作者說

　　北京時間2019年4月12日6點35分，伊隆·馬斯克旗下SpaceX公司的重型獵鷹火箭時隔一年再次從肯尼迪航天中心LC-39A發射臺發射，這款現役運載火箭之王終於迎來了首個正式商業載荷，一顆重6.46噸的同步軌道商業通訊衛星，兩枚助推器率先返回陸地着陸場LZ1和2，隨後芯級也穩穩落在距發射場1000公里的無人回收駁船上，34分鐘後星箭順利分離。至此，馬斯克終於實現了7年前向觀衆展示的三枚火箭同時回收的壯觀景象，只不過當年那個寒酸的發佈會上迎來的是同行嘲笑和諷刺，今天迎來的卻是潮水般的歡呼，27臺發動機並聯設計的可靠性再一次得到了驗證。而這次看似平淡的發射之後，一些潛藏但驚人的變化正在航天界湧動，無論是NASA的重返月球進程，還是在遙遠的大洋彼岸。

　　順利發射，順利分離，順利回收

　　發射視頻，從點火前1分鐘直到回收全部成功，推薦觀看

　　起飛瞬間，2320噸的巨大推力

　　2：39，助推器順利分離，側向冷分離機構工作正常

　　7：43，兩枚助推器順利返回着陸場，穩穩降落

　　10：20，火箭芯級成功着陸在發射臺1000公里外的回收駁船上，彌補了首飛芯級墜海的遺憾

　　作爲重型獵鷹的第二次發射，本次發射所用的芯一級和兩臺側助推器均爲全新生產的Block5最新改進型（芯級編號B1055.1，助推器編號B1052.1和 B1053.1），但按照SpaceX一貫摳門到死的脾氣，雖然箭體是新的，但部分梅林（Merlin）發動機以及助推器頭錐卻是重複使用的。

　　看看這包漿良好的助推器頭錐，摳門已經不足以形容了

　　一年前的2月8日，重型獵鷹火箭首次成功首飛，兩枚火箭的助推器在完成發射任務後與火箭分離。然後逐漸飛回發射場，緩緩落在着陸場上。這個過程被空中的無人機準確的拍攝下來，震撼世界。整流罩打開，蔚藍地球背景下的紅色特斯拉跑車和炫酷的假人模型的照片刷爆了當天的所有媒體。

　　去年發射實拍，並非CG

　　SpaceX的2018年集錦，剪輯優秀，包含大量首飛畫面，推薦觀看

　　這次發射一時間成爲爆炸性新聞，各大媒體爭相報道。當天本號文章獲得了超過110萬的恐怖閱讀量（

　　發射臺沒被炸平，新的人類最強現役運載火箭誕生！馬斯克吹的牛又一次變成了現實！（內附發射視頻）

　　），超過其他所有文章閱讀量之和，這讓我見識了什麼才叫真正病毒式傳播的威力，什麼叫話題性新聞，有些網友表示甚至從不關心航天的大爺大媽，茶餘飯後都聊起這個話題，在知乎上也掀起了一片對私營航天和體制的爭論。

　　感覺人生到達了巔峯

　　據說重型獵鷹首射後的一週內，這家僅有七千多員工的公司竟然收到了一萬多份求職簡歷。之前一直苦於航天不受關注的我們這才恍然大悟——”若想有驚世之名，勢必需驚人之舉“，航天的宣傳需要噱頭，需要炒作，但歸根結底還是需要真真正正的創新。

　　水平組裝廠房內的重型獵鷹

　　但是這場爭論蔓延的實在太遠，尤其是一款運力強大的火箭首飛只敢搭載一輛不足2噸重的跑車，遭到衆多網友的嘲笑，稱其用了喫奶的勁兒卻只打了一堆太空垃圾。甚至衆多友商紛紛表示，打跑車我們也行，甚至可以一口氣打好幾輛。但事實上，去年首飛搭載跑車實屬無奈之舉，其實正證明瞭當時重型獵鷹的最大問題：

