深度解讀！馬斯克卧薪七年，再次改寫人類歷史！上帝：「感謝老鐵送的火箭和跑車，雙擊一波666」

哲理 02-09

特斯拉的紅跑車裡面坐著一個叫Starman的假人，穿著太空探索公司的新宇航服，車裡放著一本《銀河系搭便車指南》

據環球時報，就在幾個小時前，美國人成功發射了目前全世界運載能力最強的超級火箭——「獵鷹重型」。

在一些媒體看來，這枚火箭的成功發射已經令人類「登陸和殖民火星」的夢想變得越發現實起來，重返月球更是不再話下……

比起這些噱頭，真正讓我們中國人震驚的是：

造出這種火箭的竟然是美國的一家私人企業，而

我們國家距離

造出這種量級載荷的火箭還有很長一段路要走。

1年多前，我們成功發射了目前國內最強的「長征5號」運載火箭，但它的運載能力，連這個「獵鷹重型」的一半都達不到……這次，美國人是用純粹的實力告訴了我們中國人，中美間的差距還有多麼巨大……

用更直觀的數字來說，我們2016年11月首飛成功的「長征5號」能把25噸重的貨物運送到「近地球軌道」，其極限是運送一個5噸左右的火星探測器到火星；而美國的「獵鷹重型」的「近地球軌道」載荷為63.8噸，其抵達火星的載荷則為我們的3倍，為16噸。

不僅如此，這枚「獵鷹重型」火箭還毫無懸念地「碾壓」了在2018年2月7日之前美國現役最牛的重型火箭「德爾塔IV型」（「近地球軌道」載荷為28噸）。

圖丨發射現場

火箭發射完整視頻，

整個過程相當震撼！

作者 | 白瑞雪蘇菲雅

來源 | 公眾號航天新觀察

假如宇宙中存在地外生命，假如地外生命對地球人類的活動了如指掌，從今天開始，他們或許會注意到，在地球與火星之間的軌道上，出現了一枚通體紅色的新物體。

地球上，它被稱為汽車，是一種將能源轉化為動能從而驅動位移的機器。與基於相似原理飛出地球大氣層的第一顆人造衛星Sputnik1相比，它的誕生足足早了70多年。

千百年來，在地球人類為擺脫空間約束、實現自由運動而嘗試的種種努力中，太空飛行一定是最為醒目的，其基礎為運載火箭。

把這輛紅色特斯拉汽車發射到宇宙空間的火箭，

是繼上個世紀阿波羅登月火箭「土星五號」（Saturn V）之後最為強大的航天運載工具：「獵鷹重型」（Falcon Heavy）。

——它能將貨物和人員送上月球，甚至火星。

一年前你要是告訴我：

下一個飛往火星的人造物體是一輛播放著搖滾音樂的特斯拉敞篷跑車

，載了一位叫Starman的模擬宇航員，他帶著毛巾和一本《銀河系漫遊指南》，而他面前的液晶屏上寫著來自這本書的忠告：Don』t Panic（不要恐慌）……估計連科幻小說都不敢這麼寫。

▲馬斯克在SpaceX發射控制室里錄下的畫面：現在有輛車在地球軌道上飛～～

實事求是才是硬道理

整個業界都在等待這枚火箭的衝天一躍。畢竟，

距離首次宣布發射計劃的時間已經過去5年了。

▲SpaceX員工正在等待火箭發射

北京時間2月7日4時45分，數次推遲首飛的「獵鷹重型」終於從卡納維拉爾角升空。隨後，SpaceX公司CEO馬斯克在Twitter上分享了發射成功、助推器垂直著陸的消息。按照他此前「

