在高达120米的“星舰”系统“站”起来之前,很多人都没听说过博卡奇卡村。它隶属于美国德州卡梅伦县,曾经是个与世隔绝的海滨社区,吸引的游客包括退休老人、户外运动爱好者,以及来度假过冬的“雪鸟”们。
直到SpaceX把星舰基地建到这里,航天爱好者蜂拥而至,以不锈钢飞船为背景,兴奋地留下照片。
三天前,这里曾吸引全球的目光,SpaceX 的“星舰”将首次发射升空。它是人类历史上最大、最强的运载火箭,而且可以被重复使用。按照计划,未来SpaceX将制造1000艘星舰,往来于地球与火星,开展“移民火星”计划。
然而,经过1个小时的焦急等待,首次尝试最终以阀门问题宣布推迟。下一次发射时间被定在了今晚,从9点28分开始,持续1个小时。
这是一场令人期待但不宜预期过高的发射尝试。马斯克说,只要飞船上天,离发射台足够远,不炸毁发射台,那就是成功的。
这份低调,是一次次炸出来的。
原型机已经爆炸了10次
严格意义上说,“星舰”应该被称为“星舰”系统,它由底部的超重火箭和顶部的“星舰”一起构成。超重火箭配备了SpaceX自研的33台“猛禽”发动机,能产生的推力差不多是NASA太空发射系统的两倍。
星舰本身也有发动机,有能力将100吨载荷和100名乘客送入近地轨道,通过“太空加油”还能飞向更远的深空。如果能成,它将把前所未有多的资源和人员送向太空。
目前,星舰系统拥有多个版本,包括测试版、登月版、环月旅行版、货运版、加油版,等等。其中,登月版已获得NASA阿尔忒弥斯计划载人登陆系统合同,计划于2025年执行载人登月任务。
某种意义上,星舰所承载的不光是SpaceX的未来,也是人类进一步探索太空的未来。而这次发射的目标,就是让测试版星舰进入近地轨道,绕地球飞行一圈。
尽管SpaceX此前为顶部的“星舰”前后做了24个版本,依然无法掩盖这是一次“赌博”的事实。2019年,马斯克在推特上透露,SpaceX一直在对星舰原型机进行测试,从SN1开始,每一代都有变化,计划迭代到SN20,装上超重火箭,成为“星舰”系统1.0版本。
测试的内容说起来简单,让原型机飞到指定高度悬停,然后安全下落。垂直起飞、垂直降落,为的是让星舰可以回收,降低发射成本。但也意味着,星舰需要在空中调整姿态,降落时边减速边选角度,稍有差池就可能炸毁。
不过,前4次测试都还没到返航环节,就爆炸了:SN1、SN3没能通过低温压力测试爆炸。SN2通过了测试但尺寸太小,SN4尺寸够了,但在第五次静态点火中发动机关闭后不久,也爆炸了。
直到2020年,SN5完成了150米的跳跃,试飞时间持续约1分钟,让马斯克激动地喊出:火星并不遥不可及。在此之前,矮胖版的“星虫”也成功挑战了这一高度。
然而,现实的巴掌接踵而至。在挑战10公里高度的时候,SN8、SN9、SN10、SN11都失败了,前两个几乎是腹部着地,SN10倒是完成了垂直降落,但不久就起火爆炸,SN11上天和回来时的空中姿态都不错,因为甲烷染料的泄露,再次爆炸。
如果算上更换材料做极限测试过程中爆炸的SN7与SN7.1,从最早的MK1开始到SN11,星舰原型机已经炸了10次。
从10km直接挑战240km
之后,SpaceX决定不再建造SN12、SN13和SN14,直接通过对结构、航空电子设备和软件方面的数百项改进发射SN15,于2021年5月完成了对10公里的挑战。
然后呢?就是这次,直接和超重火箭合体,挑战240公里的高度!你说马斯克慌不慌?