　　可靠性不足，沒有客戶敢上！

　　可靠存疑，訂單寥寥，急需自證

　　但在去年首飛的喧囂過後，重型獵鷹不得不面對一個“空有屠龍刀，卻無龍可屠”的尷尬境地。人們常說“火箭的運力有多大，航天的舞臺就有多大”。重型獵鷹火箭標稱近地軌道運力高達63.8噸，同步轉移軌道噸的運力26.7噸，看似大有可爲，其實是高不成低不就。主要體現在以下幾方面：

　　1.運力對於商業客戶過大；

　　2.可靠性讓NASA和軍方心存疑慮；

　　3.價格優勢不如獵鷹9那麼突出。

　　首先，商業客戶並不需要這麼龐大的運力，最重的商業通訊衛星也不過重8噸有餘，還不到火箭同步軌道運力三分之一，類似阿麗亞娜5的雙星拼車也限於整流罩等原因難以成行，況且高通量同步軌道衛星造價動輒數億美金，加之多數客戶對重型獵鷹可靠性存疑，訂單數量較獵鷹9遜色不少。

　　我們網站統計的重型獵鷹發射訂單，其中三單是去年首飛後才敲定，足見首飛時訂單的慘淡程度

　　而忠實客戶NASA短期也並不需要這款火箭執行深空任務，一是因爲探測器對發射窗口及可靠性要求甚高，而火箭可靠性尚未得到充分認證。獵鷹9執行了近70次發射，直到去年末纔拿到LSP-3認證，具備發射所有高價值載荷的資格，而且對於一般探測器則運力嚴重過剩，要知道人類迄今向火表投送的最重物體好奇號也不過重一噸。

　　美國空軍和國家偵察局（NRO）雖有所需求，尤其是國家偵察局著名的鎖眼（Keyhole）、導師（Mentor）等間諜衛星（詳見往期文章：美國國家偵查局的“幽靈天眼”—揭祕“鎖眼”系列間諜衛星）。但NRO載荷歷來以貴出名，載荷貴過等身黃金，且事關美國國家安全，僅成功發射一次的火箭難言可靠(通常頭三次發射都具備較大風險)，SpaceX急需一次正式任務證明自己的設計足夠可靠。於是，中東土豪今天順利成爲了小白鼠。

　　載荷衛星效果圖，一式兩份，其姐妹星已經由阿麗亞娜5火箭於今年2月送入軌道

　　載荷是Arabsat-6A是一顆高通量通信衛星，採用洛克希德·馬丁公司增強的LM-2100平臺，但問題這顆衛星僅重6噸有餘，自家獵鷹9完全可以勝任，緣何大動干戈動用重型獵鷹呢？難道只是爲了證明可靠性？

　　衛星實物，對比右下角的人，是個大傢伙

　　衛星採用了類似手風琴結構的新式柔性太陽能電池板，平臺本身也相當先進

　　你到底能不能打——重型獵鷹的運力之謎

　　Arabsat-6A合同簽訂於2015年，那時的獵鷹9 1.1版同步轉移軌道運力僅有4.85噸，6.46噸衛星選用重型獵鷹合情合理。然而世殊時異，獵鷹9在4年間不斷迭代升級，運力一路飆升至8.3噸，已經輕鬆涵蓋6噸衛星。不過若嚴格按照合同履行，採用重型獵鷹是合理的，但以往也有過重型獵鷹訂單下放到獵鷹9發射的情況，這次爲什麼不呢？

　　獵鷹9的Block5型，融合了4年來SpaceX所有對VTVL回收和重複使用的經驗和教訓，稱得上是獵鷹9的究極改型，至今最多複用3次，且紀錄還在刷新，但是也基本終結了SpaceX的一次性火箭發射業務

