美国猎鹰重型火箭的白菜价格：对我国航天发射成本的巨大压力！

美国太空探索技术公司的猎鹰重型运载火箭首次发射时。是一次无比吸引眼球的超级营销——一辆红色特斯拉Roadster跑车被这枚火箭送入太空，一个身着Space X已经公布的宇航服的“驾驶员”假人“Starman”以非常酷炫的方式坐在驾驶位上。

一同送入太空的，还有一个加固硬盘，上面存储了阿西莫夫的科幻小说《基地》。另外，6000名Space X员工的名字也被刻在饰板上，随着火箭升入浩瀚太空。一时间，埃隆•马斯克，这个出生在南非，拥有加拿大和美国双重国籍的科技怪才和商人，再次成为全球媒体的焦点。

猎鹰重型运载火箭是一个高70米，起飞重量1420.8吨的庞然大物。与之相比，我国目前最大的长征五号运载火箭，相应数据为高56.97米，起飞重量867吨，小了整整一号。起飞时，27台梅林1D液氧煤油发动机同时工作，赋予了猎鹰重型运载火箭多达2280吨的起飞推力，为世界各国现役运载火箭之最。这个推力，仅次于伟大的阿波罗计划所使用的土星五号火箭——3408吨，以及人类另一个疯狂的计划，把“暴风雪”号航天飞机送入太空，推力多达3500吨的苏联能源号火箭。

强大的推力，赋予了重型猎鹰极其可观的运载能力。其近地轨道（LEO）运载能力高达63.8吨，地球同步轨道（GTO）运载能力为26.7吨，火星轨道运载能力也有16.8吨。这些数据，让其他一众现役火箭相形见绌：美空军使用的宇宙神5型运载火箭，最大运载能力为近地轨道19吨，地球同步轨道8.7吨；NASA使用的德尔塔4型火箭，相应数据为近地轨道22.5吨，地球同步轨道13吨；欧洲航天局使用的阿里亚娜5ECA火箭为近地轨道21吨，地球同步轨道10.5吨；我国最大的长征五号运载火箭，则是近地轨道25吨，地球同步轨道13吨；日本的H2B火箭，地球同步轨道仅为8吨。

重型猎鹰运载火箭，在技术特点上采取了最“简单粗暴”的方式——其火箭第一级创纪录地使用了27台梅林1D发动机并联同时工作。对传统火箭来说，这种“推力不足数量补”是一个不得已而为之的做法，因为并联的发动机越多，往往可靠性也会越差，一旦其中一台发动机出现故障，都会对火箭产生致命的威胁。

图片：苏联的N1登月火箭

很典型的反面教训就是苏联当年的登月火箭N1，这种包含五级，仅第一级就使用30台NK-15液氧煤油发动机并联工作的怪物，过于复杂的发动机群导致输送推进剂的管道设计也极其复杂，这也是导致N1火箭最终失败的最直接原因。1976年下马前，N1火箭的4次试射无一成功。

美国人在开发相同级别的土星五号时，走了不同的技术路线，没有像苏联人那样简单地在各级堆砌推力相对不足的小型发动机，而是在每级都使用推力更大的发动机，但减少并联数量。土星五号第一级使用5台F-1发动机，推进剂为液氧和煤油，第二级使用液氧液氢推进的5台J-2发动机，第三极使用单台J-2发动机。土星五号的9次试射全部成功，也证明了这种思路的正确性。

但是，Space X公司则完全颠覆了传统做法。虽然这里有Space X作为商业航天公司，无力直接高价购买俄罗斯的高压补燃循环液氧煤油发动机技术，只好因地制宜研制构型最简单的燃气发生器液氧煤油发动机这种不得已而为之的原因，但也证明了Space X团队深厚的技术功底。他们用相对简单的构型，开发出了梅林1D，这种世界液体火箭发动机中的佼佼者。