从人类搭建航空航天体系至今,没一家机构像SpaceX这样做飞行测试的。在最密集的时候,SN10和SN11的发射紧紧隔了一周。因为马斯克坚信,只要火箭的生产成本降低,生产效率提升,这些用于收集数据、积累经验的原型机爆炸只是不断迭代的“小代价”。
在SN8爆炸后,马斯克就在推特上还很开心:“我们已经拿到所有需要的数据,恭喜 SpaceX 团队!”SN11爆炸后,他评价:“至少砸出来的坑在正确的地方。”
如此云淡风轻的背后,是SpaceX对火箭制造工艺和材料进行了颠覆,成本降到了原先的百分之一。
无论是创办特斯拉还是SpaceX,马斯克始终坚持“第一性原则”。最早提出这个概念的是亚里士多德。他认为,在任何一个系统中,存在第一性原理,是一个最基本的命题或假设,不能被省略,也不能被违反。
可以简单粗暴理解为,事物的本质。具体到看待问题的方式上,大部分人是通过归纳总结得出结论,必然存在“路径依赖”。马斯克更多是从原点出发,跳出原来的条条框框看待问题,更容易带来颠覆性创新。
拿火箭发射这件事来说,马斯克发现,成本高的原因主要有两点:一是造火箭,发动机等关键部件需要外部采购,二是发射一次无法回收。那只要解决了这两个问题,人类就可以多发火箭,为更频繁的星际探索甚至星际旅行铺平道路。
2002年,在想清楚这两个问题后,他成立了SpaceX,核心目标就是降低太空运输的成本。
像生产香肠一样生产火箭
其实在打造星舰伊始,马斯克也想过“高举高打”,以普遍采用的碳纤维为材料,后来一算,成本至少要几千万美金,无奈只能寻求更便宜的解决方案。但谁也没想到,他会不走寻常路,盯上不起眼的不锈钢。
早在上世纪50年代,美国在推进洲际导弹“阿特拉斯计划”时,就用过不锈钢作为航天器的主要材料,只是当时的不锈钢强度不够。但马斯克他们发现,铬镍含量较高的不锈钢在强度、延展性、耐高温方面的表现都十分出色,和火箭常用的碳合金加碳纤维相比,不仅“性价比”甩出一大截,还更适合“太空旅行”。
按马斯克的说法,一公斤碳纤维的造价在200美元左右,是一公斤304不锈钢的67倍。碳纤维制造需要的专业技术人员,时薪差不多250美元,不锈钢的电焊工时薪不到50美元——“星虫”真就是由电焊工收工打造而成,外形工艺之粗糙让人大跌眼镜。后来,SpaceX研发了专门的电焊机器,进一步降低成本、提升效率。
类似的事情也发生在发动机上。“星舰”系统装配的猛禽发动机,在v1.0的时候造价约为100万美元,v2.0版本的目标价格有望降到23万美元,每吨推力的成本差不多1000美元。
更夸张的是生产效率。2018年2月-2021年7月三年半的时间里,SpaceX制造了100台猛禽v1.0发动机,去年年底,他们已经可以平均每天造出一台猛禽v2.0发动机。接下来他们的目标是每年生产800-1000台发动机。
套用美国太空领域资深记者伦纳德·大卫用来评价中国航天技术的话:“基本上可以像做香肠一样大量生产”。
这就是马斯克常说的:“人们往往高估了设计的力量,低估了制造的力量。”就像2018年,特斯拉开始采用一体压铸的方式生产Model Y,直接降低了40%的成本,制造时间从当初的至少1小时缩短至最短的45秒。
从小开始的星际梦
2018年2月7日,这个值得所有科幻迷铭记的日子。当时人类运力最强火箭,SpaceX旗下的“重型猎鹰”首飞成功,三枚一级箭体全部实现回收。
火箭上载着一辆樱桃红特斯拉跑车,车里放着一个starman假人,中控大屏上写着Don't Panic,车上还放着一条毛巾,一本《银河系漫游指南》,一套微缩版《基地》三部曲,车子的一块电路板上写着:“来自地球,人类制造。
它们将结伴而行,伴着David Bowie的音乐《Space Oddity》,晃晃悠悠告别身后的蓝色星球,奔向火星。
这首以漫游太空为主题的名曲,被用在了雷德利·斯科特《火星救援》、吕克·贝松《星际特工》、漫威电影《银河护卫队》等众多科幻电影里。