　　這要從複用計劃說起，自2015年12月首次回收獵鷹9火箭起，經過4年瘋狂改進和迭代，SpaceX的回收複用日漸成熟，從國內相關論文估算可知，相對於一次性發射，海上回收大概會損失30%運力，返場陸地回收損失50%運力。雖然如此，但SpaceX依然堅定的將複用道路走了下去，並且於去年Block5構型服役起宣佈，對商業客戶除特殊原因外，不再安排一次性發射，將對複用火箭發射逐步打出各種折扣，以吸引客戶使用。至此，業界對於複用火箭是否省錢的激烈爭論基本告一段落，折扣就是最好的證明。

　　有折扣，誰不愛？

　　迄今爲止，SpaceX取得了20多次複用火箭發射成功率100%的傲人成績，讓那些日夜期盼複用火箭翻車好開始冷嘲熱諷的人等的好辛苦好辛苦。因此目前，SpaceX除非特殊政府載荷(如GPS-3首星)外，運力上限就是5.5噸（見上圖），當然也有衛星超重但自行升軌的情況，篇幅所限不展開。所以但凡超過5.5噸的GTO載荷，也就順理成章地成爲了重型獵鷹的訂單。當然不僅如此，此次重型獵鷹將試圖將衛星送入一條超同步軌道（Supersynchronous Transfer Orbit，22.9623° x 320.533 x 89807.493 km ），也就是多送衛星一程，僅此一項就將節省大量衛星推進劑，有望將衛星在軌壽命從15年延長至18-20年，這也是客戶冒險選擇重型獵鷹的原因所在。

　　星箭分離成功瞬間

　　綠光來自三乙基鋁-三乙基硼(TEA- TEB)引火系統的反應，還可以看到火焰底端的激波

　　今天的發射成功後，兩枚助推器將被重新翻修，用於今年另一次重型獵鷹發射，這一次，重型獵鷹要向美國空軍證明，這款火箭完全具備替代ULA宇宙神5和重型德爾塔4的實力，可以執行各種國家安全發射（National Security Launch），不僅如此，SpaceX更便宜，運力更大，不再需要忍受重型德爾塔4每次發射近4億美元的勒索價格，不需要忍受宇宙神5每次1.5億的昂貴報價，只需要9000萬美元！買不了喫虧，買不了上當。（事實上政府發射報價會比商業報價略高，因爲包含特殊要求）。

　　但是無論如何，今天的這次成功發射，進一步驗證了27臺發動機並聯的設計是足夠可靠的，這對未來世界運載火箭的設計思路，以及未來SpaceX的訂單都會產生不可估量的影響，大推力高性能火箭發動機是否還那麼那麼的必要，成爲了一個新的爭議話題。

　　現役及在研火箭運力對比圖，紅框爲運力值，截圖自BraunGe製作，感謝他的工作

　　就是這樣，一家曾經被業界稱之爲恥辱，也被同行笑話的公司就這樣一步一步成爲了現役的運載火箭之王。把所有曾經笑話他，鄙視他的對手，就這樣輕鬆地踩在了腳下，這種屌絲翻身的故事，似乎是所有媒體都喜歡的。

　　還記得2011年那個被同行笑話了好幾年的慘淡發佈會麼？當時獵鷹1號三射三敗的糟糕記錄讓業界和公衆對這款“PPT火箭”投來了無數的嘲笑和譏諷

　　自從誕生，發發不同，今年的重型獵鷹又有改進？

　　SpaceX一直奉行互聯網式的快速迭代策略，基本就沒有”定型“和”批產“這個概念，正如公司可靠性部門發言人說的那樣——在過去的數年間，公司幾乎就沒生產過兩枚完全一樣的獵鷹9火箭。其實這次發射的重型獵鷹也是如此，今年火箭全面基於2018年4月首飛的Block5型獵鷹9改進而來，推力提升，運力提升，全面換用鈦合金格柵舵，改進發動機艙防熱結構，換用新型箭體塗料等等，這些改進在此不再贅述，詳見：獵鷹9號進化史——走向多次複用的設計變革，由於同宗同源，獵鷹9的任何改進都將延申至重型獵鷹上，形成協同效應。

