SpaceX公司在網(wǎng)站上公布了Falcon Heavy火箭的數(shù)據(jù),，初步公開Falcon Heavy火箭可以將53噸的載荷送入28.5°傾角200千米的LEO軌道，這個運力是航天飛機現(xiàn)有水平的2倍多,。如果說對53噸的數(shù)字沒有概念的話,，用Elon Musk的話說就是一架波音737的質(zhì)量。Elon Musk自豪的宣布Falcon Heavy火箭將是美國阿波羅計劃的土星五號火箭退役后最大的運載火箭(NASA的HLV更晚出來,，被他無視了:-),，它將于2013年左右首次發(fā)射。Falcon Heavy火箭基于SpaceX公司原有Falcon 9 Heavy火箭的設(shè)計,，使用現(xiàn)有Merlin1C發(fā)動機的升級版Merlin1D,，推力從125klbf增加到140klbf/63.5噸。Falcon Heavy火箭在第一級仍然使用3個9臺Merlin1發(fā)動機箭體的情況下,，27臺發(fā)動機的總推力大大提高,。火箭的第二級沿用Falcon 9 Heavy的設(shè)計,，仍然是單臺真空版Merlin發(fā)動機,，雖然是開式循環(huán)液氧煤油發(fā)動機但比沖高達(dá)345秒。Falcon Heavy火箭全長69.2米,，比Falcon 9 Heavy火箭的54.9米加長14.3米,，不過直徑保持原有的3.6米，整流罩也仍為直徑5.2米,，起飛推力提高到17MN(約1730噸),，起飛質(zhì)量從Falcon 9 Heavy的885噸增加到Falcon Heavy的1400噸，它不僅是土星五號和能源號之后最大的火箭，而且運載系數(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)強于現(xiàn)有火箭,，甚至超過了全氫氧發(fā)動機的Delta IV Heavy火箭,。

Falcon Heavy火箭使用了大量新技術(shù)，這是它達(dá)到高運載系數(shù)的根本保證,。Falcon Heavy火箭是第一種全面使用2195鋁鋰合金的液氧煤油火箭,，2195鋁合金的使用將它的結(jié)構(gòu)質(zhì)量降低到驚人的程度，助推器質(zhì)量比(加滿推進(jìn)劑質(zhì)量/耗盡推進(jìn)劑結(jié)構(gòu)質(zhì)量)超過30,，而現(xiàn)有Delta IV Heavy不過是10左右的質(zhì)量比,，這是Falcon Heavy作為全部使用低比沖液氧煤油發(fā)動機的火箭，但運載系數(shù)卻高于全部使用高比沖氫氧發(fā)動機的Delta IV Heavy的重要原因,。Falcon Heavy火箭還將是第一種使用Cross-Feeding技術(shù)的運載火箭,，Cross-Feeding技術(shù)可以在助推器和芯級之間交換推進(jìn)劑。根據(jù)SpaceX的介紹,，通過Cross-Feeding技術(shù)保證助推器分離時芯級仍有最多的推進(jìn)劑，使Falcon Heavy這種二級半結(jié)構(gòu)的火箭達(dá)到三級火箭的性能,。雖然通過發(fā)動機推力調(diào)節(jié)也可以實現(xiàn)芯級保留更多推進(jìn)劑,，但效果上遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上Cross-Feeding技術(shù)將助推器剩余推進(jìn)劑輸送給芯級的效果。SpaceX公司指出在發(fā)射較輕的載荷時可以關(guān)閉Cross-Feeding技術(shù),，這樣雖然LEO運力下降,，但減少了復(fù)雜性降低了出錯概率。根據(jù)發(fā)布會的消息,，不使用Cross-Feeding技術(shù)的話LEO運力大約45噸,，仍然可以滿足目前的各種需求。Falcon Heavy火箭在可靠性上的設(shè)計也很高,，它設(shè)計留有40%的結(jié)構(gòu)余量而普通運載火箭僅有25%,，此外它還裝備了三余度的導(dǎo)航控制系統(tǒng)，27臺發(fā)動機的設(shè)計更是設(shè)計上具備在單臺或多臺發(fā)動機故障時火箭仍然可以順利完成發(fā)射任務(wù)的能力,，這些設(shè)計使得Falcon Heavy成為一種設(shè)計上極為安全可靠的運載火箭,，也完全符合NASA的運載火箭載人航天標(biāo)準(zhǔn)。

