第1節和第2節成功分離

SpaceX因此成為首個成功發射運載火箭的私營企業。

在驗證過運載火箭發射技術後，SpaceX將目標集中在研發更大運量的中型運載火箭。

由此誕生了當前最常被使用，也最多被提及的「獵鷹9號」（Falcon 9）火箭。

△ 獵鷹9號

與獵鷹1號相比，獵鷹9號不止是尺寸大兩倍多，一級發動機也從1臺升級到9臺，推力加倍提升，運載能力增加到8000kg以上。

△ 獵鷹1號和獵鷹9號的尺寸對比

△ 獵鷹9號和千年隼尺寸對比

運力提升了，但獵鷹9號的製造成本也大大增加了。

作為一家商業公司，如何實現「經濟又實惠」的火箭發射，是SpaceX必須解決的難題。

如果能把獵鷹9號的一級推進器（包括外殼和9臺發動機）回收並重複利用，就能大幅降低發射成本。

為此，SpaceX開始了艱難的「垂直著陸」技術驗證。

△ 獵鷹9號第十四次發射，「硬著陸」失敗

△ 「如果有得選，我寧願在成功中汲取經驗。——埃隆·馬斯克」

2010年獵鷹9號首次嘗試發射，直到2016年4月，它終於實現了一級推進器海上著陸回收。

△ 2016年4月8日，獵鷹9號第二十三次發射，實現一級推進器海上垂直著陸

獵鷹9號的「垂直著陸技術驗證」歷經了六年時間、和至少二十三次發射試驗，才最終得以成功。

多個部件可重複使用、一級推進器可垂直著陸回收的特點，讓獵鷹9成為了所有現役運載火箭中利用率最高、設計最獨特的「新星」。

在獵鷹9號基礎上，SpaceX採用三個並聯的獵鷹9一級助推器，研製出了獵鷹重型運載火箭（Falcon Heavy）。

2018年，埃隆·馬斯克就是用的獵鷹重型運載火箭，把那輛著名的特斯拉Roadster跑車送去了地球軌道。

02

龍飛船

能運貨，也能載人

除了把轎車送出地球，SpaceX面臨的真實挑戰是——如何既安全又經濟地把貨物送到空間站。

要解決這個問題，一個安全可復用的太空飛行器必不可少。

2006年在與NASA籤訂太空站貨物運送合同時，SpaceX提出了龍飛船（SpaceX Dragon）這個概念。

這個霸氣的名字來自美國民謠組合Peter, Paul and Mary的一首歌曲《神龍帕夫》（Puff the Magic Dragon），歌詞講述了一個小男孩和他的神龍在海上冒險的故事。