梅林1D，这种在包含推力矢量动作器情况下，全重也仅仅为468千克的发动机，地面推力达67吨，真空推力74吨，推重比高达160以上，超越了苏联时代的NK-33，一跃成为人类液体火箭发动机推重比最高的型号。更何况，其他很多型号发动机在计算重量时，压根就没有包括推力矢量动作器，梅林1D推重比的含金量很高。其紧凑的体积，也便于火箭的整体布置。重型猎鹰3.66米的壳体内，一下就塞进了9台梅林1D。

虽然和高端的高压补燃发动机相比，梅林1D这种没有高压补燃循环环节的燃气发生器发动机，从理论上来说，燃烧效率不够高，比冲相对较低，但通过优化设计和先进的制造技术，梅林1D海平面比冲也到了282秒，真空比冲为311秒，不但成为传统燃气发生器循环液氧煤油发动机中比冲最高的型号，其比冲甚至能够与专门设计的真空版高压补燃液氧煤油发动机相媲美。

更为先进的是，由于采取了针栓式喷注器，梅林发动机的涡轮泵流量可以在一个很大的范围内调整，使发动机推力调整范围也很大。这样，本身梅林发动机可靠性就已经很高，再加上发动机推力调节能力强，即便并联的27台发动机有1台出现故障，其他发动机可以迅速自动增加推力进行补偿，大大增强了火箭整体的可靠性。

猎鹰重型火箭更有吸引力的是它极其低廉的成本。通过缩短供应链，尽力做到火箭各个子系统自己设计生产，以及高度商业化的运作模式，Space X将猎鹰重型火箭的发射价格压到了一个难以置信的程度。官网上对其一次发射的报价是9000万美元，这是一个前所未有的低价。相比而言，NASA使用的德尔塔4型火箭，每次发射报价3.36亿美元，欧洲阿丽亚娜5系列火箭的发射报价也超过了2.5亿美元，都比猎鹰重型火箭要高不少——要知道，这些可都是一次性使用的火箭。

更何况，“助推器回收”还是猎鹰重型火箭一个很重要的亮点和卖点。在2月7日的这次发射中，猎鹰重型火箭的两枚助推器就成功回收。按照埃隆•马斯克的说法，使用回收过的“二手”助推器进行再次发射，价格还可以打个七折。这个价格，甚至低于廉价的中国长城公司。中国长城公司长征三号乙运载火箭的发射报价也达到了6000万美元。这会给Space X公司带来商业火箭发射领域前所未有的压倒性价格优势。从单位质量载荷成本看，猎鹰重型火箭发射成本低到了1141美元/千克，几乎是NASA德尔塔4型火箭11660美元/千克的十分之一！

之前，中国的低价优势能让中国在航天发射领域取得一定份额，例如我们曾在90年代就为休斯、摩托罗拉等美国公司发射过26颗各类卫星，近年来也曾为尼日利亚、委内瑞拉等国进行过商业发射，但在Space X公司的巨大冲击面前，这些份额能不能守住，将是个很大的挑战。Space X近来的势头很猛，仅在2017年美国的29次火箭发射中，同属于Space X公司的猎鹰9号火箭就占了其中的18次。

虽然Space X公司当前财务状况并不好，这次如好莱坞颁奖典礼般炒作的发射，也有很强的融资和广告植入成分，但不可否认，猎鹰重型运载火箭的这次发射，将在商业航天领域引起极其激烈的竞争。Space X在技术和运营上，为其他商业航天公司立起了双重的标杆。

我国的国情和航天基础与美国有着很大的差别，工业基础的沉淀还有不小差距。虽然出现了翎客空间、航天科工技术有限公司等以商业模式运作的航天公司，但未来很长一段时间内，不会具备与现阶段Space X相抗衡的商业航天企业。比较现实地说，在技术层面的赶超，例如长征九号这种预计近地轨道载荷140吨的尖端重型型号，还需要“国家队”的力量，商业航天则更侧重于低成本快速发射能力和可回收能力的发展。但整体上看，中美之间的差距正在缩小。在不远的未来，我们也能看到国产3000吨级以上重型运载火箭的腾飞！

发布于：黑龙江