踢馆号外 | 钢铁侠的火箭又炸？堂主知道它经历了什么
图：猎鹰9火箭在点火试车时发生爆炸。
北京时间昨晚11点，发生了一件令全世界所有航天迷都扼腕叹息的事情，美国SpaceX公司的猎鹰9号火箭在发射前点火试车时爆炸，星箭俱毁。其实不仅仅是航天迷了，SpaceX公司力主航天廉价化，总裁马斯克誓言让普通人也能上天的雄心壮志，激发了包括中国民众在内的全人类航天梦。
堂主当然也不能免俗，事情发生后，发了条朋友圈，以示自己趣味高尚。那么，对于这次航天事件，背后有什么事情是我们可以了解一下的呢？
一、猎鹰9号是一款什么样的火箭？廉价、高性能、激进
廉价
首先，猎鹰9号当然是SpaceX公司所力主那样，是一款廉价火箭。它的一次发射费用约为6000万美元，这个价格已经追平以前市场上最廉价的中国长征2E、长征3B火箭，甚至略低。
而SpaceX公司还在大力发展猎鹰9号火箭的一级回收技术，即猎鹰9一次发射后，它的第一级不是直接抛弃，而是通过发动机继续工作，自己飞回陆上发射场或海上回收平台进行回收。这样，第一级多次重复利用，组装的“二手”火箭，造价自然会更便宜，届时SpaceX公司就可以真正大声地宣布对中国长征火箭确立成本优势了。
技术上说，猎鹰9是一款二级火箭，为什么它只回收第一级呢？因为第一级分离的高度是80公里左右，这还在大气层内，箭体回收时受到的热负荷并不大，还可以用。而第二级是要送卫星飞出大气层的，它的速度也超过了第一宇宙速度7.9公里/秒，重返大气层会被烧毁，回收不了。
图：猎鹰9火箭是人类第一款回收火箭，它的第一级在分离后能自行飞回发射场或海上回收平台回收，日后重复使用。
图：SpaceX制作的猎鹰9火箭发射、回收第一级示意图。
高性能
技术上说，猎鹰9当然还是一种设计非常激进的火箭。
首先出人意料的是，它采用的梅林1D液氧煤油发动机性能其实一般，比冲只有311秒（比冲越大，油耗越小），比起中俄的液氧煤油发动机小了大约5%。
但猎鹰9的整体设计非常出色，它的发射质量约为550吨，近地轨道（LEO）运载能力达到22.8吨，地球同步转移轨道（GTO）运载能力达到8.3吨。而我国今年6月首次发射的长征7号，发射质量597吨，但LEO运力仅13.5吨。
也就说，长征7号的运载系数仅有猎鹰9号的一半左右！
其实不仅中国长征火箭了，就是美国最先进的、采用氢氧发动机的德尔塔4重型火箭，运载系数也与猎鹰9有较大差距，要知道氢氧动力火箭运载系数天然比液氧煤油动力火箭有优势。
图：猎鹰9火箭其貌不扬，但载荷性能却非常之出色。
激进
所以，猎鹰9的设计非常激进，它将箭体结构做得非常轻，与此同时，还要将一级回收再利用，而且它的发射准备是“三平准备”方式。
所谓“三平准备”，即火箭发射前是水平躺在地面上测试，然后水平进行整体星箭对接，再水平躺着运送到发射台，最后再在发射台上起竖。
这种方式会让发射前的准备工作变得便捷，发射场设备可以简化到最低程度。但火箭是一种非常精密、复杂、娇嫩的机器，水平星箭对接、水平运到发射台上再起竖，对保证火箭的可靠性提出了极大的挑战，特别是猎鹰9的箭体做到这么轻的情况下。之前，采用“三平准备”的主力火箭仅有俄罗斯的联盟火箭，看来马斯克的冒险精神确实可与战斗民族一拼。
堂主不是专业人士，据说猎鹰9做得这么轻，据说还有一个原因是取消了两套传统火箭所必须的管路，猎鹰9这样搞风险究竟大不大，无法评判，只能说这样做，确实很激进。
图：猎鹰9火箭采用“三平准备”方式，发射准备更便捷，但对保障可靠性提出了挑战。
而猎鹰9还有一项惊为天人的设计，就是以前大家发射近地轨道航天器（如空间站、飞船、成像卫星）会用二级火箭，而发射高轨道航天器（如GPS卫星、通讯卫星）会采用三级火箭。发射高轨航天器用三级火箭，原因是星箭在进入近地轨道后，可以抛弃第二级减轻重量，这样往高轨道运送的效率更高。例如，我国就用二级的长征2E发射近地卫星，三级的长征3B发射高轨道卫星。
可能马斯克和他的工程师们觉得，既然我们都已经把二级的猎鹰9做得那么轻、运载系数那么高了，就没必要再加第三级了。于是猎鹰9是一种火箭包打天下，既可以发射近地轨道航天器，又可以发射高轨道航天器，以后还会发射火星探测器，这样生产上会更有效率、成本更低。
图：SpaceX公司用一款二级火箭发射所有轨道卫星，确实突破了传统思维的局限，单一类型火箭批量生产可以最大程度降低成本。
二、猎鹰9号失败率挺高，与中国长征火箭相差近10个百分点
猎鹰9的发射成功率偏低
