美國東部時(shí)間6日下午3點(diǎn)45分，Space X旗下的新型火箭，也是現役運力最強火箭——“重型獵鷹”（Falcon Heavy）火箭首飛成功，創(chuàng )造了數個(gè)“之最”和“第一次”。

最強運力的現役火箭：“重型獵鷹”的運載能力，在世界各國的現役火箭中是最強的，一次能將63噸的物資送入近地軌道，是中國“長(cháng)征5號”的兩倍。

最經(jīng)濟的運載火箭：“重型獵鷹”的發(fā)射費用在9000萬(wàn)美元左右，比Delta4號重型火箭低20%左右。其中一個(gè)重要原因是，重型獵鷹”的第一級火箭助推器全部可以回收利用，極大降低了火箭的使用成本。

第一輛上太空的跑車(chē)：馬斯克把此次發(fā)射視作一次寶貴的廣告宣傳機會(huì )，將自己的櫻桃紅特斯拉跑車(chē)裝到了火箭上，跑車(chē)里還坐了一名身穿太空服的假人。

關(guān)于此次“重型獵鷹”的發(fā)射過(guò)程，網(wǎng)上已經(jīng)有太多的報道，國際電子商情來(lái)扒一扒這家全球最大火箭發(fā)射供應商——Space X的發(fā)展歷程以及“重型獵鷹”的關(guān)鍵零部件。

提到Space X，不得不提他們的創(chuàng )始人馬斯克。人們更多地是因為特斯拉電動(dòng)跑車(chē)而知道這個(gè)科技瘋子，但馬斯克涉獵極廣，心里有一個(gè)飛天夢(mèng)。馬斯克非常癡迷科幻小說(shuō)，在隨同升空的紅色特斯拉車(chē)內，就帶有一套微縮版本的阿西莫夫著(zhù)名科幻小說(shuō)——《基地》三部曲。

于是在2002年6月，馬斯克成立了今天成功發(fā)射了“獵鷹重型”超級火箭的SpaceX宇航公司。公開(kāi)資料顯示，馬斯克起初并沒(méi)有得到過(guò)任何美國官方機構的幫助，他從一開(kāi)始走的就是純粹的商業(yè)路線(xiàn)：起初先是想從歐洲和俄國人那里買(mǎi)個(gè)廉價(jià)火箭用，但后來(lái)發(fā)現對方要價(jià)都太高，于是他便成立了Space X公司自己做火箭，而且他還要做完全可以商業(yè)化推廣、價(jià)格親民、成本低廉的“火箭”，要讓更多的人可以實(shí)現探索宇宙的夢(mèng)想。

然而造火箭畢竟不同于造電動(dòng)車(chē)，更別提這是一家由商業(yè)公司發(fā)展的商業(yè)太空飛行項目。在造火箭的路上，Space X經(jīng)歷了核心零部件研制困難、測試爆炸等問(wèn)題，從項目提出，重型獵鷹就不斷遭到以ULA為代表的同行的冷嘲熱諷，馬斯克更是遭受了他心目中的美國英雄尼爾.阿姆斯特朗、尤金.賽爾南的堅決反對。在一次訪(fǎng)談當中，當主持人問(wèn)到“當你心目中的英雄們也在你前行的路上扔石頭的時(shí)候，你心里什么感想”，馬斯克熱淚盈眶，表示心里非常難受…但馬斯克提到，他永遠不會(huì )放棄，除非他被困住或死去。正是他的堅持，才造就了今天“重型獵鷹”（Falcon Heavy）火箭的首飛成功。

圖：馬斯克遭受心目中英雄的冷嘲熱諷，熱淚盈眶

遭技術(shù)封鎖、遇測試爆炸 核心零部件的辛酸研發(fā)路

眾所周知，發(fā)動(dòng)機是決定運載火箭性能的最關(guān)鍵因素，也是決定一枚火箭的基礎。沒(méi)有合適的發(fā)動(dòng)機，就不存在火箭。因為運載火箭幾乎就是圍繞著(zhù)發(fā)動(dòng)機來(lái)進(jìn)行設計的。重型獵鷹能夠首飛成功，其基礎正是不斷發(fā)展升級的梅林（Merlin，亦可譯為“灰背隼”）液氧煤油發(fā)動(dòng)機。

“重型獵鷹”的三個(gè)助推器組成，每個(gè)助推器配備了9個(gè)梅林發(fā)動(dòng)機，總計27個(gè)。在最中間的助推器實(shí)際上是一枚“獵鷹9號”，兩側是重復使用過(guò)的獵鷹9號。