　　兩次發射的對比圖

　　水平組裝廠房內的火箭，右上角那枚是剛執行過載人龍飛船無人首飛後回收的獵鷹9火箭

　　其實此次發射的發動機艙還是頗具看點的，從高清圖可見（上：此次發射的Block5版本，下：去年回收後的助推器，基於FT版本），Block5爲更好的複用，首先改進了發動機擺動機構的密封結構，爲了實現推力冗餘設計，所有梅林發動機都具有擺動能力，因此需要柔性密封結構保護發動機，但原有的防火帆布在最高6-8馬赫的惡劣回收再入環境下受損嚴重，甚至有些任務中會被徹底吹爛。因此在Block5版中改成了活動防熱板（上圖白色），同時發動機艙還有明顯的銅綠色防熱塗層，還有OctaWeb結構上的連接和分離機構也爲研究重型獵鷹的捆綁受力結構提供了素材和佐證。（我認爲是後捆綁，但有不同意見，歡迎留言）

　　塗黑後的LC-39A發射塔甚是亮眼，當年登月用的土星五號看到他用過的發射臺變成這樣會作何感想呢？

　　哼！都是NASA的錢和技術！重型獵鷹到底是不是”國有資產流失“？

　　一直以來，SpaceX都被很多媒體和網友稱之爲NASA的私生子，不管是獵鷹9、龍飛船還是重型獵鷹，任何該公司的成功都可以直接扣一個NASA過時技術資產轉移的帽子，然後心安理得的認爲沒什麼了不起，繼續過自己的小日子。

　　然而事實真的是這樣麼？就以大家說的最多的梅林（Merlin）發動機爲例，好多媒體都說這不過是馬斯克撿了半個世紀前阿波羅登月艙下降級發動機（Lunar Module Descent Engine，簡稱LMDE）的垃圾而來，然而事實LMDE根本就不是NASA的技術，該發動機由TRW公司設計製造，技術和版權都歸屬於TRW公司，NASA只是傳統的“包辦式大總體”，NASA無權把他甩賣給任何公司和個人。而LMDE本身和梅林發動機最大的通用之處就是採用了針拴式噴注器，這種噴注器事實上廣泛應用在TRW的各種發動機上，這種噴注器利於調節推力，適用於變推力發動機，適用於VTVL回收，但對推力室冷卻要求較高。除此之外，LMDE和Merlin無論是推力、推進劑組合、用途上都完全不同。唯一雞賊的就是馬斯克挖到了TRW的Chief Designer湯姆·穆勒，但這個思路又何嘗不是國內民營航天企業都在實踐的呢？

　　對於這個話題，本號往期有專文解析：舉火尋道六十年——地外着陸反推火箭發動機發展史揭祕。我國相關科研院所也對該發動機有大量中文綜述和研究文章、書籍，在此不再贅述，有興趣的可以深入瞭解。

　　如果你非要給右邊（Merlin）找個左邊（LMDE）的爹，那我也沒辦法

　　簡單聊了技術轉移，還有人跳出來會說——NASA天天給SpaceX撒錢，各種資助，各種養着，這就是養兒子，這就是“國有資產流失”。

　　事實是SpaceX確實受到了NASA的大量金援，但是絕大部分是發射合同形式，但並非所有火箭型號都受到了NASA青睞，SpaceX的很多火箭型號NASA甚至連一毛錢都沒投過，其中就包括今天的重型獵鷹火箭。公司成立至今的所有火箭型號當中，獵鷹1的研發基本是伊隆·馬斯克自掏腰包完成的，三次失敗折磨的他幾近破產，直到第四次發射成功之前，前三次發射失敗，NASA都沒有掏過一分錢。

