娛樂巨星：獵鷹火箭

火箭 SpaceX 技術空氣汙染設計跳槽那些事兒航天飛機老和山下的小學僧 2019-06-08

儘管SpaceX的獵鷹火箭是挺了不起的，但吹捧者顯然吹錯了方向，本著降溫原則，總得有人潑點涼水吧！考慮到本文可能是逆清水的一股濁流，先向美國曆代的航天人致敬！毫無疑問，美國是人類航天事業的最大貢獻者，航天實力仍然抵得上各國總和，遙遙領先中國，只是目前可能遇到了點小問題：窮！

以上算是本僧立場的一個申明。

這股娛樂圈的清風，終於吹到了航天界

這標題可不是反諷，能把火箭發射這麼枯燥又專業的行當，硬生生做成了娛樂節目，不但吸引無數粉絲，還能忽悠資本燒錢，這本身也算一種進步，好歹把錢浪費在了有用的地方。

把航天如此專業的領域大眾化娛樂化，並消耗民間資本去押寶尚不成熟的技術（同時滿足個人慾望），究竟利弊幾何，或許過個二十年會更明朗。不過，好不容易回收的火箭，差點又被吹上了天，咱趕緊幫忙摁一下。

運力最強的現役火箭

“這厲害嗎？”

“當然厲害！”

“有多厲害？”

“相當於用鞭炮炸了碉堡！”

發動機是火箭最重要的核心，核心到什麼程度呢？這麼說吧，與其說給火箭配發動機，不如說為發動機配火箭，火箭的整體設計幾乎就是圍繞發動機展開的。所以火箭牛不牛，先看發動機，作為一個好發動機，要做到：推力大，重量輕，油耗低（比衝高）。

這第一瓢涼水，先潑到獵鷹的梅林發動機上。在所有發動機都往“高大上”方向奔走的時候，梅林發動機卻給咱們出了個哲學命題：用幾個普通技術完成一項壯舉，算先進，還是不先進？

梅林發動機的設計理念非常接地氣：簡單、通用、廉價！所以發動機結構毫不猶豫選擇了傳統的“開式循環”，而不是更為先進的“分級燃燒循環”。這兩類型在前文《長五》裡介紹過，簡單複習一下：火箭發動機消耗燃料的速度奇快，因此要一個渦輪泵把燃料抽到發動機裡，這個渦輪泵也是需要動力的。所謂“開式循環”就是分一些燃料驅動渦輪泵，然後廢氣直接排放；所謂“分級燃燒循環”就是把驅動渦輪泵的廢氣再次導入發動機二次利用，這雖然省油，但設計難度不是一般的大，全球只有大毛和中國會玩，美帝原先的航天飛機玩過，現在基本買毛子的。

看到梅林發動機的排氣管了吧，這個廢氣燃燒並不充分，仍然攜帶了很多能量，火箭浪費燃料可不是錢的問題，而是重量的問題，火箭減重的意義遠遠大於妹子減肥！

不過，只要足夠輕，油耗高點照樣飛，於是，SpaceX就開掛了！七尺咔嚓一頓砍，把發動機多餘零件都砍了，重量降到了僅僅468公斤！這一頓砍有多少技術含量呢？眾說紛紜，因為沒人這麼玩過啊，或者說沒人敢這麼玩啊！雖然梅林推力只有80多噸，好在重量輕啊，把你家汽車拆成卡丁車，幾百cc的發動機也能跑得風馳電掣，算一算推重比，妥妥的世界第一。（啥？世界第一了？那技術含量鐵定高啊！寫成標題肯定搶眼啊！）

不過，只要數量多，推力少點照樣飛，於是，SpaceX又開掛了！其實，把多個小發動機捆綁在一起是慣用的方案，因為大推力發動機實在忒難造。你想想，發動機要產生大推力，必然在極短時間內燃燒大量燃料，這種能量釋放速度和爆炸差不多，這麼猛誰也摁不住啊，所以穩定性一直是難點。

那綁在一起有啥問題嗎？先不說增加了多少乾重，可靠性那是相當感人。假設一個發動機不出錯的概率是99%，那麼10個不出錯的概率是90%，20個不出錯的概率是82%，27個不出錯的概率是76%。前文說過，火箭的天敵是振動，幾十個發動機就是幾十個振動源，混在一起產生的耦合振動，能把隔夜飯給振出來。

