2010年6月4日，一枚獵鷹9號測試火箭在卡納維拉爾角空軍基地40號發(fā)射臺升空

2010年6月3日，夏季雷暴同往常一樣從大西洋向內陸席卷而來，狂風在佛羅里達的航天海岸呼嘯。天空忽然打開一道缺口，暴雨傾斜而下，卡納維拉爾角部分地區(qū)的降水量達到了每小時3英寸（7.62厘米）。

太空探索技術公司（SpaceX）的發(fā)射團隊一天前才搬到公司租用的新發(fā)射臺，這場暴雨對剛剛誕生的獵鷹9號火箭來說絕對算不上什么好兆頭。2010年春天，SpaceX在完成了一系列靜態(tài)點火和加速測試后終于獲得了卡納維拉爾角空軍基地的發(fā)射許可，發(fā)射時間最早為當年6月4日。

這次發(fā)射行動面臨巨大風險。SpaceX在此前的4年中已經(jīng)5次嘗試從一座熱帶島嶼上發(fā)射“體型”小得多的獵鷹1號火箭，其中有3次失敗?，F(xiàn)在，這家初創(chuàng)公司獲準進入美國最負盛名的航天發(fā)射基地，位于佛羅里達東海岸的卡納維拉爾角空軍基地?；貎鹊教幎际莾r值連城的發(fā)射臺和火箭設備。SpaceX如果在此地發(fā)射失敗，損失的可不只是自己公司的名譽，還有許多國家的安全資產。

4座高聳的閃電塔在暴雨期間保護著火箭，以免后者遭受雷擊，但暴雨后的檢測顯示，獵鷹9號火箭第二級的天線發(fā)出的遙感信號比較微弱，肯定是電子元件在暴雨中進水了。這是第二天發(fā)射行動的潛在威脅，必須修復。為此，發(fā)射行動指揮蒂姆·布扎（Tim Buzza）和SpaceX奠基人埃隆·馬斯克（Elon Musk）以及航空電子設備高級主管布倫特·阿爾坦（Bulent Altan）一道驅車前往發(fā)射臺。

他們抵達時天已經(jīng)黑了，獵鷹9號火箭也已經(jīng)放平，不再是原來準備發(fā)射時的垂直狀態(tài)。

對航空電子設備了如指掌的阿爾坦通過梯子爬上了火箭第二級的天線。他打開一塊區(qū)域的外殼，找到問題的部位，確認那天暴雨的雨水確實進入了火箭的電子元件。阿爾坦的頭頂上有強光照下；頭頂下則有幾十雙眼睛盯著他。

“我從沒感受到過那么多關注的目光?！彼f。

阿爾坦檢查完火箭后回到地面上，很快就和馬斯克、布扎以及其他一些工程師聚到一起。他們應該在發(fā)射臺上就地更換電子元件嗎？還是先把獵鷹9號送回公司機庫，把發(fā)射計劃推遲十幾天？都不是。工程師決定試試技術含量比較低的方法：用吹風機把進水的電子元件吹干。就這樣，阿爾坦帶著吹風機又爬上梯子，然后前后揮舞著這件工具，直到天線及其電子元件看上去干了為止。

而馬斯克等人則在地面上焦急等待。此時的SpaceX剛剛成立8年，兩年前這家公司甚至面臨倒閉，后來得到了美國宇航局（NASA）的資助才活下來，也才有了這次發(fā)射行動。如果獵鷹9號火箭在這次測試飛行中表現(xiàn)正常，那么SpaceX很快就會為NASA發(fā)送貨物至國際空間站；但如果失敗，已經(jīng)有很多持懷疑態(tài)度的人做好口誅筆伐的準備了。

這些人既不信任馬斯克，也不相信他的公司能夠成功完成發(fā)射任務。馬斯克及SpaceX看待航天項目的莽撞態(tài)度令他們很不悅。

而現(xiàn)實情況就是：現(xiàn)在，這群莽撞的人出現(xiàn)在了卡納維拉爾角發(fā)射場上，在發(fā)射行動的前夜仍是無比莽撞，帶著吹風機就上火箭修理受潮設備。

