可反复利用的 Dragon V2,载人航天史上的重大进步

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2014-05-30 16:37

SpaceX 过去曾数次试射 Dragon 飞船。2012 年的那一次,飞船还成功与国际空间站对接,再安全降落到地面。但今天 Elon Musk 发布了 Dragon V2。和 Dragon V1 相比,它是一个真正的载人太空飞船。

同时,Musk 还宣布了 Dragon V2 的飞行计划,将在 2016 年载着 7 名宇航员,送去国际空间站。

这 7 名宇航员将在国际空间站里待上一段时间,再乘 Dragon V2 降落到地面。因此,只有他们安全返回地面,Dragon V2 的试飞才能算得上圆满成功。

即便如此,Musk 还是召开了发布会,并在线上直播。如此大张旗鼓,难道他不担心试飞一旦失败,一世英名就此完蛋?实际上,2008 年,SpaceX 签署了定期向国际空间站提供补给的合同。他们在 2012 年发射 12 次 Dragon V1,把物资运往国际空间站。

这相当于,Space X 已经拥有 12 次实际发射太空飞船的经验,而且没有一次是失败的。难怪 Elon Musk 如此踌躇满志。

我们知道载人航空需要花费大量资金。中国神舟 5 号首次载人航空飞行,直接消耗在 10 亿元人民币左右,而自 1992 年载人航空工程启动以来,国家投入的资金约达 180 亿元人民币。换言之,神州 5 号的单人发次成本在 10 亿元人民币,折算成美元也达 1 亿多,成本极其高昂。

falcon-9_croppedElon Musk 认为航天飞行领域存在商机,前提是目前航天飞行的成本太高,不论是火箭、宇宙飞船的研发,还是卫星发射、载人航天。而 Space X 通过 Falcon 9 号证明,低成本研发航天火箭是可行的。2011 年 5 月 4 日,Musk 写了一封公开信,称 Flacon 9 和 Dragon 飞船的研发经费均约 3 亿美元,相比之下 EELV 研发花费 34 亿美元,欧洲的 ATV 货运飞船研发花费 19 亿美元。

而除了能够以低成本的方式投入航天载具的研发外,Musk 还希望通过研发出可供反复利用的航天载具,以达到降低发射成本的目的。2014 年 4 月 26 日,SpaceX 首次实测 Falcon 9 火箭推进级垂直着陆,取得成功。Musk 称,推进级在火箭的成本中占 70%,如果能够这个部分能够重复使用,而不是一次性消耗,就能够节约火箭 70% 成本。

这一次,Dragon V2 改造了推进系统,让它的推力从 100 磅提升至 16000 磅。通过这样的改进,Musk 得以自信的宣布,Dragon V2 能够以 “直升机般的精度降落在地球任何一个地方”。这也意味着 Musk 不光希望火箭能够反复使用,太空飞船也能够反复使用,降低载人航天的成本。

Musk 之前曾大胆预测:10 年之内,Space X 要做到送人类去火星旅行,而往返所需的费用只需要 50 万美元。在可反复利用的火箭推进级以及太空飞船成功研发,并实际应用之后,这样的 “狂言” 似乎不再那么张狂了。

SpaceX 的研发投入、研发效率以及火箭制造成本为何如此之低?根据之前的报道,NASA 曾经总结为三点:

  1. 首先是人力耗费的问题。NASA 有庞大的科研人员,光支付给他们的薪水就占去不少。相比之下,Space X 就精简很多,力图把每一个人的价值都发挥到最大。到 2011 年,Space X 一共才雇佣了 1500 人。这其中还包括火箭发射场的工作人员。
  2. 其次就是机构的设置原因。臃肿的机构让 NASA 在运转过程中颇为缓慢,在各级行政批文中耗费太多精力。期间耗费的时间加上人力,折算成金钱,自然让成本高出很多。而 Space X 则因为私人公司的属性,公司结构清晰明了。Elon Musk 在担任首席执行官的同时,又担任了首席技术官,运作起公司来如臂使指。除去发射场的员工外,大多数员工再同一层楼办公,以硅谷的开放式办公环境降低了交流 成本。
  3. 第三则是高效的现有技术利用率。Space X 力推的 Falcon Heavy 型火箭的蓝本是 Falcon 9 型火箭。在发动机上也使用的是同样的 Merlin 系列发动机。这就省去了大量的研发成本。这也是 Space X 一直致力的方向:采用通用模块化进行技术整合,而非从头开始重新设计。

但除此之外,我认为一颗勇于挑战难题的勇敢之心,和大胆的技术想象力,是 Elon Musk 和 SpaceX 如此开拓进取的原因。

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