大獵鷹火箭和它的神秘乘客

太空探索技術(shù)公司（SpaceX）的BFR（Big Falcon Rocket，大獵鷹火箭）是一款非常奇怪的運(yùn)載火箭，它屢屢跟著公司創(chuàng)始人埃隆·馬斯克登上各大媒體的首頁(yè)，也曾被無(wú)數(shù)航天愛(ài)好者當(dāng)成飯后談資，并為此爭(zhēng)論不休，但美國(guó)航天業(yè)界卻基本都對(duì)這款火箭熟視無(wú)睹，甚至可以說(shuō)業(yè)內(nèi)少有人把這款火箭“當(dāng)回事兒”。即使如此，作為“火星夢(mèng)”的核心，太空探索技術(shù)公司仍舊年復(fù)一年地更新著B(niǎo)FR的設(shè)計(jì)，每次公開(kāi)都有不同的“噱頭”和“進(jìn)展”支撐著這款火箭的研發(fā)和迭代，今年更是聲稱簽約了一位有意乘坐B(niǎo)FR繞月并且已經(jīng)付下巨額訂金的神秘“土豪”游客，吊足了媒體的胃口。

11月19日夜，馬斯克通過(guò)推特把BFR更名為“星船”（Starsship），號(hào)稱技術(shù)上要有大變動(dòng)，究竟變成啥樣，只能拭目以待了。

2018年當(dāng)?shù)貢r(shí)間9月17日，太空探索技術(shù)公司在加州霍索恩的廠房?jī)?nèi)部召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì)，宣稱公司已經(jīng)簽訂世界首個(gè)乘坐B(niǎo)FR進(jìn)行繞月旅行的乘客合同。近期負(fù)面新聞纏身的馬斯克現(xiàn)身發(fā)布會(huì)，簡(jiǎn)短展示了一年來(lái)BFR的最新變化和進(jìn)展。

2018年的BFR——運(yùn)力縮水，變化不少

BFR是太空探索技術(shù)公司正在研發(fā)的一款可完全重復(fù)使用的運(yùn)載火箭，全箭使用公司自行研發(fā)的代號(hào)“猛禽”的全流量分級(jí)燃燒循環(huán)的液氧/甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)。BFR為串聯(lián)兩級(jí)無(wú)助推器構(gòu)型，一級(jí)稱之為BFR Booster，類似現(xiàn)有的獵鷹9火箭一級(jí)，在分離后可以垂直反推回收并再次利用；二級(jí)稱之為BFS（Big Falcon Spaceship，譯為大獵鷹飛船），類似于航天飛機(jī)的軌道器和一般運(yùn)載火箭二級(jí)的組合體，自帶液氧/甲烷推進(jìn)劑儲(chǔ)箱和發(fā)動(dòng)機(jī)，同時(shí)也擁有可載人或載貨的空間，還可以再入大氣層返回地球或著陸火星表面。根據(jù)發(fā)布會(huì)上公開(kāi)的數(shù)據(jù)，新版BFR的運(yùn)力再次縮水，完全回收復(fù)用狀態(tài)下的近地軌道運(yùn)力從去年公布的150噸縮水至不低于100噸，但是整箭長(zhǎng)度有所拉長(zhǎng)，達(dá)到118米高。具體來(lái)說(shuō)BFR一級(jí)變化不大，變化最大的是BFS部分。公司首次公開(kāi)了BFS內(nèi)部加壓空間為1000立方米，比國(guó)際空間站932立方米的加壓空間還要寬敞。此外，BFS頭部在去年基礎(chǔ)上添加了一對(duì)前翼，氣動(dòng)翼面在真空環(huán)境下并無(wú)作用，所以只是在再入大氣層過(guò)程中用于調(diào)整和維持飛船姿態(tài)，尤其是維持飛船的再入攻角。2017版中BFS的三個(gè)尾翼大幅加大加長(zhǎng)，其中兩個(gè)尾翼變?yōu)榭蓜?dòng)翼面。除此之外，還在尾翼末端布置了可伸縮著陸腿，替代了2017版本中備受詬病的著陸腿設(shè)計(jì)。氣動(dòng)翼面的改動(dòng)使得BFS觀感上更接近航天飛機(jī)。除此之外，BFS的發(fā)動(dòng)機(jī)配置也大幅變化，從原有的4臺(tái)真空版和3臺(tái)海平面版“猛禽”混搭變成了統(tǒng)一型號(hào)。此外，尾部發(fā)動(dòng)機(jī)艙又追加了一圈“裙邊”，官方解釋為底部貨艙。