吹完設備后，阿爾坦合上火箭的電子元件艙門，并且在四周涂上了硅膠密封劑，以確保艙門在火箭升空時不會打開。接著，阿爾坦便在所有人的注視下爬回地面。他走下最后一級梯階后，馬斯克便走上前去問道：

“你覺得以現(xiàn)在火箭的狀態(tài)，明天的發(fā)射活動能行嗎？”

“應該沒問題?！?/p>

聽到這個回答后，馬斯克沒有馬上說什么，只是以他常有的眼神凝視著阿爾坦。這眼神是如此犀利，好像是在追問：“這就是你的最后結論嗎？”在這件事上，馬斯克想知道阿爾坦給出的答復究竟是為了迎合老板的希望，還是表達自己內心的真實想法。幾秒過后，馬斯克一定從阿爾坦的眼神里看到自己想要的答案。

“好的?！彼f。

而火箭確實沒問題，實際上，要比“沒問題”更好。第二天，雖然來自火箭第二級天線的遙感信號仍然沒有預期的強烈，但馬斯克還是表示他們無論如何也要讓火箭升空。

當?shù)貢r間2010年6月4日下午2:45，第一枚獵鷹9號火箭在佛羅里達海岸發(fā)射升空。

2010年6月4日，獵鷹9號火箭發(fā)射升空

SpaceX為這次發(fā)射試驗設定的第一個目標很簡單：避免損壞發(fā)射臺及卡納維拉爾角的其他值錢設備。第二個目標則是火箭抵達預定軌道。獵鷹9號順利達成這兩個目標并有所超越?；鸺诙壢胲墪r的傾角為34.494°，只比35°的預定角度少了一點點，這對全新設計的火箭來說稱得上是令人驚嘆的精度。

于是，獵鷹9號的時代在10年前正式拉開帷幕。

奪回商業(yè)航天發(fā)射市場

在剛剛過去的這段日子里，SpaceX的龍飛船登上了各大媒體的頭條。龍飛船也確實配得上這些贊美之詞，因為，這是自9年前航天飛機正式退出歷史舞臺后，第一次有航天器載著人類從佛羅里達升空然后順利返回地球。不過，真正為SpaceX在過去10年間的崛起立下汗馬功勞的無疑是獵鷹9號火箭。

獵鷹9號火箭創(chuàng)下了多個第一的紀錄，比如第一個實現(xiàn)了垂直著陸，第一個實現(xiàn)了回收再利用，入軌時攜帶了創(chuàng)紀錄的9部第一級發(fā)動機。當然，這一連串記錄代價不菲。獵鷹9號火箭10年前初次亮相時，SpaceX對單次滿足基本要求的發(fā)射行動給出的成本是5 000萬美元。2016年后，這個數(shù)字屢次上升，現(xiàn)在已經(jīng)達到6 200萬美元。這給衛(wèi)星發(fā)射產業(yè)的競爭者造成巨大壓力。

全球航天發(fā)射市場中大約有2/3的份額其實是不容許競爭的，因為它們動用的是本國的國家力量。例如，俄羅斯等擁有航天能力的國家通常會使用國產火箭發(fā)射軍事衛(wèi)星和科學衛(wèi)星。全球航天發(fā)射市場中只有大約1/3的份額是真正開放競爭的，包括為沒有航天發(fā)射項目的國家建設衛(wèi)星網(wǎng)絡、發(fā)射通信衛(wèi)星和成像衛(wèi)星及其他負載。

幾十年前，美國航天發(fā)射公司開始專注于為美國軍方發(fā)射各種載荷，因而退出了國際商業(yè)市場，畢竟這些來自軍方的訂單利潤更加誘人。到了2006年，波音公司和洛克希德·馬丁公司將它們的火箭發(fā)射業(yè)務合并到了一家公司（聯(lián)合發(fā)射同盟）中。自此之后，美國實質上已經(jīng)退出了競爭激烈的國際航天發(fā)射市場。美國國內外的客戶均轉投歐洲、俄羅斯等有能力入軌的航天發(fā)射實體。與此同時，由于NASA和美國國防部包辦了所有發(fā)射任務，聯(lián)合發(fā)射同盟的報價節(jié)節(jié)攀升。

