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陳藍(lán):星艦首飛爆炸,我們除了上網(wǎng)看還能怎么看?
分享到:具體地說,星艦在以下四個方面值得我們借鑒:
首先,作為商業(yè)航天項(xiàng)目,星艦從設(shè)計(jì)到制造,自始至終都貫徹著成本控制的理念。無論是選用液氧甲烷推進(jìn)劑、不銹鋼艦體、單一發(fā)動機(jī)型號,還是放寬箭體精度要求、露天裝配測試,都是成本導(dǎo)向的結(jié)果。
其實(shí)降低成本并不難,難的是如何平衡降本帶來的風(fēng)險(xiǎn)。有時,低成本帶來的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)比高成本導(dǎo)致的資金風(fēng)險(xiǎn)還小。這就需要經(jīng)驗(yàn)和智慧。SpaceX已經(jīng)在獵鷹九號上證明了它的掌控能力,但星艦項(xiàng)目的規(guī)模和風(fēng)險(xiǎn)更大。SpaceX能否繼續(xù)成功,讓我們拭目以待吧。
第二,星艦完全拋棄了NASA和傳統(tǒng)航天航空企業(yè)的研制體系,效率大為提高,這也許得益于馬斯克的IT行業(yè)背景。SpaceX采用IT行業(yè)流行的快速迭代開發(fā)方式,通過試錯不斷發(fā)現(xiàn)缺陷并迅速糾正。
在獵鷹九號回收上嘗到了甜頭后,星艦也全面采用了這個方式。星艦二級飛船的試飛和著陸從SN5開始,此后經(jīng)歷了一次次爆炸,終于在SN15獲得了成功。不過,飛行試錯必須有低成本作為前提,整箭試錯需要燒的錢遠(yuǎn)多于單級的星艦飛船。正如前面所說,這對SpaceX將是一個重大考驗(yàn)。
第三,星艦雖然沒有采用任何突破性技術(shù),但它在成熟技術(shù)基礎(chǔ)上做了大量創(chuàng)新,其中最突出的創(chuàng)新體現(xiàn)在它的總體設(shè)計(jì)和再入策略上。為了實(shí)現(xiàn)全復(fù)用,星艦二級采用了沒有先例的火箭、整流罩、飛船一體化設(shè)計(jì),以至模糊了它的(火箭還是飛船的)身份。星艦的再入糅合了高空升力體滑翔(航天飛機(jī))、中空水平直落(創(chuàng)新)、低空垂直動力著陸(獵鷹九號)三種方式。它取各家之長,避各家之短,實(shí)現(xiàn)氣動和結(jié)構(gòu)最簡化,可謂精妙無比。此外,一級夾具(俗稱筷子)回收、液冷鋼板代替導(dǎo)流槽和噴水裝置、多發(fā)動機(jī)并聯(lián)(被淘汰后再創(chuàng)新)、性能變態(tài)的猛禽發(fā)動機(jī)等無一不體現(xiàn)了創(chuàng)新智慧。
最后,驅(qū)動星艦研發(fā)的是一個宏大的愿景,這就是馬斯克的火星殖民計(jì)劃。如果沒有火星計(jì)劃,星艦可能就失去了存在的理由?;鹦侵趁襁\(yùn)輸系統(tǒng)有著極致低成本和高頻使用的需求,常規(guī)火箭完全滿足不了這樣的需求。這就逼迫設(shè)計(jì)者進(jìn)行大量的創(chuàng)新,其結(jié)果就是我們看到星艦的這個獨(dú)特設(shè)計(jì)。
不管馬斯克的火星計(jì)劃是不是忽悠和圈套,事實(shí)是它催生了星艦這個史上最大火箭和最大載人飛船。它具備前所未有的能力,理論上可以成為適用于全太陽系的地外飛船,這也是NASA選用星艦作為登月飛船的原因。
以上四點(diǎn)其實(shí)是相輔相成的。低成本是快速迭代的必要條件,遠(yuǎn)見是創(chuàng)新的動力,創(chuàng)新同時也能帶來低成本和高效率。這是獵鷹九號的成功秘訣,星艦正企圖再一次復(fù)制的這樣的成功。
中國商業(yè)航天還在成長初期,潛力巨大但基礎(chǔ)薄弱。中國國有航天企業(yè)實(shí)力雄厚,但效率和成本意識還顯不足。必須承認(rèn),兩者的創(chuàng)新能力和SpaceX相比都存在差距。
不過,我國的信息產(chǎn)業(yè)、新能源和汽車等產(chǎn)業(yè)已經(jīng)證明,只要有適合的發(fā)展機(jī)會和政策,我們就能利用我們的市場規(guī)模和基礎(chǔ)設(shè)施等優(yōu)勢,做出世界上競爭力最強(qiáng)的產(chǎn)品。用當(dāng)今流行語說,中國是世界上最卷的市場,這樣的市場環(huán)境迫使我們不斷創(chuàng)新。我們不僅能在成本控制和效率上做到全球最佳,同時也有能力保持最高的質(zhì)量。
不要忘記,我們還有制度優(yōu)勢。我們在國家層面的資源調(diào)配能力(所謂集中力量辦大事)、高效的決策效率、實(shí)施長遠(yuǎn)計(jì)劃的延續(xù)性和穩(wěn)定性,都是戰(zhàn)略性項(xiàng)目的有力保證,也是商業(yè)航天長期穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)。
