如何正確地「黑」SpaceX(二):從獵鷹1號到獵鷹9號

2021-01-08 觀察者網

【文/觀察者網專欄作者 查攸吟】

眾所周知的是,SpaceX在運營早期頗為不順。

獵鷹1號運載火箭從2005年下半年到2008年8月,曾經有過連續3次失敗的記錄。尤其是在2008年8月2日進行的第三次發射,由於發射後異常振動導致的分離故障,將分屬美國國防部和NASA的3枚立方星,以及208名在生前希望死後遺骸能進入太空的顧客的骨灰統統燒毀在了同溫層內。其中包括曾經出演著名科幻電視劇《星際迷航》的美國已故演員詹姆斯·杜漢和阿波羅7號飛船的太空人戈登·庫珀。

位於誇賈林群島的臨時發射場內準備試射的獵鷹1號火箭

不過,隨著梅林1C發動機投入使用,原本折磨SpaceX的發動機燒穿問題得以解決。2008年9月28日,SpaceX使用一枚第一級改用獵鷹1C引擎的獵鷹1號運載火箭,在誇賈林環礁發射基地,將一塊165千克的配重成功送上進入近地軌道。

在創下了「三連炸」劣跡並撒掉了208人的骨灰後,獵鷹1號火箭終於實現了成功入軌。圖為粉絲繪製的2008年9月28日首次入軌景象的CG。雖然喜悅的心情可以理解,但是本圖還是有個明顯錯誤的——因為從火箭上能看到這番景象的時候,第一級肯定已經早已被分離了

從2002年6月成立以來,儘管SpaceX的道路看似坎坷異常,但僅僅3個月後,「奇蹟」就將發生。同年12月23日,NASA宣布將第一批總值36億美元的國際空間站貨運合同,分配給了SpaceX和軌道科學公司(Orbital Sciences Corporation,簡稱OSC),當時距離SpaceX的首次開始火箭發射只有2年時間,距離第一次成功將載荷送入軌道還不到3個月。該合同立即倍增了SpaceX的發言權和市場地位,使這家本來在業界只見嘴炮和笑話的企業,搖身一變成了可能有機會挑戰波音和洛克希德馬丁合資成立的聯合發射聯盟(United Launch Alliance,簡稱ULA)市場地位的潛在競爭對手。因為就在過去的10年裡,後者一直主導著美國的軍、民航天用發射市場,獲取滾滾利潤。也使得總是被砍預算的NASA苦不堪言。而這,正是SpaceX的老大馬斯克所一直期望和努力所追求的目標。

站在SpaceX車間內的艾隆·馬斯克。身邊的零件,應該屬於一艘龍式飛船

SpaceX之所以能夠攬下NASA的太空物流合同(分到了大約16億美元的單子),只靠200公裡近地軌道載荷670千克的獵鷹1號火箭,那純屬痴人說夢。事實上,SpaceX計劃用於投送貨運飛船的載具,是當時尚在紙面上的中型運載火箭獵鷹9號【注釋:此外,包括用來運送貨物的龍式飛船,當時也同樣只有模型和設計圖。只靠圖紙和方案就能攬到十幾億的合同,這黑箱操作的能耐作者也是醉了】。近地軌道運載能力至少10000千克,並能將超過4000千克的載荷送入同步轉移軌道——這就是SpaceX為NASA畫的餅,而NASA居然認了……

基本任務載荷,決定了獵鷹9號必須是一種中型運載火箭。而從梅林1A到梅林1C,儘管SpaceX在火箭發動機領域取得了可喜的進步,但以梅林1C那海平面550千牛的推力,根本是沒能獨立撐起這個運力要求的。怎麼辦?多堆幾個引擎嘛。那麼堆幾個呢?9個!

正在工廠內建造的獵鷹9號。照片攝於2008年

根據設計,獵鷹9號是一種兩級運載火箭。其1.0版本有157英尺高(47.8米),芯級直徑12英尺(3.65米),通常搭載狀態起飛質量為333.4噸。它的第一級將要並聯9臺梅林引擎,起飛推力則是4940千牛(1.0版本)。而上面級發動機也不再是小巧的紅隼,將換用專門優化了真空性能的梅林引擎。看起來很不錯,不是麼?實際上,想要製造一枚運載火箭,有了可靠的火箭發動機意味著成功的一半,但也只是一半。因為,梅林1引擎的單臺推力太弱了。而若想並聯9臺引擎同時工作,那麼勢必要面對可靠性的問題。此外,如何在箭體強度與重量上取得平衡點也是個巨大的問題。