獵鷹9號火箭的成功大大扭轉了這種趨勢。為了以更低成本將物資送入國際空間站，在2006年至2010年期間，NASA總計向SpaceX投資3.96億美元，用于研發(fā)龍飛船、獵鷹9號火箭以及租用卡納維拉爾角的發(fā)射臺。這筆投資最終促成2010年6月4日在佛羅里達升空的獵鷹9號火箭，不但為NASA帶來實際收益，也讓整個國家受益。

NASA主管吉姆·布萊登斯汀（Jim Bridenstine）說：“正是因為有了NASA給SpaceX的這筆投資，我們現(xiàn)在，或者說美國現(xiàn)在才擁有了國際航天發(fā)射市場大約70%的份額；這個變化真的很大，因為2012年的時候，我們的市場份額其實是零。”

截斷噴嘴

今年早些時候，我向馬斯克打聽了2010年6月深夜驅車前往發(fā)射臺并且在最后時刻搶修獵鷹9號火箭電子元件的事。

“我覺得，在那樣的情況下，你們第二天還發(fā)射了，而且結果還很完美，這實在是太瘋狂了?！蔽艺f。

“我可干過比吹干無線電天線更瘋狂的事?！瘪R斯克回答說。

實際上，他們確實說了一些有關獵鷹9號第二次發(fā)射行動更瘋狂的事。2010年12月初，SpaceX把第二枚獵鷹9號火箭放上發(fā)射臺。這次行動的目標是檢測龍飛船在飛行時以及重回地球大氣時的性能。這次任務受到廣泛關注，因為，為致敬巨蟒劇團的“奶酪商店”，SpaceX厚著臉皮把一盤Brouère 奶酪放到飛船里。

不過，真正戲劇性的情節(jié)還是來自獵鷹9號火箭的第二級。在體積更大的火箭第一級脫落后，這個火箭的上部負責把負載送入軌道。為第二級提供動力的是一部梅林真空發(fā)動機。這部發(fā)動機有一個加長噴嘴，為的是能在地球大氣上方獲得最大推力。發(fā)動機由一種相當堅固的材質C-103鈮合金制成。

獵鷹9號第二次發(fā)射行動的準備工作原本開展得有條不紊，直到發(fā)射日期（12月8日）前幾天的一次發(fā)射前照片檢查。正是從這些照片中，SpaceX的發(fā)射團隊意識到出現(xiàn)了一個重大問題：噴嘴下沿裂了一道口子。馬斯克心想：“見鬼，到底要怎么做才能把這事搞定？”發(fā)動機噴嘴的下沿裂開大約1/3。發(fā)生的情況是這樣的：發(fā)射前大約一個月，NASA要求SpaceX在火箭各級之間充入更多氮氣。于是，技術人員在火箭底部打開了一條1英寸（2.54厘米）的縫，然后充入了氮氣。這股氣流導致梅林發(fā)動機噴嘴發(fā)生振動并最終破裂。

馬斯克不愿意大幅推遲這次任務。這是龍飛船的第一次發(fā)射，他很明白這是SpaceX創(chuàng)造歷史的機會。在此之前，還沒有哪家私人公司能夠把飛船送入軌道并且安全回收。于是，馬斯克拿起了電話，打給了公司的王牌技術專家馬爾蒂·安德森（Marty Anderson）。

“嘿，馬爾蒂，你覺得你能爬到火箭級間，然后剪斷噴嘴下沿的6英寸嗎？”馬斯克問道。

這可不是開玩笑——馬斯克想讓安德森帶上金屬剪子爬到火箭內部，然后剪斷噴嘴下沿。這就是解決發(fā)動機噴嘴裂縫的方法。

安德森很勇敢地應承下來。幾小時后，他搭乘馬斯克的私人飛機從SpaceX位于加利福尼亞的工廠飛抵佛羅里達，然后鉆進電梯并搭乘起重機來到火箭的兩級間。此時的獵鷹9號火箭直立在發(fā)射臺外側。很快，安德森就剪下了發(fā)動機底部噴嘴的一部分。