只要別在發射台上炸毀、就算試飛成功

」的標準來衡量，這簡直是一次完美的首飛。

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點擊下方觀看發射現場視頻

▲倒計時10分鐘

▲發射瞬間

▲助推器成功著陸回收

LEO（近地軌道）63.8噸，GTO（地球同步轉移軌道）26.7噸，Mars（火星軌道）16.8噸——

「獵鷹重型」穩穩地摘下了世界現役火箭運載能力的金牌。

為它提供高達22819千牛起飛推力的，是同時工作的27台梅林（Merlin-1D+）發動機。這讓「獵鷹重型」也成為了目前世界上發動機數量最多的火箭。

梅林發動機的性能並不出眾。作為一家創立於2002年的商業航天公司，SpaceX曾試圖從老牌航天強國俄羅斯購買發動機，未果——大概是太貴了。最終，

在高性能的高壓補燃循環發動機與性能較低的開式循環發動機兩種自研方案之間，他們選擇了後者

，堪稱有多大能力辦多大事的典範。

「

SpaceX不追求技術上的高大上，而是注重通過創新的方案設計實現性能最優和成本最低，體現了腳踏實地與勇於創新的完美結合。

」一位業內人士評價說。

推力不足，數量來補。「人多力量大」式的發動機並聯思路，被外界認為風險較高。在傳統設計理念中，為避免多發動機耦合振動導致火箭可靠性下降，火箭一子級發動機數目通常控制在10台以內。上個世紀六七十年代，第一級使用30台發動機的N-1火箭4次試飛均失敗，蘇聯的登月夢想隨之落空。

顯然，

「獵鷹重型」通過先進的動力冗餘技術和模塊化設計，解決了發動機數量與可靠性之間的矛盾。

同樣，在箭體設計上，「獵鷹重型」突破了「要保證控制系統穩定、長細比不能大於16」的常規思路，火箭長細比（長度與直徑之比）接近20。換句話說，3個3.6米直徑的火箭模塊並聯，實現了通常觀念中「大芯」才能獲取的強大運載能力。

這不僅使得這枚火箭呈現優雅頎長的外形，也提供了構建「大火箭」結構的另一種路徑。

這是系統科學思想所創造的技術碩果與工程美感。

中國航天的開創者錢學森在上個世紀50年代提出：

用不完全可靠的元器件，能夠組成一個可靠運行的系統。

今天SpaceX的商業航天實踐再次證明：即便是不夠強大的元器件，也能集成為超級強大的巨系統。

當然，實現這一目標的前提在於，

擁有創新的設計理念、高超的設計能力和敢於突破陳規的勇氣。

不賺錢的商業航天都是耍流氓

不賺錢的商業航天都是耍流氓。誰家能賺錢，先得比比誰更能省錢。

以火箭回收為標誌，「獵鷹」一直在證明自己的多快好省。「獵鷹重型」繼承了「獵鷹-9」成功實現的發動機推力調節、推進劑管理、高精度姿控、熱防護、著陸支撐結構等自主可控回收關鍵技術，

此次發射後3枚一級火箭全部回收

，火箭一子級助推器分離和一二級分離均採用可重複使用的「冷分離」機構，一、二子級發動機也進行了可重複使用設計。簡而言之，它渾身都是寶，下次還能跑。

就連這枚「獵鷹重型」本身也是一枚「半二手」火箭，一子級的兩個助推器均由以往發射任務回收的「獵鷹-9」火箭通用芯級改裝而成。「芯級變助推」的模塊化、通用化設計，可以

最大限度地共用生產設備和零部件，省錢。

▲NASA給SpaceX的發射許可證

可重複使用技術日漸成熟，全球具備該領域技術儲備的航天機構不止一二。但是，

不差錢的機構們還在無休止地論證，而SpaceX已經大刀闊斧地去幹了。

這就是民企的商業動力，值得尊重，發人深省。（請允許我向那些鄙視企業賺錢的人表達我森森的鄙視！）

太空梭退役後將重心轉向深空探測的NASA，把近地軌道留給了民營企業。但後者的野心不止於此。隨著「獵鷹重型」的成功，

民企的發射能力從近地軌道、中小型載荷拓展到了火星軌道、大型載荷。

儘管業內對於回收復用能否實現低成本仍存懷疑——比如，可重複使用部件的檢修代價多大？馬斯克對外公布的數字是否有泡沫？

「獵鷹重型」目前發射報價僅9000萬美元，摺合近地軌道載荷每公斤1410美元。

與各國主流火箭每公斤數萬美元的現價相比，簡直就是白菜價！

業內人士認為，SpaceX重型火箭的確實現了低成本的話，意味著商業航天很可能成為主流的運載火箭，將對全球運載市場造成巨大衝擊。

▲馬斯克在發射現場接受採訪

這些年，馬斯克吹過的牛

天下火箭，唯大不破。大，可以將人與貨物發射更多、更遠——到月球，到火星。

馬斯克想上火星，地球人都知道。國際宇航聯大會上，他的演講時段特意單獨進行，因為太多人想聽聽這位航天明星「讓人類成為多星球生存物種」的藍圖是多麼吸引人，或者，不靠譜。