Falcon Heavy目前直接競爭對手Delta IV Heavy,，發(fā)射費用已經(jīng)高達(dá)4億美元以上

Falcon Heavy火箭最令人驚嘆的是它的報價,，SpaceX公司的網(wǎng)站公開數(shù)據(jù)是80~125M，在1億美元左右浮動,。難怪NSF(nasaspaceflight)論壇的網(wǎng)友瘋狂的推崇Falcon Heavy火箭,，并且有很高的呼聲要求用Falcon Heavy火箭取代NASA官方開發(fā)的HLV。不過SpaceX推出Falcon Heavy火箭主要還是爭奪地球軌道的發(fā)射市場,，而不是和HLV爭鋒,，發(fā)布會上Elon Musk低調(diào)宣布Falcon Heavy運力低于70噸就是一個證明(70噸是HLV最小運載能力)。Elon Musk表示Falcon Heavy火箭符合EELV的要求，完全而且應(yīng)該和聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟(ULA)的Delta IV/Atlas V火箭競爭,。根據(jù)近期的數(shù)據(jù),，ULA向美國軍方提出的報價實在高的驚人，2012年的報價在歷年的高費用基礎(chǔ)上進(jìn)一步上漲30%,，4次發(fā)射居然要17.4億美元,，單次發(fā)射費用4.35億美元，和航天飛機的單次發(fā)射費用非常接近了,。美軍被貪婪的ULA壓榨的很慘,，但波音和洛馬聯(lián)合的ULA壟斷了大型載荷的發(fā)射市場，也只能打碎牙齒和血吞,。吃夠了壟斷企業(yè)的虧,，美國軍方支持SpaceX公司的Falcon Heavy火箭也就不難理解了。Falcon Heavy火箭運載能力兩倍于Delta IV Heavy火箭,，但發(fā)射報價只有Delta IV Heavy的1/3而已,，也就是說每磅的發(fā)射費用只有Delta IV Heavy火箭的1/6，F(xiàn)alcon Heavy火箭每磅發(fā)射費用降低到1000美元左右,，這是航天運載工具在發(fā)射費用方面的世界最低紀(jì)錄,。

SLC-4的Falcon Heavy發(fā)射想象圖

 

Falcon Heavy火箭首次發(fā)射將在范登堡空軍基地的SLC-4工位，主要發(fā)射將在肯尼迪發(fā)射中心的LC-40發(fā)射工位進(jìn)行,。從首次發(fā)射地點看,，雖然沒有SpaceX公司聲稱還沒有為首次發(fā)射找到客戶，但客戶已經(jīng)呼之欲出了,。Elon Musk很雄心勃勃地表示,，F(xiàn)alcon 9和Falcon Heavy火箭可以達(dá)到總計每年20枚的產(chǎn)量，F(xiàn)alcon 9火箭占領(lǐng)中低質(zhì)量載荷的市場,，F(xiàn)alcon Heavy火箭則占據(jù)金額更大的商業(yè)和政府大型載荷發(fā)射市場,。如果SpaceX真的實現(xiàn)這個產(chǎn)能同時報價沒有大幅度上漲，屆時不僅是ULA要倒大霉,，俄羅斯參與的國際發(fā)射服務(wù)(ILS)公司,、海射公司以及歐洲人的阿里安公司可能要面臨滅頂之災(zāi)，其影響不亞于當(dāng)年美國個人計算機浪潮對其他國家電子計算機工業(yè)的沖擊,。當(dāng)然這僅僅是從純商業(yè)角度的考慮,，如果加上商業(yè)市場和政府發(fā)射市場的貿(mào)易保護(hù)，SpaceX要虎口奪食還是很難的,。歐洲本身有很強大的航天工業(yè),，衛(wèi)星發(fā)射會盡量使用歐洲的火箭，俄羅斯,、中國,、日本和印度也都會使用本國運載火箭發(fā)射本國衛(wèi)星。由于美國缺乏具備商業(yè)競爭力的運載火箭，目前美國商業(yè)衛(wèi)星基本都是歐洲的阿里安火箭或是俄羅斯的質(zhì)子火箭發(fā)射,，這是SpaceX公司要爭奪的核心市場,。

 