縮短的發(fā)動機噴嘴會降低比推力，從而削弱獵鷹9號火箭上部的性能。然而，更大的隱患在于切口可能會破壞噴嘴的抗氧化涂層，這或許會在火箭點火后造成某種程度的侵蝕?！拔覀冋J為，只要侵蝕速度不是太快，問題就不大?！瘪R斯克解釋說。

然而，馬斯克并沒有最終決定權。事后，SpaceX必須在這個解決方案的可靠性上說服他們的客戶NASA。如果這次行動成功，那么SpaceX就朝著為國際空間站運物資的目標前進了一大步。然而，如果龍飛船在完成關鍵的軌道測試之前就出現(xiàn)問題，那么這對NASA和SpaceX都是一個重大挫折。

長期擔任SpaceX發(fā)射任務指揮的布扎表示，要想說服NASA可不容易。他和包括漢斯·科恩尼格斯曼（Hans Koenigsmann）和湯姆·穆勒（Tom Mueller）在內的公司副總裁向NASA主管商業(yè)貨運飛船項目的領導，包括邁克·霍卡楚克（Mike Horkachuk ）和阿蘭·林登莫耶爾（Alan Lindenmoyer），提交了他們的建議。

“他們沒法深入了解我們的提議，而且事實上我們已經(jīng)把噴嘴截斷了?！辈荚f。

然而，SpaceX的副總裁和NASA的工程師還是為解決問題奮戰(zhàn)了大約24小時。分析結束后，他們把結果提交給NASA載人航天項目主管、有最終拍板權的比爾·格斯滕邁爾（Bill Gerstenmaier）。布扎說：“發(fā)射前一天的凌晨兩點，馬斯克打電話給我，說已經(jīng)和格斯滕邁爾談過話，后者給發(fā)射任務開了綠燈。”

第二天接近正午時分，獵鷹9號火箭發(fā)射升空。這次發(fā)射再次大獲成功，被截斷了噴嘴的火箭第二級也工作良好。3小時后，龍飛船載著它的奶酪安全返回地球。當天晚上，SpaceX團隊大開慶功宴：他們現(xiàn)在擁有成功的火箭和成功的飛船。

“偉大紀錄”

獵鷹9號火箭并非完美無缺。在2015年6月的第7次商業(yè)補給任務（CRS-7）中，獵鷹9號在入軌時發(fā)生故障，搭載的龍飛船滿載準備送往國際空間站的物資化為灰燼。一年多之后，SpaceX在卡納維拉爾角的一次靜態(tài)點火測試期間又損失了一枚獵鷹9號火箭。

自此，獵鷹9號連續(xù)發(fā)射成功了50多次。在這個過程中，SpaceX的工程師一直在研究自己的火箭，不斷尋找提升性能的方法。

最明顯的，SpaceX證明了火箭第一級可以重復利用。實際上，就在CRS-7失敗后的下一次任務中，SpaceX就首次回收了獵鷹9號火箭的第一級。第二年4月，他們的第一艘無人駕駛飛船穩(wěn)穩(wěn)著陸。再之后的2017年3月，SpaceX又首次利用之前回收的“二手”獵鷹9號火箭第一級完成發(fā)射任務。自此后的3年中，SpaceX又回收了50多枚火箭，完成了同一枚火箭使用5次以上的壯舉。

技術分析公司布萊斯太空與技術的創(chuàng)辦人卡里薩·克里斯滕森（Carissa Christensen）表示，垂直起降火箭的重復利用問題已經(jīng)在航天圈里討論了幾十年。她說：“這項技術肯定能給人類航天事業(yè)帶來變化，我們也對此充滿期待，但一直沒有實現(xiàn)，SpaceX實現(xiàn)了這項技術?！?/p>