在他的構想中，

將人類送上火星的運輸系統叫「星際運輸系統」（Interplanetary Transport System，簡稱ITS），由可重複使用的飛船和BFR火箭構成。

後者有個很好記的非正式名稱Big Fucking Rocket（他媽的大火箭），因為它實在是大：近地軌道運載能力550噸，為「土星五號」的4.7倍，「獵鷹重型」的8.6倍。

2022年發射貨運飛船，

未來10年內實現人類移民

——飛向火星的時間表已經很緊張了，儘管它超前得讓人不敢相信。可是，有什麼是不可能的呢？馬斯克說：「福特造出便宜、可靠的汽車時，人們問，馬車怎麼就不能用了？那是一個巨大的賭注，而福特成功了。」

馬斯克繼續規劃，這一星際長途運輸工具同樣可用於地球旅行。登船、發射、進入地球軌道，

BFR能將乘客在1小時內送抵地球上任意地方：香港到新加坡22分鐘，倫敦到迪拜29分鐘，洛杉磯到多倫多24分鐘。

將出行路線進一步降低至地表，馬斯克2013年提出了Hyperloop計劃，打造在真空管道中奔跑的「超級高鐵」，

時速可達1290公里

，從華盛頓到紐約不到30分鐘。

乍聽上去真不靠譜啊……不過，

用於BFR的更大推力甲烷燃料發動機Raptor已於2016年9月點火測試成功，「超級高鐵」也在拉斯維加斯的沙漠中完成了幾次短距實測，首條客運線路可能2021年投入運營。

而「獵鷹重型」的首飛成功，又在SpaceX證明自己「不是PPT公司」的路上增加了一枚有分量的砝碼。

所謂牛人，就是把自己吹過的牛一個個實現的人。

▲

特斯拉跑車鏡頭

科學技術的極致浪漫

回到「獵鷹重型」。別忘了，它正在把一輛櫻桃紅色的特斯拉跑車送上地火轉移軌道。

鄉愁是一條長長的橢圓軌道，火星在這頭，地球在那頭。套用地球詩人的句子，我們未來在火星上生活的後代大概可以這樣描述這條連接地球故土與火星新家園的深空飛行軌道。

通過這樣的轉移飛行，數十枚探測器到達了火星地表或環火星軌道。目前繞火星工作的探測器仍有6枚：

美國的「火星奧德賽」（Mars Odyssey）、「火星勘測軌道飛行器」（Mars Reconnaissance Orbiter）和「火星大氣與揮發演化探測器」（MAVEN），歐空局的「火星快車號」（Mars Express），印度的「曼加里安火星探測器」（Mars Orbiter Mission），以及歐洲和俄羅斯聯合研製的「微量氣體軌道器」（Trace Gas Orbiter）。

很遺憾，人類第一輛飛上太空的汽車很難加入它們的行列。作為「獵鷹重型」首飛載荷的特斯拉汽車，並不是一枚具備推進與制動功能的飛行器，無法通過動力減速從地火轉移軌道進入火星軌道。未來的日子裡，它很可能在地球與火星之間來回穿行——如果要給這段旅行加上一個期限，按照馬斯克富有詩意的說法，

它會一邊播放著「太空怪談」（Space Oddity）歌曲，一邊在太空中遨遊億萬年。

▲Tesla Roadster的預定軌道

汽車電能耗盡之前，這首在1969年地球人首次登月3個多月後面世的經典歌曲里，英國搖滾歌手大衛·鮑伊（David Bowie）會一遍一遍吟唱「地面指揮呼叫湯姆上校（Ground Control to Major Tom）……」

湯姆上校是歌手假想的一位宇航員。執行完一次充滿風險的太空飛行任務後，他隨失聯飛船迷失在了宇宙深處。作為全球商業航天的領軍人與開拓者，

馬斯克像宇航員一樣勇敢前行卻從不曾迷失。

對於自己無比宏偉的目標，他的計劃清晰、堅定而充滿激情。

火箭首飛試驗，通常會裝點鐵疙瘩作為載荷。守界限制了我們的想像力，而跨界的馬斯克選擇了自己的另一個跨界產品，汽車。對於這位同時在航天、電動汽車、太陽能等多領域縱橫馳騁的科技狂人，業內人士感慨：「他每次都將某個行業之外的技術用於改變這個行業，這種跨界創新可能會成為當今社會科技創新的一個主流方向。」