火箭引擎可謂是Space X的短板，不但遭受到了其他企業(yè)以抬價(jià)的手段來(lái)技術(shù)封鎖，自身在研制上也狀況不斷，2017年華盛頓郵報還曾報道SpaceX的一枚火箭發(fā)動(dòng)機在位于德克薩斯州麥格雷戈工廠(chǎng)進(jìn)行測試時(shí)爆炸，讓引擎測試工作受阻。

Space X在引擎的困難在意料之中，作為一家2002年建立的美國商業(yè)航天公司，Spac eX既沒(méi)錢(qián)直接高價(jià)買(mǎi)到俄羅斯的高壓補燃循環(huán)液氧煤油發(fā)動(dòng)機技術(shù)，也沒(méi)有足夠的技術(shù)團隊獨立進(jìn)行高壓補燃液氧煤油發(fā)動(dòng)機的研制，只好因地制宜做起了燃氣發(fā)生器的液氧煤油發(fā)動(dòng)機，研制了最初的梅林1A發(fā)動(dòng)機。

美國航天公司SpaceX的聯(lián)合創(chuàng )始人湯姆-穆勒（Tom Mueller）此前表示，梅林發(fā)動(dòng)機是Space X完全自主研發(fā)而成的。在回憶SpaceX公司開(kāi)發(fā)其招牌Merlin 發(fā)動(dòng)機的過(guò)程時(shí)，穆勒詳細敘說(shuō)了與那些效率低下、價(jià)格奇高的零部件供應商合作的沮喪之情。后來(lái)，SpaceX公司痛下決心從頭開(kāi)始研制自己所需要的大多數零部件。“我們就像躲瘟疫一樣躲著(zhù)太空供應商。”

但是，梅林發(fā)動(dòng)機不可能完全由Space X自研完成，肯定有所借鑒。梅林發(fā)動(dòng)機的設計源頭頗為駁雜，技術(shù)來(lái)源眾說(shuō)紛紜。不過(guò)，美國的火箭發(fā)動(dòng)機型號雖然繁復浩瀚，但萬(wàn)變不離其宗，其技術(shù)傳承和演進(jìn)是有一個(gè)較為明確的路線(xiàn)與參考的。

大致上，我們由于梅林引擎的針栓式噴嘴構造，將其視為阿波羅下降段引擎演進(jìn)線(xiàn)上的產(chǎn)物。而且在其具體的設計思想上，明顯是參考了馬歇爾航天中心的Fastrac廉價(jià)發(fā)動(dòng)機。

出身湯譜森-拉莫-伍爾德里奇公司的SpaceX的總工程師Tom Mueller，畢竟是在TR-106引擎（使用針栓式噴嘴，氫氧燃料）的開(kāi)發(fā)過(guò)程中積累了豐富的經(jīng)驗。在其投奔新東家后，適當借鑒參與過(guò)的項目，取其精華加以利用，實(shí)在也屬于情理之中的事情。而針栓式噴嘴的優(yōu)點(diǎn)也非常的多。包括穩定性好、加工維護便宜、節流調速容易等。那么，在相關(guān)專(zhuān)利已經(jīng)失效的前提下借鑒過(guò)來(lái)，也是合情合理的。

不過(guò)，盡管優(yōu)點(diǎn)多多，針栓式噴嘴的固有缺點(diǎn)，卻也在梅林發(fā)動(dòng)機的設計和制造過(guò)程中把整個(gè)團隊坑得不輕。

針栓式噴嘴構造對冷卻的要求很高，所以最初的梅林1A與1B，均不可避免的遇到了過(guò)熱的問(wèn)題。由于梅林系列發(fā)動(dòng)機在其開(kāi)發(fā)初期堅持采用了可靠性和效率都很糟糕的燒蝕冷卻方式，所以發(fā)動(dòng)機過(guò)熱燒穿的問(wèn)題，一直團隊在早期面臨的最大挑戰。最早的獵鷹1型火箭，就屢屢在發(fā)動(dòng)機的問(wèn)題上吃癟。直到被搞煩了的SpaceX決定下大力氣部分推倒重來(lái)——從1C改進(jìn)型開(kāi)始，將發(fā)動(dòng)機冷卻模式改為回熱冷卻式，徹底放棄燒灼冷卻模式，這才基本解決了過(guò)熱的問(wèn)題。