除了地球軌道的商業(yè)和政府市場，SpaceX公司的雄心也伸向了深空,。Elon Musk提到Falcon Heavy火箭是發(fā)射大型月球探測器大型火星采樣返回探測器的上佳選擇,。如果用Falcon Heavy火箭發(fā)射火星采樣返回探測器，足以將3萬磅/13.6噸的探測器打入火星注入軌道,。如果發(fā)射月球探測器,，足以將LEO運力的35%也就是大約4萬磅載荷打入月球注入軌道。Falcon Heavy火箭的出現(xiàn),，將為人類的深空探測鋪平新的道路,，此前受制于火箭運載能力可望而不可及的大型探測器肯定會帶來科學(xué)上更多更新的發(fā)現(xiàn)，這個前景是令人鼓舞的,。Falcon Heavy火箭還可以用于月球,、近地小星星或是火星的載人飛船發(fā)射，F(xiàn)alcon 9火箭目前已經(jīng)獲得NASA商業(yè)貨運的合同,，正在競標(biāo)NASA商業(yè)客運,，在Falcon Heavy火箭首次發(fā)射前后，F(xiàn)alcon 9火箭和Dragon飛船的可靠性已經(jīng)得到了足夠的檢驗,，F(xiàn)alcon 9負(fù)責(zé)LEO軌道如國際空間站、Bigelow的商業(yè)空間站,，F(xiàn)alcon Heavy火箭用于深空載人探測,，將又是一對互補的組合。如果SpaceX真的做到每次發(fā)射1億美元,，兩次發(fā)射就足以達(dá)到一次土星五號發(fā)射的效果,，重返月球?qū)⒆兊糜|手可及，不過很可能擠垮NASA目前開發(fā)的重型運載火箭(HLV),。2004年小布什提出重返月球,，NASA因此提出星座計劃并計劃退出近地軌道，近地軌道運輸將外包給商業(yè)運輸(COTS)的公司,，這個決策最初促成了SpaceX的大發(fā)展,。多年以后奧巴馬上臺星座計劃取消，NASA徘徊不知前程,，最主要的是這些年中NASA組織和工程能力的退步與傳統(tǒng)大公司如波音,、洛馬、阿連特的貪婪令人實在灰心喪氣,。星座70多億美元的投資,，看得見的只有5段式RSRM的兩次地面試驗、一次Ares I-X的試飛和獵戶座飛船的空投試驗，計劃中的Ares I火箭遙遙無期,，Ares V火箭更是只能看到繪圖板上改來改去的圖樣,。這樣的暮氣下SpaceX的橫空出世是在給人太多驚喜，如果未來我們會看到美國人重返月球,，使用的并非NASA的重型火箭和獵戶座飛船,，而是SpaceX的Falcon Heavy火箭和Dragon飛船，也無需驚奇,。

 

 廠房內(nèi)的N1火箭,，第一級30臺NK15發(fā)動機。Falcon Heavy會不會成為另一個N1,？

再回到Falcon Heavy火箭,，在炫目的技術(shù)下也潛伏著著很多的危機。Falcon Heavy火箭計劃使用27臺發(fā)動機實現(xiàn)發(fā)動機冗余,，此前也有這樣想的設(shè)計,，那就是著名的蘇聯(lián)N1巨型火箭。N1創(chuàng)下了4發(fā)4炸的記錄,。N1火箭的失敗過于慘痛,，直接讓世界航天工業(yè)放棄了通過眾多小型發(fā)動機并聯(lián)設(shè)計制造大型運載火箭的設(shè)計，認(rèn)為要研制大型運載火箭必須要以大推力火箭發(fā)動機為基礎(chǔ),。SpaceX重啟多發(fā)并聯(lián)冗余設(shè)計帶有很大風(fēng)險,，雖然蘇聯(lián)人的失敗并不僅僅是設(shè)計的問題，但SpaceX公司是否能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)計的目標(biāo)仍是未知數(shù),。Falcon Heavy火箭的長徑比也很驚人,，69.2米長度和3.6米的直徑，長徑比高達(dá)19.2,，這對箭體結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求很高,，SpaceX的40%結(jié)構(gòu)冗余很可能就是對大長徑比問題而做的預(yù)防措施，當(dāng)然效果只能等Falcon Heavy實際使用后再去評價了,。此外SpaceX公司的資金并不是那么充裕,，他們是否會在資金壓力下死保進(jìn)度，從而留下設(shè)計和制造問題也很不好說,。SpaceX公司固然以自己有限的資金做出了Falcon1,、Falcon9火箭和Dragon飛船，堪稱商業(yè)航天的傳奇,，但同時它也是創(chuàng)造Falcon1火箭連續(xù)發(fā)射3發(fā)3炸的公司,。不同于Falcon1小型火箭失敗的無損大局，如果Falcon 9火箭發(fā)射出現(xiàn)兩次連續(xù)爆炸,，更不要說更大的Falcon Heavy火箭出現(xiàn)一次爆炸,，SpaceX公司恐怕就要走到破產(chǎn)邊緣,。還有維持廉價發(fā)射費用的問題，SpaceX是一家小公司時朝氣蓬勃,，技術(shù)敢為天下先,，管理簡單成本控制得力，提供了十分廉價的發(fā)射服務(wù),，但未來隨著公司壯大它將不可避免的會染上官僚主義等大企業(yè)病,，導(dǎo)致發(fā)射費用攀升。曾經(jīng)風(fēng)光無限的海射公司就是發(fā)射失敗外加無法維持原有的低發(fā)射費用,，導(dǎo)致公司瀕臨破產(chǎn)的,，SpaceX公司能否免俗呢？