關於這枚特殊載荷，很多人說是一次前無古人、後難有來者的廣告營銷。也許我們忽略了一個事實：

由於不再需要氧氣燃燒參與動力供給，

電動汽車實際上就是一種能夠在無氧氣星球表面運行的交通工具。

石油產品作為汽車必需燃料的阿波羅登月年代，宇航員不得不使用以變推力火箭發動機打造的月球車，而隨著電能驅動汽車技術成真，只要太陽能獲取充足，汽車完全可以在人類變成「多星球生存物種」之前成為「多星球交通工具」——馬斯克此舉，

是否為未來月球人、火星人將特斯拉用作出門標配而預熱？

當然，我更願意視之為一次單純的浪漫主義表達。自從阿姆斯特朗在月球上邁出了「人類的一大步」，

以航天為代表的現代科學技術賦予我們最寶貴的精神滋養，就是極致的浪漫主義、理想主義與英雄主義。

它跨越語言與地域，與你我共鳴。

技術大咖帶你看懂獵鷹重型

作者 | 蘇菲雅

「獵鷹重型」是SpaceX公司研製的兩級液體重型運載火箭

，一子級由3枚「獵鷹-9」火箭通用芯級捆綁構成，近地軌道（LEO）運載能力為63.8噸，地球同步轉移軌道（GTO）運載能力為26.7噸，地火轉移軌道運載能力為16.8噸。首飛成功，

標誌著該火箭已成為當前世界上運載能力最大的現役火箭。

一、技術參數

「獵鷹重型」運載火箭及其發動機具體技術參數：

二、首飛情況

從2011年4月5日太空探索公司（SpaceX）宣布研製「獵鷹重型」運載火箭，到2018年2月6日「獵鷹重型」運載火箭首飛，可謂是「七年磨一箭」，眾所矚目，萬眾期待。「獵鷹重型」運載火箭此次首飛是從肯尼迪航天中心L39A發射台上發射，一子級的兩個助推器均是由以往發射任務回收的「獵鷹-9」火箭通用芯級改裝而成。

首飛將全部回收「獵鷹重型」運載火箭一子級，其中2個助推器返回陸地著陸場回收，芯級返回海上駁船回收。

火箭載荷為一輛櫻桃紅色特斯拉Roadster跑車，目標軌道為地球-火星轉移軌道。

三、創新技術

1. 多發動機組合的高可靠性設計技術

「獵鷹重型」運載火箭一子級

採用27台Merlin-1D+發動機，是當前世界上發動機數目最多的火箭。

在傳統設計理念中，為避免採用多發動機導致複雜的耦合振動、火箭推重比下降、系統可靠性降低等問題，火箭一子級發動機數目通常控制在10台以內。歷史上曾有N-1火箭一子級採用了30台發動機，但其四次發射均以失敗告終。「獵鷹重型」運載火箭一子級

大膽採用了挑戰傳統的27台發動機方案，但採用先進的設計手段確保了其高可靠性。

一方面，「獵鷹重型」運載火箭

通過模塊化設計以及提高單台發動機可靠性來提升火箭的整體可靠性。

「獵鷹重型」運載火箭一子級所採用的3個通用芯級，實際上將27台發動機劃分為3個模塊，每個模塊只包含9台發動機，這種模塊化的多台發動機組合設計的複雜程度和難度，要比N-1火箭將30台發動機集中於同一個模塊上小得多。同時，「獵鷹重型」運載火箭一、二子級各台發動機都採用了三套箭載計算機熱備份，實現了控制系統冗餘，提高了發動機控制可靠性；其一子級的Merlin-1D+發動機採用了液氧煤油組合燃料和開式循環燃燒工藝，系統結構簡單，經過數次改進後可靠性已達較高水平；按SpaceX公司曾披露

