昨天，在美國佛羅里達，卡納維拉爾角LC-39A工位，重型獵鷹火箭首飛發射成功。它的第一子級由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，毫無爭議的成為現役火箭之王。

現在，重溫一下關鍵的畫面。

最后一張照片是兩枚助推器徐徐降落的場景，雖然第一級的主火箭沒有回來，但是能同時回收兩枚火箭，這真是航空技術的一個大跨步。

隨著火箭上天的是一輛Roadster 跑車，SpaceX公司老板埃隆馬斯克的另一杰作。馬斯克在這輛跑車的PCB板上留下了一句話：“Made on earth by humans”。希望這輛車不要被外星人發現。

愛好冷幽默的馬斯克還在汽車的中控屏上打出了Don't panic！不要驚慌！

不走尋常路的獵鷹

重型火箭并不罕見，不要說時間久遠的美國土星五號和蘇聯N-1，目前美國SLS火箭已研制多年并將于2019年首飛，中國也計劃研制重型火箭。不過重型獵鷹的確是與眾不同的，一般來說，研制重型火箭都不惜血本，比如土星五號單價有媲美航母造價的奢侈，但重型獵鷹火箭卻不按牌理出牌得讓人嗔目結舌：它的發射報價只有9000萬美元！不是9億美元，只有9000萬美元！這是什么概念？它比主流的歐洲阿里安5、日本H-IIA、美國宇宙神5和德爾塔4都要便宜，50噸以上運力的重型火箭，價錢比20噸級的大型火箭還便宜，真是讓人大跌眼鏡。

圖 人類歷史上的最強四大火箭

重型獵鷹的上天之路極不平坦，項目執行過程中曾多次要取消，還再三地推遲發射日期。更為重要的是，它的研發之路要克服很多技術偏見和挑戰。

重型獵鷹采用了27臺發動機，這種多發并聯的技術，在很多人眼中是不靠譜的。因為當年的蘇聯N1火箭，第一級就采用了30臺發動機，點火以后，成了一場煙花秀。

因此，很多人認為火箭的多發并聯是條邪路，單臺大推力發動機才是正道，重型獵鷹一級多達27臺發動機的設計，自然不被看好。

馬斯克和SpaceX團隊不信這個邪，他們認為多發并聯火箭可靠性更高。

一方面，“獵鷹重型”運載火箭通過模塊化設計以及提高單臺發動機可靠性來提升火箭的整體可靠性。“獵鷹重型”運載火箭一子級所采用的3個通用芯級，實際上將27臺發動機劃分為3個模塊，每個模塊只包含9臺發動機，這種模塊化的多臺發動機組合設計的復雜程度和難度，要比N-1火箭將30臺發動機集中于同一個模塊上小得多。同時，“獵鷹重型”運載火箭一、二子級各臺發動機都采用了三套箭載計算機熱備份，實現了控制系統冗余，提高了發動機控制可靠性；其一子級的Merlin-1D+發動機采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，經過數次改進后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。

另一方面，“獵鷹重型”運載火箭采用的動力冗余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臺發動機失效冗余能力。基于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臺或多臺發動機出現故障時，在運載能力雖有下降但仍能滿足任務載荷要求的條件下，繼續飛行并最終實現任務目標的能力。動力冗余設計使得“獵鷹重型”運載火箭的可靠性顯然要高于不具備動力冗余能力、1臺發動機失效就會引發整個任務失敗的運載火箭的可靠性。

同時，重型獵鷹火箭運載系數極高，但卻沒有使用高比沖發動機，而是挑戰了火箭減重的技術和工藝極限。

傳統火箭設計中，世界各國為了提高火箭性能絞盡腦汁，提高運載系數（指載荷質量占火箭總質量的比例）的主要辦法是使用高比沖發動機，畢竟齊奧爾科夫斯基公式中，提高發動機比沖將帶來性能指數級的提高，而減輕火箭結構重量效果就差多了。有資料顯示，發動機比沖提高7%，兩級半火箭的運載系數提高30%，因此各家不惜重金研制高比沖的高壓補燃閉式循環發動機，還不怕危險和麻煩使用液氧液氫推進劑。

全液氧液氫的重型德爾塔4火箭的運載系數高達3.9%，對其他火箭形成碾壓之勢，不過面對重型獵鷹火箭卻要自愧不如了，重型獵鷹火箭起飛重量1421噸，運載系數高達4.49%！重型獵鷹完全靠超高推重比的發動機和超輕的火箭儲箱實現了這樣的高性能，它的Merlin 1D+發動機的推重比已經達到了188，而推重比世界排名第二的NK-33發動機只有136而已，重型獵鷹火箭的鋁鋰合金超輕共底儲箱貢獻更大，第一級火箭干質比接近30，第二級也超過20。雖然降低結構重量的效果不如提高發動機比沖，但重型獵鷹火箭的箭體實在太輕了，有計算發現，獵鷹火箭第一級加上整流罩都能直接發射入軌，重型獵鷹火箭運載系數超越全氫氧的重型德爾塔4火箭，是挑戰火箭制造技術極限的結果，讓人震驚卻在情理之中。

SpaceX公司的最大殺手锏就是可重復使用技術。具體到“獵鷹重型”運載火箭上，它的一子級各個通用芯級均安裝有柵格舵，可用于輔助箭體再入過程中姿態穩定控制，并提供一定的氣動阻力用于減速。各個通用芯級的著陸裝置為四個支腿，在火箭發射后的上升段及再入過程中收攏于箭體，當火箭一子級減速即將著陸于地面或海上平臺之前展開；支腿由液壓裝置執行收攏展開，并具有展開后鎖死的能力；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沖擊。

“獵鷹重型”運載火箭的一子級助推器分離和一二級分離均采用了可重復使用的“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，采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，分離面位于助推側，機械推桿位于芯級側，機械推桿在分離后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復使用設計。目前回收的“獵鷹-9”火箭損毀最嚴重的子級模塊已在試車臺上完成10次全程試車，動力系統均正常工作，表明Merlin-1D+發動機可重復使用次數經考核已達到10次。

對于中國來說，Don't panic！

看到獵鷹上天的新聞，很多人認為中國的航天技術落后了。差距確實有，但是不必慌張。航天是一個沒有盡頭的技術之旅，你追我趕是很正常的。

SpaceX最大的貢獻是開啟了民用航天的大門，讓這項技術不再是大國政府手中的玩物。這不，中國的民營企業也開始參與到這項事業中了。

1 月 15 日，國內首家 “ 民營火箭 ” 制造研發公司零壹空間正式宣布完成最新 A+ 輪融資，領投方為前海梧桐并購基金，鴻泰基金、招商局創投、前海萬得、正軒投資、通江資本等跟投。至此，零壹空間從 2015 年 8 月成立至今，已累計獲得 5 億元融資。

零壹空間自主研制的 OS-X 系列火箭發動機已于 2017 年 12 月 22 日成功完成整機試車，目前已進入全箭調試測試階段，預計在今年的 6 月份首飛，OS-M 系列火箭也將于今年年底前后首飛。

可以預見，不久的將來，由中國的優秀商業公司研發的航天器也將出現在浩瀚的太空中。