这是属于科幻迷马斯克的浪漫。早在一年前,他46岁生日的时候,就许下过这一承诺,他说只要火箭不爆炸,这个组合将在那儿呆上10亿年——后来火箭没有爆炸,但因为偏离航线失联了。
这位在南非出生,从小父母离异又面临校园霸凌的孩子,把大部分时间放到了阅读上。小学时,阿西莫夫的《基地》和托尔·金的《指环王》给了他拯救世界的使命感。12岁时,他编写出了基于Basic语言的太空射击游戏Blastar,卖了500美元。在这个游戏里,玩家被赋予了摧毁外星人太空舰队,拯救人类的责任。
两年后,马斯克接触到了另一部科幻经典《银河系漫游指南》,Don't Panic就出自于此。2016年,他宣布SpaceX生产的第一艘火星殖民飞船叫“Heart of Gold”,和书里那艘由“无限不可能”驱动的太空船同名。
在他眼里,这本书是有史以来最伟大的哲学书。书的开头是:“地球被毁灭了,因为要在它所在的地方修建一条超空间快速通道。”很容易联想到刘慈欣《三体》那句:毁灭你与你无关。或许马斯克带领人类“移民火星”的想法早在那时就种下了。
作为资深科幻迷,马斯克一直是玩梗高手。猎鹰的名字falcon来自于星战的千年隼。猎鹰还有两艘位于海上的回收驳船,名字也有讲究,一艘叫“Of Course I Still Love You” ,一艘叫“Just Read the Instructions”。
两个名字都来自于苏格兰科幻大师伊恩•班克斯的《游戏玩家》,里面有两艘相互有好感的星际飞船。《游戏玩家》还有个更响亮的名字,《文明》的第二卷。
要么死得安然,要么活得绚烂
猎鹰的试飞成功,也是通过一次又一次爆炸积累出来的。最严重的那次发生在2008年,“猎鹰1号”在升空两分钟后与地面失去了联系,当时火箭上搭载着NASA的3颗人造卫星,以及208名希望将骨灰洒向太空的人。
那也是一次将马斯克逼到墙角的失败,他们只剩最后一次机会。他一度崩溃,说自己在地狱里穿行,在抵上自己所有身家,外加员工集资之后,SpaceX成为了世界上第一家能够发射火箭进入轨道的私人企业。
12年后,SpaceX成功发射载人龙飞船,将两名航天员送往国际空间站。他们成了中国、美国和俄罗斯三个国家之后,掌握载人航天技术的私人企业。
2012年,马斯克在接受美国60minutes节目采访时数度哽咽。无论是在特斯拉还是在SpaceX,他都曾站在崩溃边缘。比现实问题更让人难过的,是那些他曾经视为偶像,鼓舞他仰望星空的那些英雄前辈,向他丢来了石头。
在美国,不少资深航空航天从业者认为马斯克根本不懂航天。其中就包括代表人类踏出一大步的阿姆斯特朗,以及他的同事,在月球留下最后一个脚印的尤金·塞尔南。他们旗帜鲜明地反对马斯克的商业航天计划。塞尔南更是公开表示,马斯克是个平庸的人,奥巴马政府不应该支持SpaceX。
“他们是我的英雄,我真的很难过。”马斯克哽咽地说道,“希望他们来看看我们做的火箭。”
类似的情况也发生在特斯拉身上,为了缓解资金压力,特斯拉被迫上市融资,在很长一段时间,华尔街将它评为最不可能成功的公司。2010年,他们曾从美国能源部获得的4.65亿美元优惠贷款,结果被媒体渲染成“特斯拉靠政府补贴才能活下来。”
三年后,特斯拉还清了这笔贷款,比约定时间提前了整整九年,在交完提前还款的罚金后,他们给纳税人赚了2000多万美元的利息。与此同时,站在他们对立面的燃油车代表通用和福特,还迟迟拖欠着美国能源部4亿美元的贷款。在中国,特斯拉也是提前16个月还清了上海超级工厂的14亿美元贷款。
访谈最后,主持人问马斯克:“想过放弃吗?”他回答道:“从来没有,除非我被困住或者死去。”这句话还有另外一个富有诗意的翻译:要么死得安然,要么活得绚烂。
就像即将上天,成功率如抛硬币的“星舰”一样。
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