Merlin-1D+發動機單機失效概率不超過0.05%計算，該發動機單機可靠性可高達0.9995。

▲

三個並置模塊27台發動機

另一方面，「獵鷹重型」運載火箭採用的動力冗餘技術可有效提高火箭的整體可靠性。「獵鷹-9」運載火箭一子級芯級具備1~2台發動機失效冗餘能力。基於技術延續性進行判斷，「獵鷹重型」運載火箭也

具備在一子級1台或多台發動機出現故障時，在運載能力雖有下降但仍能滿足任務載荷要求的條件下，繼續飛行並最終實現任務目標的能力。

動力冗餘設計使得「獵鷹重型」運載火箭的可靠性顯然要高於不具備動力冗餘能力、1台發動機失效就會引發整個任務失敗的運載火箭的可靠性。

2. 動力冗餘技術

「獵鷹重型」運載火箭所採用的動力冗餘技術是指在其主動段飛行過程中，

當1台或多台發動機發生故障，在不影響其餘發動機正常工作的情況下，箭載控制系統對故障發動機實施緊急關機、故障隔離，繼續執行並完成主發射任務的一項技術。

該技術極具挑戰性，涉及的主要關鍵技術包括：一是動力系統故障診斷隔離技術，利用箭載計算機故障診斷系統對發動機工作狀態進行實時監測，當發現發動機產生故障後，對故障發動機採取推力室泄壓、推進劑節流、燃氣發生器提前關機等緊急關機處理措施；同時箭體設計上採用高強度輕質化防爆複合材料隔艙將各台發動機相互隔離，

可避免因某台發動機失效發生爆炸對其餘發動機造成衝擊影響，從而最終達到隔離故障、降低影響的目的。

二是彈道在線規劃與重構技術，即在發動機故障導致火箭推力損失使得預置彈道無法滿足入軌要求時，箭載計算機可根據實際飛行狀態在線生成故障後彈道。三是控制制導指令在線生成技術，即

在發動機故障導致預置發動機控制策略與指令失效時，箭載計算機可在線調整生成故障後發動機控制策略及指令。

3. 可重複使用技術

「獵鷹-9」火箭已成功實現了火箭一子級的陸上回收、海上回收以及回收後一子級的重複使用。「獵鷹重型」運載火箭繼承了「獵鷹-9」火箭開展自主可控回收所涉及的

發動機推力調節技術、推進劑管理技術、高精度姿控技術、熱防護技術、著陸支撐結構技術

等一系列關鍵技術，通過子級垂直返回回收後再利用實現可重複使用。

「獵鷹重型」運載火箭一子級各個通用芯級均安裝有柵格舵，可用於輔助箭體再入過程中姿態穩定控制，並提供一定的氣動阻力用於減速。各個通用芯級的著陸裝置為四個支腿，在火箭發射後的上升段及再入過程中收攏於箭體，

當火箭一子級減速即將著陸於地面或海上平台之前展開；支腿由液壓裝置執行收攏展開，並具有展開後鎖死的能力

；支腿主要由碳纖維及鋁合金蜂窩板構成，輕質且能滿足載重需求；支腿帶有液壓減震器，可進一步減緩垂直著陸帶來的巨大衝擊。

「獵鷹重型」運載火箭的一子級助推器分離和一二級分離均採用了可重複使用的「冷分離」機構。「冷分離」機構不使用火工品，

以高壓冷氣噴射作為動力源，採用機械式推桿執行分離動作，不會對箭體造成損毀。

一子級助推器分離時，分離面位於助推側，機械推桿位於芯級側，機械推桿在分離後回縮以減小損壞概率。

「獵鷹重型」運載火箭的一、二子級發動機都進行了可重複使用設計。目前回收的「獵鷹-9」火箭損毀最嚴重的子級模塊已在試車台上完成10次全程試車，動力系統均正常工作，表明