 

話說回來,，這一切都是如果,，關(guān)鍵在于SpaceX是否能夠真正做到宣傳中的高性能和低價格，這是一切推論的前提,。如果SpaceX公司未來蛻變成另一個軌道科學(xué)公司,，那么很難實現(xiàn)多大進(jìn)步。從現(xiàn)有計劃看,，SpaceX公司計劃做到年產(chǎn)400臺以上Merlin1發(fā)動機,，供應(yīng)40具箭體單元的使用，對應(yīng)10枚Falcon 9火箭和10枚Falcon Heavy火箭的火箭產(chǎn)量,。Falcon 9火箭和Falcon Heavy火箭在很多設(shè)備和發(fā)射設(shè)施上都是通用的,。從這個意義上說，他們試圖通過簡單廉價的小推力發(fā)動機的通用組合,，以通用化批量化盡可能的降低火箭成本,，不過能否實現(xiàn)還是一個未知數(shù)。筆者認(rèn)為SpaceX很難實現(xiàn)目前公布的報價,，畢竟這家公司規(guī)模進(jìn)一步擴大后將很難有以前的效率,，為了提高可靠性也將做出很多妥協(xié),，不過他們的實際發(fā)射費用還是會遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于吸血鬼ULA的,，這就無愧于美國國防部的支持。對于美軍來說,，什么每磅發(fā)射費用1000美元的白菜價,、航天運輸?shù)母锩际翘爝叺母≡疲诜绖?wù)預(yù)算削減的大環(huán)境下如何不被ULA繼續(xù)敲詐才是他們真正關(guān)心的問題,。

未來NASA的COTS和CCDev任務(wù)將是SpaceX的穩(wěn)定財源,。圖為對接在和諧號節(jié)點艙上的Dragon飛船想象圖 

不過美國軍方的發(fā)射任務(wù)根本不可能支撐SpaceX計劃的發(fā)射量，在中短期內(nèi)能夠提供支持的只有美國商業(yè)衛(wèi)星的發(fā)射和國際空間站的貨運客運任務(wù),，尤其后者可以帶來穩(wěn)定的現(xiàn)金流,。從這個意義上說,，SpaceX公司也好其他商業(yè)航天公司也好，很長時期內(nèi)都將是國家補貼下存活的產(chǎn)物,，航天發(fā)射市場仍然不是真正的商業(yè)市場,，也不具備自我造血和增殖的能力，通俗的說發(fā)展是不可持續(xù)的,。目前并沒有商業(yè)通信和遙感衛(wèi)星市場大爆發(fā)的跡象,，相反隨著衛(wèi)星壽命的增長和功能的加強，發(fā)射量存在減少的趨勢,。即使加上國際空間站的貨運和客運合同,，除非歐洲、俄羅斯,、中國,、日本、印度自身的發(fā)射都外包給SpaceX,，否則根本不可能為10枚Falcon 9和10枚Falcon Heavy火箭的運載能力提供足夠的任務(wù),。大馬拉小車當(dāng)然可以，但這必將極大甚至徹底削弱SpaceX的廉價優(yōu)勢,。隨著2020年后國際空間站退役,，這些商業(yè)航天公司在市場上能得到合同數(shù)量又將進(jìn)一步降低，包括SpaceX在內(nèi)的商業(yè)航天公司將何去何從呢,？