現在主流火箭一般不超過10個發動機。老毛子曾經把30個發動機綁成一個大胖子登月，被振得一愣一愣，當場撲街！（注意下圖工作人員的高度）

毛子不信邪，又掛了三次才罷手，其中一次炸死了150多個科學家，成為人類航天史上最大規模最悲慘的爆炸！

這套路，中國到了今天也玩不太順。大夥都知道咱們大推力發動機不行，所以長征五號綁了10個發動機，截止目前共發射2次，首飛成功，二飛未到預定高度，原因是芯級的1個發動機出故障（其他9個都正常）。

以SpaceX的研發功底是不可能一口氣上大推力發動機的，為了湊足推力，就把9個梅林發動機綁成一個“獵鷹9號”，再把3個一模一樣的“獵鷹9號”綁在一起，湊成“重型獵鷹”，足足27個發動機，硬是不散架！

更奇葩的是，重型獵鷹的一二級火箭全是用同一款梅林發動機，整個火箭只用一款發動機，或者說，SpaceX也只有這一款發動機。

梅林發動機為數不多的亮點是可以調節發動機推力，理論上講，個別發動機熄火了，可以加大其餘發動機的推力彌補。所以，SpaceX號稱熄火2個都沒事，但實際上，發動機熄火不光涉及推力，耦合振動也會發現變化，最終到底如何就只有天曉得了。

總的來說，梅林發動機在同類發動機裡算得上佼佼者，把現有技術壓榨到了極致，走了一條不尋常的路，但絕不是什麼劃時代的科技精品，這個結論是沒有爭議的。正如SpaceX的老闆馬斯克自己所說：火箭引擎是目前SpaceX所面臨的最大短板。

用一句話概括：SpaceX把桑塔納開出了法拉利的感覺。你說，這算厲害，還是不厲害？

很多人沒注意到，重型獵鷹幹完活，回來的只有兩個助推器，而主火箭的的3臺減速發動機熄火了2臺，最終掉入大西洋。這說明啥？梅林發動機也不是像打火機那樣一點就著嘛！

便宜？

“便宜嗎？”

“便宜。”

“為啥便宜？”

“因為重複使用。”

“呵呵！”

其實獵鷹火箭很少用回收的二手貨，大部分是全新的火箭。也就是說，獵鷹火箭報價便宜並不是因為重複使用，而是獵鷹火箭本身就便宜。

於是，問題來了。如果美帝、毛子、萌萌都不缺心眼，必然在削成本上花了足夠功夫，請問，SpaceX憑了什麼黑科技，能一下子跑到各大流氓前面？

火箭製造涉及的產業鏈非常龐大，SpaceX就算再牛十倍，也不可能全部自己生產，絕大多數部件還得靠買。於是，問題又來了，在核心技術沒有重大突破的情況下，火箭能大幅度降低成本嗎？答案竟然是：可以！

咱一步一步說，液氧煤油火箭的成本，大頭是發動機，其次是火箭殼體，再次是電子設備，最後是推進劑。

獵鷹的梅林發動機因為採用同一型號，在研發、生產、維護上會有成本優勢，而且梅林本身也已經拆的不能再拆了，最後的成本據說可以控制在百萬美元級別。

箭體是輕質箭體，有啥黑科技呢？殼體材料選用的是原加拿大鋁業公司於十幾年前定型的鋁鋰合金，第一，這是普通的航天材料，第二，別人也能買。那為啥在這十幾年時間內，沒人做出獵鷹這麼輕的火箭呢？這款鋁鋰合金雖然輕，但強度還是有些不放心，這玩意兒一旦有破損，瞬間撕成碎片，而傳統的金屬材料多少還是能抗一會兒。所以，這不是技術問題，而是膽量問題。

你以為SpaceX就這點膽子嗎？通常來說，火箭越細阻力越小，但越容易折斷，也越不容易控制飛行姿態。為了降低飛行阻力，獵鷹火箭長度和直徑比例達到了19，僅次於大力神火箭的20，中國長征系列一般不會超過17。這麼細長的箭體要經受27個發動機的劇烈抖動，不得不說是驚世駭俗之舉！