Merlin-1D+發動機可重複使用次數經考核已達到10次。

4. 發動機節流技術

為保證一子級助推器分離時芯級仍有最多的推進劑，達到延長芯級飛行時間、提升火箭運載能力的目標，「獵鷹重型」運載火箭在設計之初

擬採用在一子級助推器與芯級之間通過交叉管路連接實現推進劑共用的推進劑交叉輸送技術。

該技術的實現難度較大，目前仍有許多難點問題待解決。

在首飛任務中，「獵鷹重型」運載火箭主要充分利用一、二子級發動機的節流變推力能力，來替代推進劑交叉輸送技術實現其擬達到的目標。

該方式與採用推進劑交叉輸送技術相比可減小火箭設計複雜性，降低風險發生概率。

在起飛初始階段，「獵鷹重型」運載火箭一子級所有27台Merlin 1D+發動機均滿工況工作，起飛一段時間後芯級發動機調節為小推力狀態以節省芯級推進劑，可實現助推器先於芯級分離，且在助推器分離時芯級貯箱內的大部分推進劑仍未消耗。「獵鷹重型」運載火箭二子級點火一段時間後，Merlin-1D Vac發動機也可調節為小推力狀態以延長二子級飛行時間。上述流程安排最終使得「獵鷹重型」運載火箭獲得與三級火箭相當的性能，提高了運載能力。

5. 其它技術

「獵鷹重型」運載火箭採用了牽制釋放技術，

在火箭豎立發射台點火起飛前，通過集成在發射台的牽制釋放系統牽制住火箭，同時讓火箭發動機豎立發射台低工況工作一段時間，對發動機主要敏感參數進行採集和評估分析，快速判斷發動機工作狀態，以提升火箭發射可靠性。

「獵鷹-9」火箭多次利用牽制釋放技術實現起飛前故障診斷，一旦判斷火箭存在危及發射的發動機或其它故障，便下達緊急關機指令，自動排出加註的推進劑，然後開展故障排查直至具備第二次發射可能性。利用牽制釋放技術可以避免火箭帶問題飛行的發生。該技術的關鍵在於牽制釋放機構，該機構是一種機械抱爪式解鎖機構，利用抱爪緊扣火箭著陸支腿及火箭豎立發射台的支撐點，此牽制釋放點的選擇可實現結構補強統一性設計。

▲牽制釋放點與著陸腿支撐點重合

▲ 牽制釋放機構

「獵鷹重型」運載火箭採用了新型輕質箭體結構技術，氧箱利用鋁鋰合金殼體橫造技術既能保證安全又可大幅降低結構重量，燃料箱利用箱壁桁條以及環形結構設計增加其承載能力。整流罩、助推頭錐採用的複合材料，確保了質量最輕。該火箭還按照NASA載人發射標準進行了結構安全裕度設計。與其它火箭採用25%的結構安全裕度不同，

「獵鷹重型」火箭是按比飛行載荷高出40%的結構安全裕度來設計的。儘管結構安全裕度高於其它火箭，但「獵鷹」重型運載火箭火箭捆綁助推器的重量比高達30

，優於史上任何火箭。

四、關鍵問題分析

1. 發動機節流技術的效益

假定將「獵鷹重型」運載火箭從肯尼迪航天中心LC-39A發射平台發射至龍飛船發射任務採用的350km×200km、傾角51.65°的LEO軌道（龍飛船任務軌道，視為基線條件），按照SpaceX公司公布的飛行時序進行彈道模擬，計算得到「獵鷹重型」運載火箭的運載能力為60.5～63.0t。在基線條件下，若「獵鷹重型」運載火箭一子級助推器、芯級均不進行節流，即在額定工況下作，則助推器、芯級同時分離，按照SpaceX公司公布的飛行時序進行彈道模擬後計算得到火箭運載能力為59t。因此，

採用發動機節流技術可為火箭提升約1.5~4t的運載能力，同時改善火箭飛行過程中的氣動載荷、軸向過載等環境條件。採用發動機節流技術還可提升火箭故障適應能力，保持助推器與芯級之間的推進劑消耗量的匹配均衡。

2. 可重複使用技術的代價與效益

採用可重複使用技術會帶來降低火箭運載能力的代價，原因在於：為了實現可控回收，回收級需預留部分推進劑用於再入過程的動力減速和穩定控制，從而使火箭可用於發射載荷入軌的推進劑相對減少。

在基線條件下，若「獵鷹重型」運載火箭一子級兩個助推器返回陸地原場、芯級返回海上駁船，按照SpaceX公司公布的飛行時序進行彈道模擬計算得到火箭的運載能力為29.6t。與基線計算結果即不回收狀態相比，LEO運載能力最多損失約54%，高於「獵鷹-9」火箭一子級海上回收運載能力損失的19.7%以及陸地回收運載能力損失的51.5%。其主要原因在於：

