太空进化史 · EP 10 · FINAL

火箭首次归来的那一天,
以及奔向火星

2015年12月21日20时33分(EST)。卡纳维拉尔角。发射升空的Falcon 9一级 — 在发射9分30秒后,笔直地返回发射台并着陆。这是太空产业58年来的范式转变。发射成本从每公斤2万美元降到了1500美元。而后,到了2026年 — Artemis将把人类再次送上月球。这是系列的最终篇。

10分钟阅读 2026.05.05 2015 → 2030 · FINAL

012015.12.21 — 返回发射台的第一枚火箭

EP09结束时 — SpaceX凭借Falcon 1第四次发射成功活了下来。但马斯克真正的目标是 — "可重复使用的火箭"。从1957年的斯普特尼克到2015年,所有火箭的一级 — 在发射后都坠入大海被抛弃。就像卡车用一次就报废一样。马斯克的一句话:"这才是太空昂贵的真正原因。"

2010-2015年间,SpaceX对Falcon 9 — 进行了5次着陆尝试。全部失败。爆炸、坠毁、落入大海。互联网上流传着SpaceX爆炸视频合集。航空航天业界的老兵们 — 说"这是不可能的。一旦飞上去再回来 — 火箭损坏得太严重,根本没有意义"

2015年12月21日。卡纳维拉尔角LZ-1。Falcon 9 Flight 20。在载荷(11颗ORBCOMM卫星)进入轨道后 — 一级助推器分离。4片栅格翼(grid fin,格栅状的操控翼)展开。一台自身推进发动机重新点火 — boostback burn。再入大气层 — entry burn。最后 — 以landing burn笔直地降落在发射台LZ-1上。仅用9分30秒,就从80km的高空重返地面。

▶ AUTO LOOP
2015年12月21日20:38 EST。降落在卡纳维拉尔角LZ-1上的Falcon 9一级助推器。人类历史上第一次 — 轨道级火箭在发射后笔直地返回了发射台仅凭一台反推发动机,就像让扫帚柄竖立在手掌上一样 — 一枚13层楼高的火箭精确地降落在了发射台上。那5秒钟改变了太空产业的60年。 来源:SpaceX官方视频 · 经剪辑使用

02栅格翼 + 推力矢量 — 这是如何实现的

要明白让火箭笔直着陆 — 为什么那么难 — 一个比喻很有帮助。把火箭倒立起来 — 就跟把扫帚柄竖立在手掌上一样。只不过这把扫帚有13层楼高,正以时速1000km坠落,而且几乎没有燃料了。

SpaceX的解决方案:

032018.02.06 — 飞向火星的特斯拉跑车

2018年2月6日。SpaceX — 首次发射了由3个Falcon 9一级助推器捆绑而成的Falcon Heavy。载荷:埃隆·马斯克本人那辆红色的Tesla Roadster跑车。驾驶座上坐着身穿宇航服的假人"星人(Starman)"。收音机里,大卫·鲍伊的"Space Oddity"无限循环播放。

发射成功后 — 3个助推器中的2个几乎同时 — 笔直地降落在了发射台LZ-1和LZ-2上。那一天互联网几乎瘫痪。一位喜剧演员说了句话 — "这不是科幻电影。这是真实发生的事。"

Tesla Roadster,在太空中,Falcon Heavy 发射后
2018年2月6日,Falcon Heavy首飞之后。漂浮在地球上方的Tesla Roadster。驾驶座上的"星人"假人 — 把保存在Roadster储物箱里、道格拉斯·亚当斯的"银河系漫游指南" — 连同那句"祝你好运"的扉页一起放着 — 正穿过地球同步轨道,朝着火星轨道飞去。截至2026年 — 这辆车 — 早已越过火星轨道 — 处在距地球约4亿km的地方。 来源:SpaceX · CC BY-NC-SA

04Starship — 人类历史上最大的火箭

Falcon Heavy之后不久 — 马斯克转向了更大的挑战。Starship。以发射时点为准的规格(2025年):

Starship + Super Heavy 发射前,德州 Boca Chica
Starship + Super Heavy矗立在发射台上。德州Boca Chica的SpaceX Starbase。两根巨柱组成的"筷子(Mechazilla)" — 在发射后于半空中接住一级。火箭本身没有着陆腿 — 而是由发射塔直接接住。第一次尝试时,SpaceX控制室 — 陷入了近乎宗教般的沉默。然后成功了。 来源:SpaceX · CC BY-NC-SA

2024年10月13日,IFT-5(Integrated Flight Test 5)。发射7分钟后 — Super Heavy助推器(高71m,重200吨)— 返回了Boca Chica的发射塔。然后Mechazilla的两条机械臂 — 把以约时速5km下落的助推器 — 像夹烧烤夹一样精确地接了下来。这是人类历史上第一次发生的事。

▶ AUTO LOOP
2024年10月13日07:25 CDT,Boca Chica。Mechazilla"筷子" — 精确接住了以约时速5km下降的200吨重Super Heavy助推器的那5秒钟。助推器挂上两条机械臂的那一刻 — SpaceX控制室爆发出欢呼。马斯克事后说道:"人类现在真的能成为多行星物种了。"只要这种接捕能稳定运作 — Starship一级的回收、检修、再发射时间就能缩短到24小时以内。 来源:SpaceX官方IFT-5视频 · 经剪辑使用