　　回想起那段歲月，真是老淚縱橫，創業之難，可見一斑

　　然而我們所熟知的獵鷹9火箭和龍飛船，確實是在NASA的商業貨運服務（CRS）的項目資助之下研發而成的，載人龍飛船也是在商業載人航天項目下資助完成的（CCP）。不過需要說明的一點是，獵鷹9的VTVL項目並不是NASA的資助範圍之內，這完全是公司自掏腰包逐漸實驗完成的，而且最開始NASA從可靠性角度出發，是明確反對過公司進行火箭回收試驗的，然而數年後。。。

　　而我們今天的主角重型獵鷹火箭，自從他誕生的第一天起，從公開渠道資料來看，可憐到沒有收到過NASA哪怕一分錢的資助，無論是整箭訂單還是研發資助，統統都沒有，只有一個可憐的搭車空軍任務的訂單，幾乎可以忽略不計。那麼看起來這麼美好的重型獵鷹火箭，爲什麼一直不受到NASA的待見呢？因爲在50噸以上運力級別，NASA有着自己的小算盤，也就是美國航天的“未來之星”、“強國之基“、”登月希望“，真真正正的重型火箭，真真正正的親兒子！

　　來，真正的親兒子，亮個相吧！

　　波音同學，最近你好火啊！

　　看到沒，這纔是NASA的嫡出，SpaceX的那些”破“火箭的待遇跟他相比，連垃圾箱揀的野孩子都不算

　　扶不起的阿斗，指不上的SLS！

　　作爲航天飛機技術遺產的重塑再造，作爲”美國未來確立在月球、火星及更遠深空領先地位的核心“（NASA原話），NASA的一路高調支持，加上國會議員各種力挺，再加上主承包商波音的巨大政治影響力加持，太空發射系統（Space Launch System）甫一出生就光環加持，集萬千寵愛於一身，頗具王者氣派。SLS在美國可以說是要人給人，要錢給錢，要技術給技術，傾其所有，毫不吝嗇。

　　想要世界最好的分級燃燒氫氧發動機？

　　好，5500萬美元一臺，可以複用10多次的RS-25拿去，發射一次扔海里4臺。

　　想要世界最好的助推器？

　　好，航天飛機SRB改進的5段式固體助推器拿去，不打撈不復用，用完就扔不在乎。

　　想要世界最好的上面級發動機？

　　好，3000萬美元（舊價格）一臺，膨脹循環的RL-10拿去，改進型的EUS上面級發射一次扔海里4臺。

　　想要世界最好的發射條件？

　　好，土星五號的發射臺LC-39B免費給你，10億美元砸上去，改建發射臺，壯觀不，厲害不？

　　什麼叫豪氣沖天，什麼叫真正的親兒子待遇，這還只是冰山一角。NASA還量身定做爲SLS安排了一系列任務，欽定SLS發射，其他誰都不行。

　　這是被商業火箭一頓蠶食後剩下的SLS任務，還是很多不是？

　　然而SLS自2011年宣佈開始研發，在繼承航天飛機所有成熟動力系統和技術遺產的前提下，原定2016年首飛時間一拖再拖，原定的研發經費和發射費用一漲再漲，原定的運力水平一縮再縮。首飛目前已經推遲到不早於2021年，單次發射費用從原有宣傳的4億美元一次飆升至15-20億美元一次，運力水平縮水至基於ICPS的Block1型僅有75噸近地軌道運力，項目每年都要燒掉NASA慷慨提供的數十億美元資金（NASA的預算案每年是公開的，網上可以下載，有興趣可以看看），火箭尚未首飛，已經花費近170億美元（另有說超過100億美元），波音在其中發揮了巨大的”作用“，即使如此，SLS依舊穩如泰山，波音對NASA每年的鉅額撥款更是甘之如飴。