▲ 2018版BFS

▲ 馬斯克的火星基地愿景

除此之外，太空探索技術(shù)公司還放出了一段猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)71秒長(zhǎng)的試車畫(huà)面，以表示其研發(fā)和試驗(yàn)正按照計(jì)劃進(jìn)行，推力上升至200噸，室壓變?yōu)?0兆帕。此外還曝光了9米直徑碳纖維復(fù)合材料儲(chǔ)箱工裝的內(nèi)部照片，還演示了一段BFS再入地球大氣層直至降落的計(jì)算機(jī)仿真動(dòng)畫(huà)。繞月旅行的流程也進(jìn)行了公開(kāi)，整個(gè)任務(wù)僅需一次BFR發(fā)射，無(wú)需在軌加注。BFS飛掠月球后并不減速進(jìn)入繞月軌道而是直接返回地球，任務(wù)總耗時(shí)5天23個(gè)小時(shí)。

▲ 馬斯克把投資人前澤友作扛到了肩上

總的來(lái)說(shuō)，此次公布BFR設(shè)計(jì)變更主要集中在氣動(dòng)結(jié)構(gòu)上，其他的關(guān)鍵參數(shù)——火箭構(gòu)型、直徑、發(fā)動(dòng)機(jī)等并未出現(xiàn)顛覆性變化，可見(jiàn)BFR的設(shè)計(jì)已經(jīng)基本定型，雖然還需要大量細(xì)致的設(shè)計(jì)和測(cè)試工作，但設(shè)計(jì)方案已逐漸穩(wěn)定。太空探索技術(shù)公司目前計(jì)劃2019年末進(jìn)行BFS懸停實(shí)驗(yàn)，2021年首飛，2024年執(zhí)行繞月之旅?？梢哉f(shuō)，在這次的發(fā)布會(huì)上，太空探索技術(shù)公司一直心心念的火星只能無(wú)奈讓位，浪漫的月球成了新的主角。但其實(shí)并非如此，在BFR前途未卜的時(shí)候，盡可能地用各種項(xiàng)目和噱頭維持它的曝光和研發(fā)才是當(dāng)務(wù)之急。這次有金主主動(dòng)拋出橄欖枝資助和支持BFR，公司自然不會(huì)拒絕。

來(lái)自東方的神秘乘客

▲ 老馬推特上，“大獵鷹”起飛藝術(shù)想象圖

說(shuō)起B(yǎng)FR的這位神秘“金主”正是日本線上購(gòu)物公司Zozotown的創(chuàng)始人前澤友作。前澤友作是日本億萬(wàn)富翁企業(yè)家和藝術(shù)收藏家，他于2004年創(chuàng)立了在線時(shí)尚零售網(wǎng)站Zozotown。截至2017年5月，其福布斯的凈資產(chǎn)為36億美元，位列日本第14位。常言道“有錢就是任性”，前澤友作直接包下了這次環(huán)月之旅，發(fā)起了名為“DearMoon”項(xiàng)目，計(jì)劃邀請(qǐng)6～8名藝術(shù)家和他一同進(jìn)行這次繞月之旅。在發(fā)布會(huì)上，這段邀請(qǐng)伴隨著悠揚(yáng)的《月光》鋼琴曲徐徐展現(xiàn)，BFS飛船環(huán)繞月球的壯美景象也在三維動(dòng)畫(huà)模擬下展現(xiàn)出來(lái)。在后續(xù)的問(wèn)答環(huán)節(jié)，有記者直接詢問(wèn)這張“船票”的價(jià)格，可惜未獲前澤友作的明確答復(fù)。10月9日，前澤又在東京為DearMoon項(xiàng)目舉辦了一個(gè)專場(chǎng)發(fā)布會(huì)，會(huì)上前澤現(xiàn)任女友剛力彩芽也對(duì)此次繞月之旅表現(xiàn)出濃厚的興趣，不僅如此，前澤還表示想為此次旅行設(shè)計(jì)一款特別版艙內(nèi)航天服。

▲ SpaceX公司在南得克薩斯州的新發(fā)射場(chǎng)在經(jīng)歷了36個(gè)月的沉默之后，最近開(kāi)始了一系列的大規(guī)模施工準(zhǔn)備，估計(jì)是瞄準(zhǔn)2019年末的BFS懸停試驗(yàn)