05Raptor 发动机 — 全流量分级燃烧的巅峰

Starship的核心是 — Raptor发动机。它是人类制造出的最高效的火箭发动机。其核心技术是全流量分级燃烧(Full-Flow Staged Combustion,FFSC)

🔧 FFSC为什么这么难
火箭发动机的效率 — 燃烧室压力越高越好。但要提高压力 — 就得用那个压力去泵送燃料和氧化剂。而要驱动那个泵 — 就需要一台小型的辅助发动机(preburner)。FFSC则是 — 用两台preburner分别把氧化剂和燃料部分燃烧,再把所有推进剂以气态注入主燃烧室。理论上这是最高效的,但 — 制造和控制太难,以至于在人类历史上只被尝试过两次

① 苏联 RD-270(1969):试验5次。全部爆炸。项目取消。
② SpaceX Raptor(2019~):人类首台可正常工作的FFSC发动机。

Raptor V2(2022年公布)的规格:

06每公斤2万美元 → 1500美元 — 新时代的经济学

可重复使用带来的真正变化是 — 发射成本。本系列出现过的各款火箭,向LEO每公斤的发射成本:

这意味着 — 太空产业第一次能够成为"有价值的事业"。1957-2015年间 — 太空是政府项目。卫星通信、侦察、科学。对普通市民的直接价值很少。但只要每公斤1500美元 — SpaceX的Starlink每月就能创造数亿美元营收,向全世界供应互联网,卫星互联网成了一个真正的产业

Falcon 9,降落在无人船上
降落在SpaceX无人船"Of Course I Still Love You"上的Falcon 9。在无法于发射台上着陆(LZ-1)的 — 重载荷发射时 — 助推器会被降落在海上漂浮的自主无人船(droneship)上。这些无人船的名字 — 取自伊恩·班克斯(Iain Banks)科幻小说系列里的飞船名。因为马斯克是科幻迷。 来源:SpaceX · CC BY-NC-SA

072026年的 Artemis — 人类再度奔月

2026年11月(预计)。NASA的Artemis III任务。4名宇航员将 — 在最后一次阿波罗17号之后53年再度登上月球。NASA强制要求名单中 — 须包含女性宇航员1名、黑人宇航员1名(历史上所有登上月面的宇航员都是白人男性)。

有意思的一点 — Artemis III的登月舱 — 是Starship的衍生型。NASA与SpaceX签下了28亿美元的合同(2021年)。与EP05的LM(高7m,重4.5吨)相比,Starship LM高50m、重200吨。差距很大。

Artemis 任务 SLS 发射或 Starship HLS 模拟图
NASA的Artemis计划 — 美国在阿波罗之后53年再度奔月。Artemis I已于2022年以无人绕月飞行获得成功。Artemis III(计划2026年)是 — 首次载人着陆任务。同一时期,中国也 — 计划在2030年前实现本国的载人登月。人类实际上 — 正处在第二次登月竞赛之中来源:NASA · 公共领域

08从冯·布劳恩到马斯克 — 80年的叙事

📖 写在10篇系列的终章

EP01开篇的那个1944年9月8日。一枚V-2落在了伦敦的奇斯威克。而造出那枚火箭的、32岁的SS军官冯·布劳恩 — 在25年后设计出了把人类送上月球的土星五号。

1957年科罗廖夫的铝球、1961年加加林的108分钟、1969年那12秒的燃料、1986年O型环碎裂的73秒、1990年60亿km之外的Pale Blue Dot、2008年马斯克的第四次发射、2015年首次归来的火箭 — 以及2026年的Artemis与Starship。这一切 — 都是这80年里的同一条脉络。

如果这个系列要留下一点什么 — 那就是太空时代并不是个别英雄的故事。冯·布劳恩的V-2建立在米特尔贝格的奴隶劳工之上,科罗廖夫的R-7由一个在古拉格中幸存下来的人造就,阿波罗11号靠一位32岁女性写下的代码才得以运行,而SpaceX的Falcon 9 — 是一位2008年几近破产的31岁创业者的最后一搏。

人类奔向星辰的道路 — 是由野心与恐惧、天才与悲剧、政治与权宜、奴隶与英雄共同铺就的。这并不是一个干净利落的英雄故事。所以它才更具人性。

09全10篇一览 — 重温回顾

EP01 · 1942-1955把炸弹投向伦敦的人,却把人类送上月球 — 冯·布劳恩 + 回形针 EP02 · 195783.6kg的铝球 — 科罗廖夫 + 斯普特尼克冲击 EP03 · 1961-1968"Поехали!" 27岁农民之子的108分钟 — 加加林 + 肯尼迪 EP04 · 1966-1967两个超级大国同时崩塌 — 科罗廖夫·阿波罗1号·科马罗夫 EP05 · 196912秒的燃料、22岁的0.5秒,以及那一步 — 阿波罗11号 EP06 · 1969-2026必须同时点燃30台发动机的火箭 — N-1 + 礼炮 + 和平号 EP07 · 1986-2011O型环碎裂的1986年 — 挑战者号 + 哥伦比亚号的17年 EP08 · 1977-2026金唱片与Pale Blue Dot — 旅行者 + 卡尔·萨根 EP09 · 200831岁几乎失去公司的第四次发射 — SpaceX Falcon 1 EP10 · FINAL火箭首次归来的那一天,以及奔向火星 — 可重复使用革命
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