此外，Merlin 1C Block II改進(jìn)型發(fā)動(dòng)機性能有了很大提高，海平面推力提高到56.7噸，比沖為275秒，真空比沖304秒，最重要的是它的重量只有653公斤，比增推前的Merlin 1C還輕了3公斤，因此推重比提高到96，這也是Merlin 1系列發(fā)動(dòng)機首次在推重比上初現崢嶸。

圖：小巧的Merlin 1C發(fā)動(dòng)機

新一代的Merlin 1D實(shí)現了脫胎換骨的飛越，這種發(fā)動(dòng)機無(wú)論是設計還是性能都有了革命性的提高，而且本身還細分了多個(gè)升級的亞型號，性能不斷提高，讓Merlin發(fā)動(dòng)機真正成為世界液體火箭發(fā)動(dòng)機中的佼佼者。

上文提到針栓式噴注器容易實(shí)現深度節流，但從Merlin 1A到Merlin 1C Block II這些發(fā)動(dòng)機實(shí)際上都沒(méi)有節流能力，直到Merlin 1D發(fā)動(dòng)機才充分利用針栓式噴注器的天然優(yōu)勢，實(shí)現了發(fā)動(dòng)機節流功能。

梅林1C基本固定了當前經(jīng)典版梅林引擎的所有特性。在其基礎上開(kāi)發(fā)的1D，則是進(jìn)一步的減重與優(yōu)化設計。最終，在設計團隊的竭盡所能之下，其燃燒室壓力較之1C提高了近五分之二，接近100個(gè)標準大氣壓力，使得性能有了大幅的提高。

圖：Merlin 1D發(fā)動(dòng)機

Merlin 1D發(fā)動(dòng)機的推重比很高，但這還是包含推力矢量作動(dòng)器的，而很多發(fā)動(dòng)機統計時(shí)不包含這個(gè)部分，這樣的高性能實(shí)在令人高山仰止。事情還沒(méi)有結束，太空探索技術(shù)公司又升級研制了Merlin 1D+發(fā)動(dòng)機，它的推力和推重比進(jìn)一步提高，真空推力提高到約84噸，推重比達到了180，同時(shí)發(fā)動(dòng)機燃燒時(shí)壓強進(jìn)一步提高到10.8兆帕，比沖略有提高。使用Merlin 1D+發(fā)動(dòng)機的型號被稱(chēng)為獵鷹九號V1.1全推力版，這也是2015年12月首次發(fā)射，并成功實(shí)現陸上垂直降落回收的那種火箭。

縱觀(guān)美國航天界琳瑯滿(mǎn)目的火箭發(fā)動(dòng)機貨架，比之更優(yōu)秀的產(chǎn)品比比皆是。例如航天飛機的主發(fā)動(dòng)機，大名鼎鼎的洛克達因產(chǎn)航天飛機主發(fā)動(dòng)機（SSME）。其采用液氫液氧燃料、高壓補燃循環(huán)、可以重復使用，海平面比沖達366s、海平面推力約190噸。其性能不知甩開(kāi)梅林1D幾條大街。

實(shí)際上，目前目前聲名大噪的獵鷹9號運載火箭的成功之處，就在于其采用了梅林這樣的“大路貨”。但是，Space X是一家典型的商業(yè)公司。它的宗旨是搶占市場(chǎng)，獲得業(yè)務(wù)，最終實(shí)現盈利。而不是設計和制造更棒更強的火箭，為航天事業(yè)做出貢獻。開(kāi)發(fā)梅林系列發(fā)動(dòng)機的基本要求就是廉價(jià)。即便是最新型的梅林1D，推算價(jià)格也僅百萬(wàn)美元級別。與之相比，性能遠勝的SSME，其價(jià)格卻是以千萬(wàn)計的。此外，不但是發(fā)動(dòng)機本身的價(jià)格相差懸殊，采用煤油為燃料的梅林引擎與采用液氫為燃料的SSME，其使用成本也相差懸殊。

十年磨一劍 終成全球最大商業(yè)發(fā)射供應商

在美國，一個(gè)私人公司真能做火箭嗎？他哪兒來(lái)的人才呢？

這里就要提一下當年美國和前蘇聯(lián)的太空爭霸歷史了。我們都知道早在上世紀50-60年代，在我們新中國剛剛建立，工業(yè)化才剛剛起步時(shí)，美蘇兩大超級大國就已經(jīng)開(kāi)始用火箭把宇航員往太空中送了。其中在60年代末期，美國人甚至研發(fā)出了今天都還沒(méi)有任何國家能超越的“土星5號”超級重型火箭，其載荷比今天的“獵鷹重型號”還要多出近一倍，并成功把美國宇航員阿姆斯特朗等人送上了月球。