　　絕對夠形象

　　但是，轉機出現在2019年初，波音這種肆無忌憚的拖延、超支和運力縮水，已經嚴重影響到了特朗普政府擬定的重返月球計劃表。因此副總統邁克·彭斯爲主的太空委員會終於對SLS忍無可忍，勒令必須在2020年6月開始獵戶座飛船的首次繞月任務，代號EM-1，即使不採用SLS（其實就是誰能幹誰上，不能幹的滾蛋），一時間業界譁然。

　　彭斯演講時，回頭一看後面四款登月用火箭，三款還在PPT上，還返回個毛月球啊

　　NASA新任局長臨危受命，研究用已有的商業火箭替代SLS執行獵戶座飛船的首次繞月飛行（EM-1），嚴密討論後，發現唯一能滿足要求，趕得上時間，運力又足夠的，竟然是NASA從不待見，一分錢沒投資過的重型獵鷹火箭。

　　新局長移情別戀也是無奈，誰讓波音自作孽了

　　重型獵鷹搭配ICPS發射獵戶座飛船繞月設想

　　雙發重型獵鷹發射獵戶座飛船，在軌對接後繞月設想

　　雖然最終NASA結果是這兩種方案同樣趕不及在2020年6月發射獵戶座，轉頭又回去催促波音趕緊幹活，但是這對於SpaceX而言是一次巨大的機會，一次染指深空載人發射這塊NASA自留地的絕佳機會，又是一次屌絲翻身的機會。正所謂天道酬勤，無人資助的重型獵鷹火箭從馬斯克本人的一種執念逐漸變成了現實，直到差一點兒就把NASA親兒子踢落馬下，可以說，努力永遠都有回報。今天的成功發射過後，未來的登月任務中，重型獵鷹的地位或許又會有微妙的變化，讓我們拭目以待。

　　在最新曝光的美國返月方案中，重型獵鷹可謂是大有可爲，首先就是LOP-G的PPE模塊

　　即使是作死，我也要聊聊對中國的影響！

　　聲明：本人爲典型鍵盤航天，以下內容爲胡言亂語

　　歷來，在公開媒體上妄言在研的國內火箭型號是一項“作死”舉動。但今天仍舊不吐不快，請各路神仙高擡貴手。今天重型獵鷹的首次商射成功，不僅是爲SpaceX敲開了未來深空任務的大門，不僅僅會對美國航天界造成震動，更是會影響到某個東方的神祕型號。

　　說起這款火箭，要先從承載了中國載人登月夢想的長徵九號（上圖右）說起，這款火箭自曝光起，就和SLS頗爲相似，集萬千寵愛於一身，科技集團及相關廠所，各路官方媒體，乃至關鍵技術公關的相關廠商都不斷高調吹風，兩會更是年年不乏相關議題。近年來，長徵九號的方案數易其稿，但公開的各版本基本思路變化不大，最高運力對標土星五號，甚至更高，是目前世界在研重型運載火箭中最高的，有望一把將中國航天的火箭運力推向世界最高峯。

　　但長徵九號自始至終都是徹徹底底的一次性設計，對回收複用考慮很少，通過搭配串聯芯級和助推器調整運力，最關鍵是繞不開動力系統兩座大山——500噸級補燃煤油機和200噸級分級燃燒氫氧機（坊間一般叫YF-480和YF-220），500噸級對標人類航天史上煤油發動機最高峯，前蘇聯的RD-170；而200噸氫氧機直接融合借鑑美、蘇分級燃燒氫氧發動機的巔峯之作RS-25和RD-0120。兩型發動機指標之高，難度之大，結合YF77近年的坎坷風波，實在讓人替11所和科技集團捏汗一把，再加長徵九號9米直徑貯箱帶來的一系列挑戰和風險，雖然我熱切期盼中國人踏上月面的那一刻，但是作爲鍵盤航天從業人員，我只能冒着挨噴的風險評價說“研發人員勇氣可嘉”。雖然500噸渦輪泵聯試近期取得進展，但是萬裏長徵頭幾步，困難險阻在後頭。

　　500噸液氧煤油發動機渦輪泵-燃氣發生器聯試現場