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        SpaceX商用火箭怎樣打開“新世界”?

        2020-06-21 15:28:50薛山
        電腦報(bào) 2020年22期
        關(guān)鍵詞:新世界宇航員航天器

        薛山

        民營商用航天飛船首次載人飛行宣告成功

        5月30日,美國佛羅里達(dá)州卡納維爾角,肯尼迪太空中心,商用民營火箭獵鷹9號(hào)從39A發(fā)射臺(tái)成功將SpaceX龍飛船2號(hào)送上太空,兩名資深的宇航員道格·赫利(Doug Hurley)和羅伯特·本肯(Robert Behnken)在19小時(shí)的太空旅程后順利抵達(dá)國際空間站,開始進(jìn)行為期1~4個(gè)月的空間站工作。在此期間,龍飛號(hào)會(huì)停泊在空間站并再次攜帶宇航員返回地球,將在通過大氣層后張開降落傘,最后落回預(yù)定海域,接由船舶進(jìn)行回收工作。此次發(fā)射標(biāo)志著美國再次擁有了載人航天的自主權(quán),也對(duì)航天事業(yè)的發(fā)展方向產(chǎn)生了不小的影響。

        失去載人航天能力9年后,私營公司強(qiáng)力接盤

        載人航天并不稀奇,早在1961年蘇聯(lián)就發(fā)射了史上第一艘載人飛船“東方一號(hào)”,搭載的就是鼎鼎有名的加加林少校,那么為什么在近60年后的今天,全世界依然還對(duì)載人航天器的升空如此關(guān)注呢?這是因?yàn)樵?011年7月21日亞特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)宣告長達(dá)30年的航天飛機(jī)生涯落幕后,因?yàn)楹教祜w機(jī)計(jì)劃終止,所以美國沒有新的載人航天器接續(xù),暫時(shí)失去了載人航天能力,只能依賴俄羅斯的聯(lián)盟飛船運(yùn)送宇航員。

        而在4年后的2015年5月,SpaceX,同時(shí)也是特斯拉創(chuàng)始人埃隆·馬斯克在美國加州霍索恩的廠房內(nèi)官宣了第二代龍飛船,也正式宣布SpaceX拿下了NASA訂單,并且準(zhǔn)備打造一臺(tái)低成本、載人載貨通用、可重復(fù)使用的新式航天器,這個(gè)思路在當(dāng)時(shí)看來可謂瘋狂,因?yàn)樵谌祟惡教焓飞希R這些要素的載人飛船幾乎從未出現(xiàn)過,比如我國的航天器載人為神舟號(hào),貨運(yùn)則為天舟號(hào),兩者并不通用,重復(fù)使用則更是有著各類航天飛機(jī)和N1火箭失敗的前車之鑒,但SpaceX都做到了。

        不過在馬斯克的執(zhí)念之下,這一切依然有序上馬,得益于每一年都有十多次火箭發(fā)射的成功經(jīng)驗(yàn),造價(jià)僅僅1億美元,但通過27臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)64噸近地軌道運(yùn)力的重型獵鷹火箭于2018年的成功試射,為剛剛成功發(fā)射的載人航天計(jì)劃夯實(shí)了基礎(chǔ)。

        大膽創(chuàng)新的背后是大幅削減非必要成本,進(jìn)而提高發(fā)射效率

        簡單來說,SpaceX方案就是在龍飛船2號(hào)周圍配備8臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī),且飛船自帶可重復(fù)利用的逃逸系統(tǒng),放棄了傳統(tǒng)的每次發(fā)射就必須丟棄的逃逸塔設(shè)計(jì)。飛龍?zhí)柡教炱鞯脑O(shè)計(jì)目標(biāo)是艙室內(nèi)部加壓載人空間9.3立方米,最多可搭載7名宇航員,而非加壓貨運(yùn)倉也有12.1立方米,而且它的儀表操控臺(tái)拋棄了傳統(tǒng)的復(fù)雜型機(jī)械設(shè)計(jì),改用了在特斯拉產(chǎn)品線上常用的大面積觸控屏,甚至還重新設(shè)計(jì)了宇航員艙內(nèi)服,秉承了馬斯克的“硬核科幻”風(fēng)格。

        專注近地衛(wèi)星,中國民營航天企業(yè)同樣面臨強(qiáng)力競爭

        在載人載貨等大型航天器上,我國主要還是依賴國家單位,長征九號(hào)登月計(jì)劃也正在逐步進(jìn)行當(dāng)中。民營商用航天器的發(fā)展方向主要還是集中在近地衛(wèi)星方面,比如知名視頻網(wǎng)站bilibili就計(jì)劃定制、冠名一顆由長光衛(wèi)星技術(shù)有限公司自主研發(fā)的多功能遙感衛(wèi)星——“嗶哩嗶哩視頻衛(wèi)星”,屆時(shí)將對(duì)衛(wèi)星發(fā)射全過程進(jìn)行直播。衛(wèi)星拍攝的遙感視頻、圖片數(shù)據(jù)將用于科普視頻,內(nèi)容包含科技、人文、歷史、地球、公益、教育等多個(gè)領(lǐng)域,并為B站用戶定制拍攝任務(wù)。