此外,對於SpaceX來說,成本是這家企業的生命。因為自公司成立起,「低成本」就是其主打特色。也正是因為指著這家的「低成本」,NASA才敢於搞出上述之大不韙。那麼,既然引擎已經基本實現了低成本化,除了儘可能挖掘性能外,控制成本是另一個核心問題。

艾隆·馬斯克控制成本的主要手段,無非有二。

首先,大量採用常規商用、工業類電子元器件。相比較價格昂貴換代慢的宇航級器件,這樣不僅有效降低了成本,而且器件採用的技術也更先進、性能指標更好。以CPU為例,宇航級產品雖然壽命高,並且能在極端環境下長期工作,但在工作頻率等指標上通常會比商業、工業級產品至少落後兩代。而火箭畢竟不是衛星、不是深空探測器,它的工作壽命以分鐘計,而非以月、以年計。商業、工業級元器件只要經過嚴格測試,輔以有針對性的輻射防護,完全可以在火箭上使用。

位於加利福尼亞州霍桑工廠的SpaceX員工合影

其次,在研發/生產管理上,網際網路行業投資人出身的埃隆·馬斯克把該行業的管理體制和組織架構引入SpaceX,採用扁平化管理模式。公司內部沒有通常意義上的部門劃分,甚至沒有組織機構圖,各領域的員工平等地參與技術研討、設計和開發等工作,研發與生產的聯繫更為緊密,拋棄了不必要的繁文縟節和複雜低效的冗長管理流程。該公司的粉絲群內曾流傳這樣一個似是而非的段子,儘管真實的可能性極低,但也可以看出在粉絲們心目中SpaceX的管理風格(以及大多數SpaceX「粉絲」的素質):

獵鷹9研發工作的早期,某次發射前,經過計算和分析、上面級發動機的噴管需要調整面積比。如果是傳統的航天系統作風,這個調整從請示報告再到層層批覆、直到最終實施,最快也要一個星期。但SpaceX不走這個套路,現場的技術負責人當場拍板,工程師馬上拿著工具就去把噴管剪掉一截,前後統共幾個小時,搞定。

SpaceX公司麥格雷戈發動機試驗室工作照片,攝於2012年9月

扁平管理,避免繁文縟節這是優點。但如同這個段子裡描述的景象,已經不是在製造火箭了。實際上,就算是一個生產二踢腳的車間,技術人員敢這麼胡來,下場多半也是血的代價。所以段子也只是段子,可偏偏有許多人卻信,而且廣為傳播。