這還沒完，為了減重，SpaceX也是無所不用其極，一二級火箭的分離機構從9個減到了前所未有的3個。為了省錢，大量採用常規商用、工業類電子元器件，而不是專業的宇航級器件。

仔細去看獵鷹火箭，基本找不到新技術新材料，幾乎是把現有技術玩到了極致！所有的設計只透露著兩個字：大膽！

便宜多少錢？

獵鷹9號發射報價6200萬美元，理論近地載荷22.8噸，實際打過的最重衛星應該是一顆6噸的通信衛星。重型獵鷹發射報價9000萬美元，理論近地載荷63.8噸，實際打過的就一個車殼。

這真是友情價了，獵鷹9號摺合運費才2700美元/公斤，即便按照實際發射重量計算，也只有1萬美元/公斤。這價碼，別說在美帝，就算中國也不敢小瞧！

說個非技術的題外話。美帝原先的衛星發射主要是波音和洛馬兩家公司，技術當然是一流的，後來這兩貨聯手搞壟斷，成立了聯合發射聯盟ULA，死活不降價，請他們射一次，開口就是幾個億。咱們在這頭望穿秋水，卻不能發射含有美國零件的衛星。

因此江湖上一直有傳言，NASA把SpaceX扶持起來，就是為了和老油條砍價。果然，NASA給了SpaceX幾個合同之後，ULA立馬慫了，號稱改進了火箭，發射成本也可以控制在1億刀。所以，嚴謹點說，應該是獵鷹降低了火箭發射的價格，若單純從製造成本上說，呵呵，以前不知道ULA到底有多少利潤，現在也不知道獵鷹是不是倒貼了老本。

穩嗎？

你不投錢怎麼成熟？

你不繼續投錢怎麼成熟？

你再繼續投錢就快成熟了！

你放棄了就永遠成熟不了了！

獵鷹9號有50餘次的發射記錄，發射成功率大約95%，對比一下各國自五六十年代至2014年的發射記錄：

這麼一看，儘管獵鷹被削那麼狠，但還是很穩的嘛，果然是天頂星技術啊！別急，這裡還有門道。再按年代或火箭型號分一分，比如中國，發射了13次的長征2F火箭，發射了38次的長征2D火箭，無一失敗，再比如美帝，宇宙神5號火箭70多次發射成功率100%，德爾塔4型火箭系列連續15年無失敗記錄。

問題又來了，95%和100%，有什麼本質區別嗎？先做幾道小學算術題，獵鷹的發射報價是6200萬，ULA（指洛馬和波音倆公司）的同等火箭姑且算1.2億。對客戶來說，每20次節省12億，但每20次得爆一顆，掐指算算，如果你的衛星價值在12億以下，可以考慮獵鷹，否則還是選擇ULA更為穩妥。

但是呢，對SpaceX來說，獵鷹如果要回收，得留燃料減速，運載能力大約打7折，修復回收火箭的費用大約是造價的三分之一，用二手貨打衛星的報價也打7折，這樣算下來，利潤撐死也就1000萬，20次發射頂多賺2億，如果每隔20次賠一顆，不知道這帳該怎麼算。

好在民用衛星的價格不算貴，比如，2015年炸了國際空間站的2噸補給，2016年炸了扎克伯格的衛星，損失都在2~3億左右，這部分才是SpaceX的主要市場所在。

可以很肯定的說，6200萬的報價，很難實現真正的盈利，SpaceX基本靠投資在運營，這風格和咱們的賈老闆頗為相似，只是內涵上要比賈老闆真多了。

其實能用錢解決的問題倒也不算大問題，若換成載人飛行，即便19次太空試驗的價值大於一次損失，我們也不應該支持這種每隔20次就得死人的事情吧？

回過頭說，獵鷹火箭有沒有可能再進步，也做到近乎100%的成功率呢？那這就失去了獵鷹的意義，回到了原先的老路上，而在這條路上，憑SpaceX的功底，是不可能和ULA這些巨頭拼殺的。SpaceX作為一家商業公司，出發點就是把現有技術的價值榨乾，並不打算做航天科技的開拓者，這並無不妥。

火箭也是菜市場

既然有近乎100%的火箭，為啥還留著不中用的火箭？

火箭發射其實高度市場化，和菜市場似的一分價一分貨，衛星有大有小，軌道有高有低，如果發個幾千萬的通行衛星，自然不會選擇幾億的火箭，如果是載人飛行，那誰還會在乎價格？

