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载人龙飞船别飘！猎鹰9号火箭才是SpaceX最大功臣

来源: 网易科技报道（原始标题：Forget Dragon, the Falcon 9 rocket is the secret sauce of SpaceX’s success）网易科技讯 6月5日消息 ， 据外媒报道 ， 美国太空探索技术公司SpaceX最近连续创造了两次历史 ， 即实现了私营公司首次载人试射 ， 以及私人航天器与国际空间站首次自动对接 ， 从此拉开了私营航空公司载人航天的序幕 。 然而 ， SpaceX之所以能够取得这些成功 ， 并使其在市场竞争中脱颖而出 ， 最大功臣实际上应该是猎鹰9号运载火箭 。载人龙飞船别飘！猎鹰9号火箭才是SpaceX最大功臣
图1：2010年6月4日 ， 在美国卡纳维拉尔角空军基地 ， SpaceX猎鹰9号测试火箭从40号发射台升空猎鹰火箭是SpaceX创始人兼首席执行官埃隆·马斯克根据《星球大战》系列中的“千年隼”（Millennium Falcon）命名 ， 由于火箭第一级上有9个发动机而得名“9号” 。 2010年6月4日 ， 猎鹰9号火箭成功完成首次发射 。 但在当时 ， 人们还没有意识到这款火箭将会给21世纪的航天领域带来怎样的波澜 。2010年6月3日 ， 随着夏季雷雨从大西洋向内陆滚滚而来 ， 狂风咆哮着席卷了佛罗里达的太空海岸 。 天空仿佛被打开了闸门 ， 暴雨在1小时内给卡纳维拉尔角部分地区带来了7.5厘米降雨量 。 对于首枚猎鹰9号火箭来说 ， 暴风雨似乎是个不好的预兆 ， SpaceX发射团队刚刚在1天前将其安装在发射台上 。 在2010年春季完成了一系列静态点火和加油测试后 ， SpaceX终于获得了空军的发射批准 ， 最早于6月4日进行发射 。在过去四年里 ， SpaceX曾五次尝试从热带岛屿上发射体型更小的猎鹰1号火箭 ， 其中三次发射失败 。 现在 ， 这家公司已经获准进入位于佛罗里达州东海岸、美国最具传奇色彩的卡纳维拉尔角太空港 。 这里布满了昂贵的发射台和无数火箭设施 ， 发射失败造成的损害可能不仅仅是SpaceX声誉扫地 ， 还可能会摧毁国家安全资产 。四座高大的避雷塔在降雨期间保护火箭免受闪电袭击 ， 但风暴后的检查显示 ， 猎鹰9号火箭第二级天线发出的遥测信号十分微弱 。 那天的倾盆大雨肯定进入了电子设备 ， 这对第二天的发射尝试来说是个潜在的威胁 ， 必须被尽快修复 。 为此 ， SpaceX发射总监蒂姆·巴扎(Tim Buzza)、创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)以及航空电子高级总监布伦特·阿尔坦(Bulent Altan)共同驱车前往发射台 。他们在天黑后很久才到达发射台 ， 猎鹰9号火箭已经从垂直发射位置降回水平放置 。 阿尔坦和其他人一样了解航空电子系统 ， 他爬上梯子来到火箭第二级天线所在的地方 。 他揭开盖子评估损失 ， 证实雨水的确进入了火箭的电子设备 。阿尔坦回到地面 ， 与马斯克、巴扎和其他几名工程师快速地商讨起来 。 他们应该试着换掉发射台上的电子产品吗？他们是否需要将猎鹰9号火箭推回机库 ， 并将发射推迟几天？这些方案都不合适 ， 工程师们决定尝试一种低技术含量的解决方案 ， 即采用烘干机 。 阿尔坦回到梯子上 ， 他开始来回挥动烘干机 ， 直到天线及其电子设备看起来干爽为止 。与此同时 ， 在地面上 ， 马斯克和其他人焦躁地等待着 。 SpaceX当时刚刚成立八年 ， 该公司在两年前的濒临破产危机中幸存下来 ， 后来被NASA出资拯救 ， 这笔资金使这次发射成为可能 。 