此次繞月之旅究竟耗資幾許，雖然留下了無(wú)限的遐想空間，但終究是理想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)的一次絕佳機(jī)會(huì)。這張“船票”無(wú)疑是BFR研發(fā)的一針“雞血”。太空探索技術(shù)公司的BFR從2016年公布至今，雖屢次登上科技類媒體的頭條，但這款火箭在業(yè)界一直都是“雷聲大雨點(diǎn)兒小”，幾乎沒(méi)有得到過(guò)任何正式的官方資助，僅在2016年1月獲得過(guò)美國(guó)空軍3360萬(wàn)美元的研發(fā)資助以用于猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)，但空軍實(shí)質(zhì)是資助“猛禽”作為“獵鷹9”和重型獵鷹火箭的新型上面級(jí)，而非資助BFR。馬斯克在發(fā)布會(huì)的問(wèn)答環(huán)節(jié)也提到了整個(gè)BFR的研發(fā)費(fèi)用預(yù)計(jì)將耗資50億美元，雖然相對(duì)于美國(guó)宇航局手中“花錢如流水”的重型火箭“太空發(fā)射系統(tǒng)”（SLS）而言，BFR的研發(fā)已經(jīng)十分節(jié)儉，但仍然不是一筆小數(shù)目。“太空發(fā)射系統(tǒng)”目前累計(jì)耗資已近120億美元，而首飛卻依舊遙遙無(wú)期，一推再推。

震驚世界卻沒(méi)人相信的“火星殖民計(jì)劃”

說(shuō)起B(yǎng)FR，還要從馬斯克在2016年的國(guó)際宇航大會(huì)上公布“火星殖民計(jì)劃”說(shuō)起。當(dāng)時(shí)太空探索技術(shù)公司為了證明公司對(duì)該計(jì)劃的認(rèn)真態(tài)度，冒險(xiǎn)提前進(jìn)行了猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的首次整機(jī)點(diǎn)火試驗(yàn)。會(huì)上首次公布了該公司火星計(jì)劃的專用運(yùn)載火箭——ITS（Interplanetary Transport System），中文譯名為“行星際運(yùn)輸系統(tǒng)”。這是一款高122米，直徑12米，起飛質(zhì)量高達(dá)10500噸的龐然“巨獸”，其起飛重量相當(dāng)于將人類送上月球的土星5號(hào)火箭的三倍。當(dāng)然ITS不只是大，其設(shè)計(jì)理念的先進(jìn)性足夠讓所有現(xiàn)役運(yùn)載火箭都黯然失色。該火箭為兩級(jí)構(gòu)型，完全可重復(fù)使用設(shè)計(jì)，支持多次在軌加注，二級(jí)可獨(dú)立進(jìn)入火星或地球大氣層，并著陸在無(wú)預(yù)制著陸場(chǎng)的堅(jiān)實(shí)表面上。全箭采用液氧/甲烷推進(jìn)劑組合，只采用猛禽一種發(fā)動(dòng)機(jī)；為追求高干質(zhì)比，采用了12米直徑的碳纖維復(fù)合材料共底儲(chǔ)箱，這一火箭的曝光在當(dāng)時(shí)來(lái)講可謂“艷驚四座”。

▲ BFR碳纖維復(fù)合材料儲(chǔ)箱的工裝

▲ BFR儲(chǔ)箱工裝內(nèi)部圖

馬斯克會(huì)上提出的這個(gè)雄心勃勃的計(jì)劃基本代表了其“終身夢(mèng)想”的最高潮，這源自于他與之前與“火星協(xié)會(huì)”（The Mars Society）創(chuàng)始人羅伯特·祖布林（Robert Zubrin）博士的接觸。祖布林的“火星直擊”任務(wù)架構(gòu)充分拓展了馬斯克的視野，并支撐了ITS的基本思路，就是利用火星表面的二氧化碳大氣環(huán)境和甲烷化學(xué)反應(yīng)在火星制備返程推進(jìn)劑，再加上可完全重復(fù)使用的地球-火星往返工具，最終實(shí)現(xiàn)大規(guī)模低成本的火星殖民。當(dāng)俄羅斯工程師在早年擊碎馬斯克襁褓中的太空夢(mèng)想時(shí)，他卻在太空探索技術(shù)公司上賭博，終于實(shí)現(xiàn)了獵鷹1火箭的成功。馬斯克的火星定居夢(mèng)想最終在2008年12月初見(jiàn)雛形，自那時(shí)起，馬斯克的愿景就與太空探索技術(shù)公司一起成熟壯大。