單論便宜，也輪不到SpaceX，只是獵鷹玩了個垂直回收，外加馬斯克極擅長講故事，所以壟斷了全世界的眼球。隨便舉個粒子，新西蘭和硅谷聯合折騰了一個“Electron”火箭，載荷約200公斤報價490萬美刀，2018年1月份成功搞定一箭三星。

再比如中國的快舟11號，1.5噸載荷報價750萬美刀，連發射臺都給省了，跟打個導彈一樣方便。

再說個題外話，中國的火箭發射一直是出了名的價廉物美，但美帝規定，但凡有美國零件的衛星，都不允許用中國火箭發射，這年頭能有多少人不用美帝零件的！鬧到最後，中國不得不搞衛星製造、發射、維護一條龍服務。所以，中國商業火箭的市場佔有率只有5%左右，這在很大程度上幫助了SpaceX的崛起。

獵鷹的載荷是不能調整的，不管是0.1噸還是10噸，報價一律6200萬，因此在這類微小衛星發射領域，SpaceX並沒有價格優勢，而在另一頭的高端發射領域，SpaceX卻沒有技術優勢。

以可靠性為首要因素的高端領域，依然是ULA這些傳統霸主的地盤，比如載人飛行或者有入軌精度要求的衛星或者深空任務等等。SpaceX上回好不容易拿到軍方合同，先是因為火箭傳感器原因推遲了發射時間，後來把一顆數十億美刀的間諜衛星打到沒影了，因軍方的保密要求，誰也沒多提，有興趣的同學可以搜索關鍵詞：NROL-76。

僅僅兩個月後，ULA稍微把價格降到了1.9億，就順利拿到了軍方合同。在這之前，美國軍方和ULA簽訂的36次發射任務合同，總金額達到110億美元，平均每次發射3億美元。

SpaceX的競爭優勢在於近地商業發射，比如價值兩三億的通信衛星，萬一摔了損失還是能用錢衡量的。這次重型獵鷹發射聲勢浩大，但為什麼只扔了一個車殼？一則是廣告，二則就是擔心摔壞了賠錢，三則入軌精度不足，這次是實打實扔了一個車殼到太空，完全沒有入軌的概念。

獵鷹9號稱20多噸載荷，重型獵鷹號稱60多噸載荷，不過呢，越重的設備越昂貴，對可靠性的要求就越高。我要送幾百萬的寶貝，你卻強調你家快遞全國只收六塊錢，我敢要嗎？一個幾十億的傢伙會在乎火箭發射多幾千萬成本？會用二手火箭？

圖啥？

SpaceX是典型的互聯網思維，不停靠融資把事業往前推，如果押寶成功，可以參考喬布斯，如果最終無法實現盈利，可以參考咱們的賈老闆。

SpaceX雖然是個說大話的公司，但確確實實也做了很多靠譜的事情，SpaceX若能好好收拾收拾獵鷹9號，在中端市場還是能打出一片天地的。但是作為一家以融資推動的公司，必須要有新故事，比如，馬斯克在2015年放話，2020之前要發射4425顆衛星（現有衛星數量總和的3倍以上），實現全球WIFI，2018年初才打上去2顆，眼下顯然是不可能完成了，咋辦呢？互聯網思維的解決方案通常是提出更偉大的目標，於是SpaceX最近把計劃修改成：2025年前發射12000顆衛星。

SpaceX的商業模式就決定了他不得不在移民火星、全球WIFI這些更偉大的項目上燒錢，而不是專心把獵鷹9號的基礎夯得更紮實。

回到技術問題，為了應付可能出現的超預期問題，所有機械都有一定的冗餘，航天也是如此，冗餘在正常情況下是多餘的，帶來重量和製作成本的增加，但這個設計就是為了對付萬一。獵鷹號稱有設計冗餘，可每次一旦出故障，就是爆炸。長征近幾年偶爾也出故障，但也就是衛星入軌有偏差，這才叫設計有冗餘麼，也意味著成本。

獵鷹不顧一切吃冗餘，以成本為驅動的開發模式，是火箭市場很好的一個補充，但這絕不是未來航天的發展方向。