发射台上的猎鹰9号火箭将进行首次试飞 ， 如果一切顺利 ， 该公司可能很快就会开始为NASA向国际空间站运送货物 。 但是 ， 如果失败 ， 有很多怀疑者准备猛烈抨击SpaceX ， 他们不相信马斯克或他的公司能承担起运送太空补给的重任 。在完成烘干工作后 ， 阿尔坦关闭了火箭上的电子舱 ， 并涂上了硅胶密封剂 ， 以便火箭在升入太空时能够存活下来 。 然后 ， 在所有人的注目下 ， 阿尔坦爬回地面 。 当他走下梯子时 ， 马斯克立即带着疑问走了过来 。 他问道：“你觉得明天能够发射吗？”阿尔坦回复称：“这应该能奏效 。 ”马斯克没有说话 ， 只是用眼睛盯着阿尔坦 ， 好像在问 ， 这就是你的最终答案吗？在这种情况下 ， 马斯克想知道阿尔坦是在给老板他想听到的答案 ， 还是在表达自己的真实想法 。 几秒钟后 ， 马斯克再次得到了肯定答案 。 事实证明 ， 一切进展顺利 。 尽管第二天发射时第二级天线的遥测信号仍然没有预期的那么强 ， 但马斯克表示已经足够 。 当地时间2010年6月4日下午2点45分 ， 第一枚猎鹰9号火箭从佛罗里达海岸发射升空 。载人龙飞船别飘！猎鹰9号火箭才是SpaceX最大功臣
图2：2010年6月4日 ， SpaceX首枚猎鹰9号火箭升空时的照片SpaceX此次试飞的第一个目标很简单 ， 即避免损坏其在卡纳维拉尔角的发射台或其他有价值的设施 。 其次 ， 该公司希望火箭能够进入轨道 。 猎鹰9号火箭不仅实现了上述目标 ， 甚至做得更好 。 对于全新的运载火箭来说 ， 第二级发射的精确度令人惊叹 ， 它以34.494度的倾角将自己插入轨道 ， 仅仅略低于35度的目标 。 于是 ， 从10年前开始 ， 猎鹰9号火箭的时代正式到来 。启动商业发射模式刚刚过去的上个周末 ， SpaceX的载人龙飞船登上了所有头条新闻 ， 这是自9年前航天飞机退役以来 ， 人类首次从佛罗里达进入太空 。 但SpaceX在过去10年崛起背后真正的功臣无疑是猎鹰9号火箭 。猎鹰火箭助推器已经创造了许多行业第一 ， 从垂直着陆到可重复使用 ， 再到用第一级上9台发动机进入轨道 。 再聊聊猎鹰火箭的成本问题 。 在10年前首次亮相时 ， SpaceX提供的猎鹰9号火箭基本发射成本为5000万美元 。 经过几次增量上调 ， 自2016年以来 ， 该公司将猎鹰9号火箭基本发射价格定为6200万美元 ， 这给卫星发射行业的竞争对手们带来了巨大的压力 。全球大约三分之二的发射市场实际上不存在竞争问题 ， 因为发射的大多数有效载荷都属于国家 。 例如 ， 俄罗斯和其他航天国家通常会用国产火箭发射军事和科学卫星 。 只有大约三分之一的整体发射市场真正对竞争开放 ， 包括发射卫星网络或为没有发射能力的国家提供通信卫星和成像卫星发射等 。几十年前 ， 美国发射公司放弃了这一商业市场 ， 因为他们开始专注于赢得美国军方更有利可图的发射合同 。 到2006年 ， 当波音和洛克希德·马丁将他们的火箭业务合并为合资企业联合发射联盟公司(ULA)时 ， 美国在竞争激烈的发射市场上所占份额几乎为零 。 美国和国外的客户转向欧洲、俄罗斯和其他地方以成本更低的价格进入轨道 。 与此同时 ， 由于垄断了NASA和美国国防部的发射任务 ， ULA的发射价格也稳步上涨 。猎鹰9号火箭的成功戏剧性地扭转了这一趋势 。 为了降低向国际空间站运送物资的成本 ， 美国宇航局(NASA)从2006年到2010年向SpaceX投资了3.96亿美元 ， 以开发其货运龙飞船、猎鹰9号火箭以及在开普敦建立发射台 。 这项投资促成了2010年6月4日的猎鹰火箭发射 ， 这不仅为NASA带来了更大好处 ， 也为这个国家带来了价值 。