2017年，太空探索技術(shù)公司將“獵鷹9”發(fā)展成為世界上第一款可部分可重復(fù)使用的廉價(jià)運(yùn)載火箭，利用低價(jià)和復(fù)用大大改變了航天發(fā)射行業(yè)，狂攬大量發(fā)射訂單。雖然復(fù)用之路還很漫長(zhǎng)，但現(xiàn)如今業(yè)界對(duì)火箭復(fù)用的質(zhì)疑之聲已日漸減少，部分對(duì)手甚至已經(jīng)開(kāi)始謀劃對(duì)“獵鷹9”模式的模仿。“獵鷹9”是完全復(fù)用還是部分復(fù)用其實(shí)已經(jīng)并不重要，它最重要的使命是證明復(fù)用真的可以降低發(fā)射成本。這也是抨擊者最主要的攻擊點(diǎn)，他們認(rèn)為火箭復(fù)用在綜合考慮復(fù)用風(fēng)險(xiǎn)和翻修費(fèi)用后并不省錢，就像2011年無(wú)奈退役的航天飛機(jī)一樣。

馬斯克的演講顯示，太空探索技術(shù)公司計(jì)劃降低前往火星的費(fèi)用和風(fēng)險(xiǎn)，并最終成為一家火星殖民化運(yùn)輸公司。然而，這意味著它必須依靠第三方來(lái)支持在火星上建立和發(fā)展殖民地?；蛘吒卑滓恍仗剿骷夹g(shù)公司需要錢！很多很多的錢！但事實(shí)上，2016年這次公開(kāi)得到的評(píng)價(jià)褒貶不一，有媒體和網(wǎng)友認(rèn)為這計(jì)劃純粹是天方夜譚，絲毫不具可行性；也有人認(rèn)為這是在美國(guó)宇航局在載人火星登陸上蹉跎幾十年而無(wú)作為之后的救命稻草，并為此歡呼雀躍?？紤]到以往大規(guī)模載人深空任務(wù)的難度和天文數(shù)字的支出，“波音”、“洛·馬”、“諾格創(chuàng)新系統(tǒng)”等競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手和中、俄、歐等世界主要航天國(guó)家的相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)此計(jì)劃的反應(yīng)都相當(dāng)冷淡。更耐人尋味的是，作為太空探索技術(shù)公司一路走到今天的最大“金主”，美國(guó)宇航局并未參與到當(dāng)時(shí)ITS的設(shè)計(jì)和發(fā)布過(guò)程中。這一幕一如馬斯克之前所有創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目一樣——理想永遠(yuǎn)豐滿，現(xiàn)實(shí)總是骨感。太空探索技術(shù)公司面臨著缺錢、缺時(shí)間、指標(biāo)太高的窘境，再加上2016年9月1日“阿莫斯-6”爆炸事故的巨大負(fù)面影響，ITS的設(shè)計(jì)一度陷入停滯。

正所謂東方不亮西方亮。2017年2月，太空探索技術(shù)公司又宣布采用旗下重型獵鷹火箭和載人龍飛船啟動(dòng)一個(gè)載人繞月項(xiàng)目，并聲稱已有兩位神秘的私人游客繳納了訂金，有意在人類首次登月50年后環(huán)繞月球，以示紀(jì)念?？上г撚?jì)劃的兩個(gè)組成部分的進(jìn)度一推再推，重型獵鷹火箭直至2018年2月才首次發(fā)射成功，而載人龍飛船目前仍未試飛，暫定于2019年1月首次升空。即使后續(xù)飛船進(jìn)度順利，載人繞月也需要對(duì)重型獵鷹火箭進(jìn)行一系列載人認(rèn)證，還需要對(duì)目前僅適用于近地軌道的載人龍飛船進(jìn)行一系列改裝，這無(wú)疑都將耗費(fèi)公司大量的時(shí)間和精力。重型獵鷹火箭雖然首射成功，紅色特斯拉跑車奔向深空的一幕登上各大媒體首頁(yè)，但實(shí)際上整個(gè)計(jì)劃距離公司原來(lái)設(shè)定的目標(biāo)仍是大幅落后的。

▲ 猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)試車畫(huà)面

對(duì)于“心急就想去火星”的馬斯克而言，這些推遲都是難以接受的。因此太空探索技術(shù)公司在2017年重新規(guī)劃了自己的研發(fā)之路，壯士斷腕般地砍掉了一系列研發(fā)任務(wù)，其中就包括代號(hào)“紅龍”（Red Dragon）的無(wú)人火星探測(cè)項(xiàng)目和載人繞月項(xiàng)目。繞月項(xiàng)目雖然取消了，但這位神秘客戶依然支持著太空探索技術(shù)公司，此次包下飛船的前澤友作其實(shí)正是之前重型獵鷹繞月的客戶之一，只不過(guò)飛船從“載人龍”升級(jí)成了BFS。