我們也不乏星辰大海的宏大愿景:巨型星座、空間太陽能電站、月球和火星基地、小行星防御、太陽系邊緣探索。我們可能是地球上僅有的兩個在太空有如此宏大計(jì)劃的國家之一。
他山之石可以攻玉。無論星艦被說得多么不靠譜,它畢竟是人類已經(jīng)飛起來的最大火箭。如果我們認(rèn)真借鑒星艦的經(jīng)驗(yàn),并把這些經(jīng)驗(yàn)和我們的能力及優(yōu)勢結(jié)合起來,從而打造出中國特色的商業(yè)航天。借助政府巨型航天項(xiàng)目的驅(qū)動和支撐,我們完全有可能在不久的將來趕上甚至超越SpaceX。
讓我們回到現(xiàn)實(shí)。中國航天近年來突飛猛進(jìn)。新一代運(yùn)載火箭長征五號至長征八號采用的高性能發(fā)動機(jī)和環(huán)保推進(jìn)劑,一舉打破多年來航天動力停滯落后的局面。中國運(yùn)載火箭能力提升到了低軌25噸級別,進(jìn)入世界前列。但是,SpaceX獵鷹九號的出現(xiàn)使得我們和美國已經(jīng)縮小的差距又一次拉大了。我們的可復(fù)用火箭還沒首飛,星艦又將橫空出世,差距可能再次拉大。加快可復(fù)用火箭的研制,已經(jīng)成為中國航天最緊迫的任務(wù)之一。
所幸的是,馬斯克已經(jīng)在我們前面趟過水了,我們不需要再付出太多試錯的代價。獵鷹九號已是非常成熟的設(shè)計(jì)。我們在長征八號回收型、長征六號X、民營公司的智神星一號、雙曲線二號和三號上都能看到獵鷹九號的影子。相信過不了幾年,我們就能看到這些型號相繼飛向太空,并以優(yōu)雅的姿勢落到地面。
中國還在研制采用吸氣式高超音速發(fā)動機(jī)的空天飛機(jī),如航天科工的騰云。這是一個全新的賽道。一旦成功,航天發(fā)射成本甚至可以低于可復(fù)用火箭,不僅將實(shí)現(xiàn)對馬斯克的超越,更會改變世界航天格局。
不過,在超重型運(yùn)載工具領(lǐng)域,無論是獵鷹九號和中國上述在研的可復(fù)用火箭,還是空天飛機(jī),都無法取代星艦的地位。中國的長征九號是星艦?zāi)壳耙阎ㄒ坏奈磥硖魬?zhàn)者。按最新設(shè)計(jì),長征九號高114米,最大直徑10.6米,起飛質(zhì)量440噸,地面推力6100噸,低軌能力150噸,奔月軌道能力50噸。這是歷史上已服役和研制中火箭里和超重-星艦最接近的規(guī)模和能力,它將在2030年后實(shí)現(xiàn)首飛。
長征九號模型在珠海航展展出(圖源:作者)
長征九號的設(shè)計(jì)有漫長的歷史,最近幾乎每年都會透露出一個新的版本。追尋它的歷史軌跡,我們會發(fā)現(xiàn)長九的設(shè)計(jì)已經(jīng)越來越多受到星艦的影響。早先的捆綁式助推器消失了,最新版是類似超重-星艦的光桿芯級。即使500噸級液氧煤油發(fā)動機(jī)進(jìn)展迅速,長九最新版還是改成了200噸級甲烷機(jī),一級發(fā)動機(jī)數(shù)量增加到了30臺??苫厥找患壱擦腥肓擞?jì)劃。
超重型火箭成本很高,馬斯克在前面淌水不是壞事,可以讓我們少走不少彎路。這這件事上,我們真的應(yīng)該感謝馬斯克。星艦接下去幾年還會有很多發(fā)射。它的每一次發(fā)射、每一項(xiàng)試錯都可以成為中國航天寶貴的觀摩和借鑒的機(jī)會。希望我們能不斷從星艦的飛行中吸取經(jīng)驗(yàn),然后改進(jìn)優(yōu)化我們的長征九號,最終實(shí)現(xiàn)對星艦的超越。
不過,超越意味著進(jìn)入無人區(qū),就意味著再也沒有人為你試錯和淌水了。事實(shí)上我們在很多領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入無人區(qū)了,比如空天飛機(jī)。這時,星艦給我們的借鑒也許更有價值。我們不僅要關(guān)注成本和效率,更需要創(chuàng)新和遠(yuǎn)見,不然你是無法走遠(yuǎn)的,星辰大海將永遠(yuǎn)只是夢想。
順便提一下,星艦此次軌道首飛失敗,使得人類首發(fā)入軌甲烷箭這個冠冕再次懸空。繼去年12月藍(lán)箭朱雀二號遙一、今年3月相對論空間人族一號后,星艦已是第三發(fā)首飛失利的甲烷火箭。相對論空間已宣布終止人族一號計(jì)劃,重點(diǎn)轉(zhuǎn)向更大的人族R火箭。那么,接下來可能登場的就是朱雀二號遙二、星艦第二次軌道試飛、ULA的火神和藍(lán)源的新格倫號。從時間進(jìn)度上看,藍(lán)箭的機(jī)會可能是最大的。沒想到兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn),最后卻柳暗花明又一村,也許是天意?中美民營火箭輪番上陣比拼,也是從未見過的新氣象。
也許,這樣的比拼將成為常態(tài)。星艦孤獨(dú)求敗的日子遲早會終結(jié)。
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