与猎鹰9的激进高性能一样，SpaceX公司、乃至美国航天业界的行动力也非常惊人，从2010年6月猎鹰9 V1.0版本首次发射，猎鹰9火箭至今已是第26次发射，而且大部分是商业发射。
不过，与高性能、高发射频率相比，猎鹰9的可靠性表现平平，不算它的回收失败，它的26次发射中，2次失败，成功率仅有92.3%。如果除开使用梅林1C发动机的V1.0版本，使用梅林1D发动机的猎鹰9V1.1、猎鹰9FT（全状态）的两个版本共发射19次，2次失败，成功率就只有89.5%了。
相比之下，中国长征系列火箭的发射成功率达到97%，美国德尔塔、宇宙神两种主力火箭成功率也超过95%，中国的载人火箭发射成功率更是达到100%。
图：中国长征2、3系列火箭性能虽然一般，却有着世界上最好的发射成功率之一。
为了高运力，马斯克敢为人所不为
据微信公号《小火箭》运营者邢强博士透露，SpaceX公司为了让猎鹰9V1.1/FT火箭拥有更大的运力，这两年开始尝试使用低温的液氧、煤油。众所周知，液体温度越低，它的密度越大，这样同样的火箭就能加注更多的燃料，并调大发动机功率，自然有更大的运力。
例如，我国长征7号火箭使用的煤油是常温的，液氧温度是零下180多度；而这两年发射的猎鹰9号煤油是零下6至8度，液氧是零下207度。
燃料在低温下，密度提高了，利于提高运力；但同时粘度也提高了，带来了安全隐患。
因为运载火箭简直就是一个人造小怪物，它的发动机、管路负荷远超人们的想象。火箭发动机的涡轮泵每秒要喷出数以吨计的燃料和氧化剂，功率达到10多万、20多万马力，与10万吨超级航母的发动机功率相当！这是一个相当可怕的数字，航母的动力系统是上千吨的重量，而火箭发动机的涡轮泵仅用数百千克的重量，就要达到如此功率。
图：这是俄罗斯RD-170火箭发动机的涡轮泵，它的功率是25.7万马力，与美国尼米兹级超级航母2座核反应堆的总功率相当。
这样低温燃料粘度提高，涡轮泵、管路的负荷也就比以前更高了，甚至达到危险的程度。猎鹰9号这样的尝试是没有先例的，特别是在原有发动机，燃料、氧化剂输送管路没有大幅改进的前提下。
尽管现在事故调查还没公布，不过据估计，猎鹰9此次试车爆炸，以及去年6月28日发射升空后爆炸，都可能与使用低温的燃料组合有关。
为了提高运力，马斯克敢为人所不为，鬼知道那可怜的猎鹰9火箭经历了些什么。
但是，所有人都知道，它的第一级还要回收再利用的，而以前的火箭发动机经过此般摧残后，就被抛弃了，一次性为了安全性。
图：已回收的猎鹰9火箭第一级，它们以后要多次经受烈焰和高压的考验。
三、不彻底解决安全性的廉价火箭，不是真的廉价
卫星比火箭更贵
我们许多人买东西，都宁愿多花的价钱，去买更耐用的，一般来说廉价货质量不行，不但用起来闹心，可能最后还要花费更多的钱。
前面说，猎鹰9现在的发射成本是6000万美元，尽管还有一个价格差不多的长征火箭，但也是全球最低了。但猎鹰9这次要发射的通讯卫星，造价达到2亿美元，现在的卫星越来越重、越来越先进、造价也越来越高，其实卫星造价早就普遍超过发射费用。
所以说，不真正解决安全性的廉价火箭，不是真的廉价。
卫星的造价一般都是火箭发射成本的3倍以上。好在此次猎鹰9发射的只是Facebook公司用来为非洲偏远地区提供互联网接入服务的通讯卫星，不算特别先进，也不算特别贵；要是发射的是，造价8亿美元一颗的先进宽带通讯卫星，那就真的要哭了。
图：一个不太为人关注的事实是，卫星的造价比庞大的火箭高得多。
SpaceX公司的发射准备流程可能也存在问题
而SpaceX公司在火箭试车时的操作流程可能也有问题。一枚运载火箭，它的发动机出厂后一般要经历两次点火试车，第一次是发动机出厂时试车，第二次是火箭装配好后试车；这种点火试车，是看看发动机以及燃料管路有无问题，试车时，一般只达到10%的功率，而火箭也只装载很少量的燃料；而且按传统做法，为了安全起见，火箭试车时不能安装载荷。
但此次猎鹰9火箭发射前试车，却直接安装了卫星载荷。也许SpaceX公司是为了省却，火箭试车后，运回厂房安装卫星，要再次运到发射台的麻烦，但这样压缩成本的办法，真的是得不偿失。
马斯克还计划将来用猎鹰9来发射龙式载人飞船，卫星再贵也有价，但人命无价，SpaceX公司在注重廉价、高性能的同时，还应该认真考虑下，如何提高可靠性。
图：马斯克的雄心是用猎鹰9火箭发射龙式载人飞船。
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