從ITS到BFR——大幅縮水，但更靠譜！

在2017年的國(guó)際宇航大會(huì)上，太空探索技術(shù)公司重新起航，大刀闊斧地修改了原有的“火星計(jì)劃”，暫停研發(fā)龐大的行星際運(yùn)輸系統(tǒng)ITS，而是改為相對(duì)更實(shí)際的BFR火箭。BFR的設(shè)計(jì)理念和ITS其實(shí)一脈相承，但規(guī)模大幅縮小，起飛重量從10500噸縮水至3000多噸，完全回收狀態(tài)下的近地軌道運(yùn)力也縮水至150噸?；鸺恼w體量瞬間回縮到人類已經(jīng)具有的土星5號(hào)、能源和N1運(yùn)載火箭的水平，成為一款標(biāo)準(zhǔn)的“重型火箭”。雖然體量縮水，但是先進(jìn)性毫不縮水，重復(fù)使用、在軌加注、復(fù)合材料共底儲(chǔ)箱、二級(jí)整體再入一樣不少。大會(huì)過(guò)后BFR的研發(fā)消息又陷入沉寂，但實(shí)際上太空探索技術(shù)公司并未放松腳步，而是做了以下幾方面工作：

1.選定了位于洛杉磯市圣佩德羅港的一處廢舊廠房作為下一代完全可重復(fù)使用運(yùn)載火箭BFR的總裝廠房。該廠房毗鄰已有的火箭回收駁船港口，距離太空探索技術(shù)公司目前總部霍索恩也不遠(yuǎn)，可以減少日后員工遷移的影響，也便于不能采用公路運(yùn)輸?shù)腂FR火箭通過(guò)海運(yùn)方式送往東海岸的各處發(fā)射和試驗(yàn)場(chǎng)所。

2.為BFR的研發(fā)四處籌措資金，甚至包括向軍方提出訴求，展示BFR在軍事方面的潛在作用，以期望能得到軍方的大規(guī)模資助和青睞。但在2018年10月10日公布的美國(guó)空軍發(fā)射服務(wù)研發(fā)資助項(xiàng)目中標(biāo)結(jié)果中，聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的火神火箭、藍(lán)色起源的新格倫火箭、諾格創(chuàng)新系統(tǒng)公司的歐米茄火箭分別獲得了9.67億、5億、7.92億美元的研發(fā)資助，而太空探索技術(shù)公司參與投標(biāo)的BFR火箭則無(wú)奈落選，未獲得任何資助。

3.繼續(xù)進(jìn)行火箭的詳細(xì)設(shè)計(jì)。雖然目前獵鷹9火箭和載人龍飛船依舊占用公司的設(shè)計(jì)資源，但BFR的設(shè)計(jì)已經(jīng)日益豐滿起來(lái)，尤其是其動(dòng)力核心——代號(hào)猛禽的液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī)?？梢哉f(shuō)進(jìn)入這個(gè)階段的BFR已經(jīng)沒(méi)有退路，只有一路向前，才能讓太空探索技術(shù)公司不至于跌下神壇，于是一年后的今天，太空探索技術(shù)公司進(jìn)一步更新了它的設(shè)計(jì)。

當(dāng)然被推上風(fēng)口浪尖的遠(yuǎn)不止BFR和BFS，“太空發(fā)射系統(tǒng)”也面臨著同樣的“資金危機(jī)”。近期，“太空發(fā)射系統(tǒng)”因?yàn)榻鹾翢o(wú)意外的資金超支和進(jìn)度拖延，又開(kāi)始向美國(guó)宇航局和國(guó)會(huì)哭窮，一邊聲稱首次發(fā)射時(shí)間將推遲到不早于2020年，另一邊聲稱資金的裕量不足，希望繼續(xù)追加投入。實(shí)際上由于“太空發(fā)射系統(tǒng)”和獵戶座飛船已經(jīng)基本綁架了美國(guó)宇航局，這個(gè)項(xiàng)目無(wú)論如何也要走下去，這才給了波音和洛·馬公司肆無(wú)忌憚拖期和超支的底氣。因此指望美國(guó)宇航局能夠拯救太空探索技術(shù)公司的BFR，短期是不現(xiàn)實(shí)的，那么馬斯克能否化緣成功，還要拭目以待了。