相關焦點

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  • 獵鷹-9號關鍵技術
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  • 獵鷹9號火箭才是SpaceX最大功臣
    對於首枚獵鷹9號火箭來說,暴風雨似乎是個不好的預兆,SpaceX發射團隊剛剛在1天前將其安裝在發射臺上。在2010年春季完成了一系列靜態點火和加油測試後,SpaceX終於獲得了空軍的發射批准,最早於6月4日進行發射。在過去四年裡,SpaceX曾五次嘗試從熱帶島嶼上發射體型更小的獵鷹1號火箭,其中三次發射失敗。
  • SpaceX「獵鷹9號」本周將嘗試陸地著陸
    據外媒報導,觀看SpaceX「獵鷹9號」火箭從佛羅裡達州坎維拉角發射升空然後觀看一級助推器返回並在一架無人駕駛船舶上軟著陸這似乎已經成為慣例。但這家公司的下一個任務則讓獵鷹9號直接返回陸地。當地時間周四晚,SpaceX將在卡納維拉爾角空軍基地發射阿根廷地球觀測衛星Saocom 1B,另還有兩顆較小的太空飛行器--一顆名為Sequoia的商用雷達衛星和一顆名為Gnomes -1的氣象數據衛星。
  • 獵鷹9號又創造歷史了
    馬斯克的獵鷹9號火箭今天將第7批星鏈網60顆衛星送上太空。目前SpaceX公司在太空的衛星已達到了422顆,在越來越多天文學家們的抗議聲中,超越了任何國家和衛星公司,成為世界上擁有衛星最多的組織。但這已不是馬斯克主要關心的了,獵鷹9號這次發射,最重要的意義在於,它已超越阿特拉斯五號火箭,成為美國現役發射次數最多的火箭,而所用的時間,還不到阿特拉斯五號火箭的一半。
  • 獵鷹9號一箭143星
    阿波羅17號指令長尤金·塞爾南(Eugene Cernan)在首次月面行走期間,在阿波羅17號登月地陶拉斯-利特羅谷 (Taurus–Littrow
  • 獵鷹9號的發射與回收:背景知識知多少?
    因此,一個火箭助推器是好是壞,關鍵性的性能指標是它能以多快速度將一個多大質量的有效荷載扔出100千米左右。值得注意的是,達到指定速度所需的能量和速度增長的平方成正比。因此,火箭從0km/h加速到到2000km/h所需的能量,是它從0km/h加速到到1000km/h所需能量的四倍,而非兩倍。
  • SpaceX最終捕獲了獵鷹9號火箭整流罩的兩半部分
    SpaceX 用同樣的獵鷹9號發射了一個韓國軍事通訊衛星。該獵鷹9號曾裝載一對太空人到達國際空間站並於5月返回。並且另一個有趣的發展是,這次SpaceX的使命不僅僅是設法取回了第一階段在海中的的發射器,而且還要取回獵鷹9整流罩的兩半。
  • 獵鷹9號火箭又創造歷史了!
    馬斯克的獵鷹9號火箭今天將第7批星鏈網60顆衛星送上太空。
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  • NASA局長稱讚SpaceX獵鷹9號/載人龍飛船的設計是獨特創意
    Bridenstine在會上分享了與商業部門合作進行太空探索如何幫助他的機構設計出創造性的技術,並特別指出,SpaceX提出了他的機構可能無法單獨提出的解決方案。這位NASA官員的評論圍繞著SpaceX的獵鷹9號運載火箭及其載人龍飛船的幾個關鍵設計領域。
  • 馬斯克的SpaceX「獵鷹9號」本周將嘗試第三次陸地著陸回收(附歷次...
    本周四的發射最初也定在西海岸,但最終轉移到了佛羅裡達並因部分COVID-19大流行的關係而被推遲。z9rednc目前定下的發射時間是太平洋時間周四下午4點19分,屆時人們將看到一級火箭返回Landing Zone 1 (LZ-1) ,其距離發射臺只有7英裡。
  • 從「獵鷹1」到「大獵鷹」 SpaceX火箭真能飛到火星?
    從「獵鷹1」到「大獵鷹」 SpaceX火箭真能飛到火星?近日,美國太空探索技術公司(SpaceX)的新聞有點多。4月,「重型獵鷹」火箭首次商業發射成功;同月,成功拿下價值6900萬美元的「雙小行星變向試驗」(DART)任務訂單;5月,「星鏈」計劃「一箭六十星」發射任務一經披露就成為全球輿論焦點,閃亮的衛星連成線成為夜空中的獨特風景。從「獵鷹1」「獵鷹9」到「重型獵鷹」再到攜帶著星際飛船的「大獵鷹」,SpaceX的火箭是怎樣一步步升級的?
  • SpaceX首次載人航天圓滿成功:今夜,我們只談「功臣」獵鷹9號
    北京時間 5 月 31 日 3 時 22 分,搭載兩名太空人的SpaceX獵鷹九號運載火箭成功升空,並在海上回收一級火箭。這標誌著美國在時隔9年之後終於恢復了將人類送上太空的能力,也揭開了私營航空進行載人航天的歷史序幕。SpaceX的成功,離不開NASA多年的財政支持,但使得SpaceX在市場競爭中脫穎而出的最大功臣,是我們今天的主角——獵鷹9號運載火箭。
  • SpaceX擬發射兩次獵鷹9號火箭 並進行星際飛船試飛
    美國太空探索技術公司SpaceX計劃在當地時間8月29日到31日三天內進行三次發射,包括使用獵鷹9號火箭發射第11批星鏈衛星和阿根廷地球觀測衛星SAOCOM 1B,以及對全尺寸星際飛船原型進行第二次短程低空試飛
  • 發射頻率越來越密集,SpaceX計劃在10小時內發射兩次獵鷹9號火箭
    在解決了一系列小問題之後,SpaceX更換了兩臺獵鷹9號火箭助推器的發動機,有效地重新啟動了休眠數周的軌道發射,並按照美國宇航局(NASA)的嚴格標準進行了上述所有操作。SpaceX將於11月21日(星期六)上午9:17 PST (UTC 16:17)正式開始發射Sentinel 6A海洋監測衛星。