由於火箭推重比大，一子級芯級飛行速度高，需要預留更多的返回推進劑；助推器返回原場需要預留返回推進劑，致使助推工作時間短，不能充分發揮助推效能。

可重複使用技術帶來的最大效益是可以降低發射成本。為獲取競爭優勢，目前「獵鷹重型」運載火箭

發射報價為9000萬美元

；隨著可重複使用技術得到更為充分的應用，其發射價格還有進一步降低的空間。但是，SpaceX公司必須在可重複使用和運載能力之間尋求一個最佳平衡點才能確保在商業發射市場的絕對競爭力。

3. 動力冗餘技術的代價與效益

採取動力冗餘技術的代價在於多台發動機設置增加了系統複雜度，增加了箭載計算機控制系統的設計難度，為便於隔離故障所安裝的一子級發動機隔艙增加了火箭死重等。

採取動力冗餘技術，「獵鷹重型」運載火箭具備在一子級k（k≥1）台發動機出現故障時，在運載能力雖有下降但仍能滿足任務載荷要求的條件下，繼續飛行並最終實現任務目標的能力。此時「獵鷹重型」火箭一子級27台發動機構成了一個(k+1)/27系統，

即27台發動機中如果至少有k+1台發動機失效，則系統任務失效。

(k+1)/27系統的可靠性優於27台發動機完全串聯繫統的可靠性；且k越大，(k+1)/27系統的可靠性越高。以k=3為例，在基線條件下，考慮一子級3台發動機故障的6種情況，分別進行彈道模擬計算可知6種情況下，火箭運載能力損失最大為4.2t。此時，一子級發動機組合系統為4/27系統，當單台發動機可靠性為0.9995，系統可靠性為0.99999，遠高於27台發動機串聯組合的可靠性0.98659。因此，在「獵鷹重型」火箭運載能力下降4.2t仍能滿足發射任務載荷需求的情況下，當火箭具備一子級3台發動機故障冗餘能力時，系統可靠性將提高1.36%。

理論上，

「獵鷹重型」火箭允許發生故障的發動機的最多台數主要由火箭發射任務載荷需求決定。

當火箭允許發生故障的發動機台數越多，發動機組合的系統可靠性將越高。

六、對我國火箭發展的啟示

1. 重型運載火箭是開展深空探測的現實選擇

深空探測和大規模空間設施建設任務，均需要發展重型運載火箭。總體分析，未來載人登月任務，重型運載火箭將發揮重要作用；

之後的載人深空探測，重型運載火箭則是必不可少的運輸工具，也是最為現實的技術選擇。

2. 注重拓展性和繼承性是重型運載火箭研製遵循的重要原則

重型運載火箭可以在主要動力模塊通用化的基礎上實現良好的可拓展性，

通過對主要動力模塊開展組合設計，可滿足不同發射任務需求，不僅能降低研製費用，還能提供較大的任務實施靈活性。

重型火箭發展還應特別注重技術的繼承性，「獵鷹重型」運載火箭的研製就是充分繼承了前期型號成熟技術，為自身的技術可行性、經濟可承受性及飛行可靠性提供了重要保障。

3. 發動機推力是影響重型火箭構型的關鍵因素

「獵鷹重型」運載火箭採用的Merlin系列發動機推力偏小，致使火箭一子級發動機台數多達27台，增加了火箭上升段出現發動機故障的概率，加大了火箭系統設計難度。若採用大推力發動機則可以減少發動機台數、降低火箭系統設計難度；但大推力火箭發動機，尤其是大推力高比沖的起飛級氫氧發動機的研發難度高，將使火箭研發周期增長、研發成本增大。由此可見，

發動機選型是影響重型火箭構型的關鍵因素，是綜合權衡系統複雜度、研發難度、研發成本、研發周期等眾多因素的結果。

4. 可重複使用運載器是航天發展重要方向

可重複使用運載器是大幅降低進入空間費用的有效手段，可為開展大規模航天應用提供有利支撐。

世界各主要航天國家正將可重複使用技術作為未來航天發展的重要方向，不斷加大對其的研究、應用力度。我國也應積極開展可重複使用運載器技術的研究，以應對未來航天發展挑戰。

—THE END—

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