        但是衛(wèi)星的軌道、頻段是一種有限的戰(zhàn)略資源且有優(yōu)劣之分,而因?yàn)槿狈ο鄳?yīng)的國際法規(guī)約束,所以衛(wèi)星頻段和軌道資源采用的是 “先占先得” 的搶占方式,而且低軌衛(wèi)星是成千上萬顆小衛(wèi)星組成的網(wǎng)絡(luò),當(dāng)部分衛(wèi)星壽命結(jié)束或損壞時(shí)可以發(fā)射新的衛(wèi)星將其替換,因此整個(gè)軌道只會(huì)被一家公司獨(dú)占,所以后發(fā)射衛(wèi)星的公司會(huì)十分被動(dòng)。

        在中國,包括銀河航天、長光衛(wèi)星等國內(nèi)衛(wèi)星公司都有自己的發(fā)射規(guī)劃,包括了遙感衛(wèi)星星座和通信衛(wèi)星星座,不少衛(wèi)星星座計(jì)劃也都在 3 位數(shù)以上。但計(jì)劃歸計(jì)劃,誰能真正能夠?qū)⑿l(wèi)星送上軌道才能占到先機(jī),背后不僅要資本,更要巨頭來牽引需求流量,而就在去年年底,騰訊宣布聯(lián)合 Satellogic、籮筐技術(shù)以及航天科工海鷹集團(tuán)推出 “WeEarth超級(jí)地球”計(jì)劃,在未來數(shù)年內(nèi)組建一個(gè)包括 300 顆衛(wèi)星在內(nèi)的對(duì)地觀測網(wǎng),為政府機(jī)構(gòu)、科研院所、科技企業(yè)提供遙感服務(wù)。這種服務(wù)模式允許用戶獲得特定地理區(qū)域上空多顆衛(wèi)星的使用權(quán),這將使一部分難以自購或自產(chǎn)衛(wèi)星的政企能以較低成本擁有屬于自己的 “專屬衛(wèi)星” 服務(wù),從而快速監(jiān)測到農(nóng)業(yè)、林業(yè)、海洋、國土、環(huán)保、氣象等情況。

        近地衛(wèi)星軌道資源爭奪戰(zhàn)一觸即發(fā)

        不過,近地衛(wèi)星的世界級(jí)大玩家依然還是SpaceX,雖然在2018年才首發(fā)了2顆驗(yàn)證衛(wèi)星,但2019年就進(jìn)行了6次火箭發(fā)射,將包含360顆衛(wèi)星的通信網(wǎng)絡(luò)送上了軌道,并計(jì)劃在2020 年發(fā)射總數(shù)超過700顆衛(wèi)星,可以說即便在這一領(lǐng)域,我國民營企業(yè)也同樣面臨巨大的挑戰(zhàn)。

        國際管控手段需求迫切,航空事業(yè)進(jìn)入新一輪加速期

        即使私營企業(yè)在太空商業(yè)中扮演的角色越發(fā)重要,但也迫切需要各國政府和國際組織提供基本規(guī)則和架構(gòu),畢竟外層空間的公共政策尚處于起步階段,發(fā)展方式不能過于野蠻,比如近地軌道上的太空垃圾可能會(huì)對(duì)私有財(cái)產(chǎn)造成重大傷害,這個(gè)問題可能需要通過產(chǎn)權(quán)分配或征稅來處理。而且,由于私人企業(yè)掌握低軌道衛(wèi)星技術(shù),帶給NASA等國家單位的壓力越來越大,如何實(shí)現(xiàn)權(quán)利均衡對(duì)所有國家都非常重要。

        值得注意的是,SpaceX龍飛船2號(hào)主要也還是近地軌道(國際空間站對(duì)地高度約402公里),未來再次登月所需的飛船仍需重新設(shè)計(jì)(月球近地點(diǎn)也有35.7萬公里)。如果龍飛船2號(hào)載人飛船成功回收,這意味著私人公司研制的載人飛船可以運(yùn)送宇航員執(zhí)行空間站任務(wù)了,進(jìn)而開創(chuàng)一條重要商業(yè)載人航天之路,今年早些時(shí)候馬斯克就啟動(dòng)了私人空間站旅行項(xiàng)目,單人票價(jià)5500萬美元,且已有人預(yù)訂。對(duì)一個(gè)私人公司而言取得這樣的成就是值得慶賀的,當(dāng)然背后也有NASA全力支持的功勞。

        SpaceX商業(yè)化的成功和其在專業(yè)領(lǐng)域的創(chuàng)新思路也對(duì)國內(nèi)商業(yè)航空產(chǎn)業(yè)起到了啟發(fā)作用,比如中國民營火箭公司星際榮耀自主研發(fā)的“焦點(diǎn)一號(hào)”可重復(fù)使用液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī),在5月27日就成功完成了二次啟動(dòng)長程500秒試車,這是全球首臺(tái)具備二次啟動(dòng)能力的液氧甲烷發(fā)動(dòng)機(jī),而且作為15噸級(jí)可重復(fù)使用發(fā)動(dòng)機(jī),設(shè)計(jì)使用次數(shù)達(dá)到30次,可大幅減少火箭制造成本。

        編輯觀點(diǎn)

        當(dāng)前全球太空商業(yè)化正處于關(guān)鍵時(shí)刻,預(yù)估到2030年全球航天工業(yè)的產(chǎn)值將達(dá)到6000億美元,尤其給政府和民營企業(yè)參與者創(chuàng)造不少機(jī)會(huì)。而SpaceX制造可重復(fù)使用的運(yùn)載火箭以降低太空發(fā)展的成本,使其相較其他競爭業(yè)者更具成本優(yōu)勢,也會(huì)對(duì)其他國家或私營公司的創(chuàng)新方向起到指導(dǎo)作用,可以說是意義重大。

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