于是，這起步極早且早在半個(gè)世紀前就已經(jīng)達到驚人高度的美國航天業(yè)，自然也給今天的美國培育了大量的航天人才以及可供民間企業(yè)使用的豐富航天資源。

而馬斯克也成為了 “前人種樹(shù)、后人乘涼”的受益者，在Space X于2002年成立后，他迅速網(wǎng)羅了一大批擁有豐富航天科技經(jīng)驗的人才，比如他的副手湯姆·穆勒（Tom Mueller）。

說(shuō)起來(lái)也有趣，這位穆勒先生原本是給美國官方的宇航局（NASA）打工的，在NASA的一家供應商擔任火箭引擎的工程師。然而，由于體制原因，他原本參與的一個(gè)“低成本火箭引擎”國家級項目被當時(shí)新上臺的美國總統小布什給“砍”了。結果這位動(dòng)手能力極強，甚至能在自己家里就造出小型簡(jiǎn)易火箭引擎的工程師，就這樣被馬斯克招攬了過(guò)去，成為了今天SpaceX公司的靈魂人物，為馬斯克的公司打造出了今天成功令“獵鷹重型”火箭升天的梅林引擎。

不過(guò)，羅馬也并不是一天建成的。在“獵鷹重型”成功的道路上，馬斯克和穆勒等人也付出了大量的心血乃至不少失敗的代價(jià)。尤其是馬斯克今天之所以能讓綁著(zhù)27個(gè)梅林引擎的“獵鷹重型”順利升天，打破了之前所有人對這一結構穩定性的強烈擔憂(yōu)，正是因為他的團隊過(guò)去10多年來(lái)都在努力做好的一件事：不斷完善梅林這款火箭引擎，以及圍繞該引擎而打造的核心產(chǎn)品 “獵鷹9號”火箭，并隨著(zhù)技術(shù)的成熟而不斷降低成本。

是的，馬斯克的團隊10多年來(lái)的投入和精力，只是為了把一款火箭做精，把一個(gè)引擎做強。

于是，他們不僅實(shí)現了今天在“獵鷹重型”上的成功，他們的“獵鷹9號”火箭更是成為了目前全世界成本最低廉，性能也最為穩定可靠的火箭，也因此成功占據了目前全世界火箭商業(yè)發(fā)射市場(chǎng)的絕對份額，幾乎把原本占據市場(chǎng)主流的歐洲和俄羅斯全都擠了出去！

不僅如此，馬斯克的團隊還在3年前就在全世界率先實(shí)現了火箭“回收”的技術(shù)，從而“顛覆性”地解決了火箭發(fā)射最主要的成本問(wèn)題。

趁熱打鐵 馬斯克宣布Space X后續飛天計劃

在獵鷹重型火箭成功發(fā)射之后，Space X首席執行官埃隆·馬斯克在隨后的新聞發(fā)布會(huì )上說(shuō)，Space X公司現在將開(kāi)始認真關(guān)注下一個(gè)大型航天運載火箭“BFR”（big f*cking rocket）。

馬斯克說(shuō)，BFR可能會(huì )在明年準備好“與飛船進(jìn)行短途飛行”。這本質(zhì)上是“復雜性不斷增加”的飛行，目的是要走出地球大氣層，然后“回來(lái)并測試其隔熱層”，因為BFR的主要目的就是為了幫助人類(lèi)在地球、火星和更遠的地方生存。

馬斯克在獵鷹重型火箭發(fā)射后的一篇媒體報道中稱(chēng)，“圍繞這個(gè)項目有很多不確定因素，但這將是我們的重點(diǎn)。我們幾乎完成了獵鷹9號和獵鷹重型火箭的任務(wù)。在block 5 (獵鷹9號的最新修正版本)之后，我們不再更新獵鷹9號或獵鷹重型火箭，還有龍船和龍船2號(Space X目前正在開(kāi)發(fā)的船員艙)。 馬斯克補充說(shuō)，在BFR的設計充滿(mǎn)挑戰，“這艘船是迄今為止最困難的，因為這將包括火星在內的行星的超級軌道速度，比從軌道上進(jìn)入地球要困難得多。”