NASA局长吉姆·布里登斯廷(Jim Bridenstine)说：“得益于NASA对SpaceX的投资 ， 我们现在拥有大约70%的商业发射市场份额 。 与2012年相比 ， 这代表着很大的变化 ， 当时我们的占有率为零 。 ”比烘干无线电天线更疯狂的事！今年早些时候 ， 有采访人员问及马斯克及关于2010年6月深夜前往发射台的事情 ， 以及猎鹰9号火箭航空电子设备在最后一刻的修复情况 。 采访人员问道：“对我来说 ， 你们坚持第二天发射的决定似乎相当疯狂 ， 但那是一次完美发射 。 ”对此 ， 马斯克回应说：“我做过比烘干无线电天线更疯狂的事！”事实上 ， 在猎鹰9号火箭的第二次飞行中 ， 他们确实干过更疯狂的事情 。 2010年12月初 ， SpaceX将其第二枚猎鹰9号火箭送入发射台 。 这次发射的目的是测试“龙”太空船在飞行和重返地球大气层期间的情况 。 这项任务备受关注 ， 因为SpaceX在太空舱内放了Brouère奶酪 ， 以向喜剧团体巨蟒组(Monty Python)的《奶酪商店》（Cheese Shop）致敬 。但真正的戏剧性事件再次涉及猎鹰9号火箭的第二级 。 猎鹰9号火箭的第二级由单个梅林真空发动机提供动力 ， 它在较大的第一级脱落后将有效载荷推入轨道 。 发动机上有个加长的喷嘴 ， 可以在地球大气层上方获得最佳推力 。 这个喷嘴是由C-103铌合金制成的 ， 属于相当坚固的材料 。猎鹰9号火箭第二次飞行的准备工作进展始终都很顺利 ， 直到12月8日发射前几天的最后一次发射前拍照检查 。 在这些照片中 ， SpaceX的发射团队意识到他们有个严重问题 ， 即喷嘴上出现了裂缝 ， 而且裂缝沿着喷嘴向上延伸了近三分之一 。 原来 ， 大约在发射前一个月 ， SpaceX收到了NASA的要求 ， 希望在火箭的级间添加更多气态氮 。 因此 ， 技术人员在底部铺设了2.5厘米长的管路 ， 并将氮气炸入 。 这股气流导致梅林发动机喷嘴振动 ， 并最终破裂 。火箭在喷嘴破裂的情况下无法发射 ， 而更换它的过程非常繁琐 ， 需要SpaceX加州工厂尽可能快地生产出喷嘴 ， 将其运往佛罗里达州 ， 并安装在火箭上 。 这可能需要长达一个月的时间 。 马斯克讨厌延迟任务日期 。 随着货运龙飞船的发射 ， 他完全知道SpaceX将创造新的历史 。 之前没有任何私营公司将航天器送入轨道 ， 然后安全地将其收回 。 因此 ， 他拿出手机 ， 给公司的王牌技术人员马蒂·安德森(Marty Anderson)打了电话 。马斯克想让安德森带着金属剪刀进入火箭内部 ， 将加长喷嘴剪短 ， 这是解决发动机喷嘴破裂的最快办法 。 安德森接受了任务 。 几个小时后 ， 他乘坐马斯克的私人喷气式飞机从该公司位于加州的工厂飞往佛罗里达州 ， 进入电梯 ， 并乘坐起重机到达火箭级间位置 。 当时 ， 火箭直立在发射台上 ， 很快安德森就把喷嘴剪短了 。较短的发动机喷嘴将使SpaceX火箭的第二级性能略有下降 ， 推进率也会降低 。 但更大的担忧是 ， 此举破坏了一层抗氧化涂层 ， 这可能会导致点火后的某些侵蚀 。 马斯克解释说：“我们认为 ， 只要侵蚀速度不是太快 ， 那就没有关系 。 ”但马斯克并没有最终决定权 。 事后 ， SpaceX不得不说服它的客户NASA相信这个解决方案的可靠性 。 这次飞行的成功将使SpaceX向空间站运送货物又近了一大步 。 另一方面 ， 在龙飞船完成关键轨道测试之前失去它 ， 对NASA和该公司来说都是严重的挫折 。


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