龍飛船的外形是一個傳統的鈍錐形彈道膠囊設計，頂部設有1.27米的正方形對接口，接口面積是俄羅斯飛船對接口的三倍。

△ 龍飛船在馬斯克心目中，可能就是用來遨遊太空的「神龍」吧？

從2010年至今，龍飛船已經進行了二十三次發射。

在這些任務中，除了常規的性能試驗，龍飛船已經多次向國際空間站送貨。

2014年，龍飛船2號（SpaceX Dragon 2）在SpaceX總部進行的媒體活動中亮相，它將專門用於載人航天任務。

在Crew-1任務中，NASA的四名太空人就是搭乘著龍飛船2號去往國際空間站。

△ 龍飛船2號（左）與1號（右）對比

與貨運版龍飛船相比，龍飛船2號尺寸更大，有效載荷量遠高於傳統太空飛行器，最多能同時容納7位太空人。

△ 圖源：中新網（李雪瑤 製圖）

飛船內部增加了座位、窗戶、觸控螢幕控制臺、環境控制及生命支持系統等；對於太空人來說操作更便捷，整體設計風格偏極簡主義，未來感十足。

為了保證安全，龍飛船2號最大特點就是採用了新型的發射逃生系統。

設計者為該飛船配置了8臺「超級天龍座」發動機，如果發射期間遇到危險，這8臺發動機便會立即啟動，將龍飛船2號推離運載火箭，將它送到安全地帶降落。

△ 龍飛船2號逃逸功能測試成功

根據設計指標，一艘龍飛船可重複使用十次左右，它能夠執行低成本、業務化的低地球軌道載人航天飛行任務。

除了將太空人送往空間站，改裝後的龍飛船預計還能執行登月任務，用途廣泛。

隨著Crew-1的成功， 獵鷹9運載火箭搭載龍飛船1號和2號執行載貨或是載人的航天任務，會成為接下來一段時間內SpaceX的主要收入來源。

SpaceX人類太空計劃高級總監本吉·裡德在推特上寫道：

「在接下來的15個月裡，我們將為NASA執行七次機組人員和貨運龍任務。這意味著，從Crew-1開始，SpaceX的龍飛船將持續在軌道上運行。」

SpaceX作為NASA現在最出色的航天服務提供商之一，再也不必為接不著活兒而發愁了。

03

火星組合

星艦 + Super Heavy

SpaceX的創立，其實是為了實現埃隆·馬斯克「徵服火星」的驚人夢想。

多年來，埃隆·馬斯克一直對「移民火星」充滿嚮往，也從不怯於透露自己的計劃。

為了把火星夢想變成現實，SpaceX正在研發一支巨型火箭——星艦（SpaceX Starship）。

△ 星艦停留在火星上的「幻想圖」 圖源：SpaceX

其實這個星際飛船計劃從2005年就開始謀劃，直到17年，馬斯克才將它的名稱由「大獵鷹火箭」（Big Falcon Rocket）正式更改為「星艦」。

它的第一級助推器被稱為超級重型（Super Heavy），第二級宇宙飛船稱為星艦（Starship），而整個巨型火箭組裝起來也叫星艦。

第一級助推器Super Heavy直徑9米，長約70米；

第二級宇宙飛船Starship直徑9米，長約50米。

由於還在原型機驗證階段，星艦的設計細節隨時都在改動；

但根據一些已經確定的性能指標信息，星艦的近地軌道運力將不低於100000kg，是獵鷹9運載火箭的十倍。

△ 再來看看星艦與千年隼的尺寸對比

這麼龐大的星艦，內部活動空間也更大：目前預計它可搭載50人以上，並且這些人都能在飛船內長時間居住。

除了執行地球軌道上的任務，通過在軌加注燃料，星艦還可以完成地月轉移以及直擊火星的任務。

星艦飛船最突出的特點就是閃閃亮的外殼，因為它採用了「違反直覺的設計思路」——以不鏽鋼為主體材料製造火箭結構和推進劑罐。

△ 「亮閃閃」的不鏽鋼材料星艦

根據馬斯克的說法，使用不鏽鋼的原因是「高品質不鏽鋼在低溫下強度能提高50％，並且具有高熔點，雖然重但明顯便宜，造起來很快。」

聽著都挺好，那Starship開發到了什麼程度呢？

讓我們來感受一下SN5原型機的150m跳躍試驗吧！

在這個月下旬，星艦在準備新一輪的試驗，這次是原型機SN8的15km跳躍。

把直徑9米，高50米的飛船扔上15千米高空，再穩穩落下，這個試驗看起來比Crew-1更讓人激動。

網友Erc X模擬了SN8 15km著陸畫面，馬斯克回復「模擬得相當準確」。

一級助推器Super Heavy的原型機建造也在9月份開始，從圖裡可以看到，使用不鏽鋼材料建造起來確實很快。

△ Super Heavy原型機SH1製造現場

據媒體報導，近日埃隆·馬斯克在SpaceX內部郵件中表示：「我們應把星艦視為首要任務。」

面對商業載人航天這個歷史機遇，SpaceX走在了最前面，但並不代表著他們能一直領先。

包括波音公司、亞馬遜創始人傑夫·貝佐斯創立的藍色起源（Blue Origin），以及科學技術應用公司Dynetics，都是SpaceX的競爭對手。

△ 傑夫·貝佐斯的民營太空公司藍色起源，成立比SpaceX還早兩年

在NASA重返月球計劃Artemis的競標中，藍色起源獲得5.79億美元資金，Dynetics公司獲得2.53億資金，SpaceX只獲得1.35億資金。

△ 參與NASA重返月球計劃Artemis競標的公司

再對比一下火箭發射次數，SpaceX到目前為止已經完成了70次以上的商業發射，藍色起源只完成了12次。

但這就是航天項目商業化的另一面，即使其他的公司相比於SpaceX效率偏低、能力不足，NASA也一定會培養出另幾個商業航天巨頭，與SpaceX展開競爭。

對於上升到太空中的「商業大戰」，現在還不知會如何發展，但人類在航天技術的加速卻是實打實的。

在我們有生之年實現人類火星登陸，我覺得已不再是夢，你認為呢？