而且，克里斯滕森表示，他們是主動研發(fā)這項技術的。在航空飛行中，通常是政府機構提供某些項目類型的訂單，然后選擇公司完成這個項目。雖然SpaceX的貨運飛船和載人航天項目得到NASA的大量資金支持，但在重復利用技術的研發(fā)上沒有拿到一分錢。克里斯滕森說，SpaceX動用自己的資金掃清了別人也夢想解決的“非常非常困難”的技術障礙。作為回報，SpaceX現(xiàn)在擁有了全世界唯一可重復利用的軌道火箭，并且拓展了主導商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射的能力。

克里斯滕森說，在過去的10年里，全世界的航天公司和國家都在奮力競爭。在美國，聯(lián)合發(fā)射同盟退役了大力神火箭和三角洲火箭，轉而研發(fā)更有競爭力的火神火箭。日本則出于降低成本的需要研制了H3火箭。俄羅斯也在逐步淘汰大名鼎鼎的質子火箭。阿麗亞娜太空公司正在淘汰久負盛名的阿麗亞娜5號火箭，轉而研究成本更低的阿麗亞娜6號。克里斯滕森說，這些火箭是否可以趕上獵鷹9號還有待觀察，畢竟SpaceX一直在前進。

SpaceX的火箭家族

克里斯滕森說：“很明顯，航天產業(yè)已經(jīng)開始向下一代發(fā)射工具發(fā)展，但SpaceX在這個領域領先了10年。這家公司10年前就發(fā)射了下一代運載火箭。”克里斯滕森驚奇發(fā)現(xiàn)，全世界的航天發(fā)射相比10年前發(fā)生了翻天覆地的變化。10年前，SpaceX還是一家初創(chuàng)公司；而現(xiàn)在，人們已經(jīng)普遍把獵鷹9號火箭視為成熟且可靠的發(fā)射工具。

打造未來

在這個10年的前5年中，SpaceX的關注重點是提升發(fā)射率。發(fā)射次數(shù)越多意味著收入越多。在經(jīng)歷了成長期的陣痛后，他們成功了：2016年之前，他們平均每年的發(fā)射次數(shù)少于4次，最近這個數(shù)字已經(jīng)提高到20左右。

盡管SpaceX在尋求大幅提升火箭性能，但發(fā)射頻率上升的勢頭也沒有停止。10年前首飛的初版獵鷹9號火箭完成5次發(fā)射任務后，SpaceX對它進行了三次重大升級。1.1版本的獵鷹9號于2013年問世，它的油箱更大并且增加了60%的推力。全推力版本的獵鷹9號在2015年閃亮登場，它采用了升級版梅林發(fā)動機且第二級更大。

擔任藍色起源太空公司總裁15年之久的羅布·梅爾森（Rob Meyerson）對1.1版獵鷹9號到全推力版獵鷹9號之間的進步驚嘆不已。他說：“他們在18個月里就讓獵鷹9號在地球同步轉移軌道上的性能接近翻番，這絕對是驚人的成就。要知道，航天產業(yè)一向以配置控制和變化少為榮，SpaceX 內部發(fā)生的變化數(shù)量和對變化的管控是顯著的?！?/p>

性能的提升最終促成了可重復利用的獵鷹9號。2018年5月，SpaceX推 出了獵鷹9號火箭的最終版本：Block 5。Block 5優(yōu)化了可重復利用功能，也只有這個版本的火箭發(fā)射了2次以上?？偟膩碚f，獵鷹9號火箭在近地軌道的推力從2010年的10噸上升到了2018年的22.8噸。正是因為提升了這項性能，SpaceX才能為火箭受控著陸以及最終的重復利用留出額外的燃料。

現(xiàn)在，埃隆·馬斯克把大部分精力放在下一代發(fā)射系統(tǒng)星際飛船的研發(fā)上。獵鷹9號已成為歷史，對SpaceX來說，星際飛船才是未來。

然而，沒有獵鷹9號就沒有星際飛船。馬斯克通過這枚火箭向NASA和全世界證明了SpaceX有能力制造世界級火箭。獵鷹9號就像一個實驗室，通過它，我們不但能提升火箭性能，還能汲取更多有關可重復利用火箭的經(jīng)驗教訓。如今，全世界都在快速追趕獵鷹9號，而馬斯克已經(jīng)在暢想他的低成本星際旅行。

資料來源 arstechnica.com