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SpaceX研发变形记:重鹰、BFR、星舰、跳虫,越来越科幻

最近几年,SpaceX一直飞奔在新火箭新飞船研发的路上,根本停不下来——又是ITS星际运输系统,又是FH重鹰,又是BFR大猎鹰,又是迷你版BFR,又是Starship星舰,又是SH超级重鹰……

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       不是我不明白,这世界变化快。

  就好像老崔是唱给SpaceX:「新航天路上的摇滚」。

  最近几年,SpaceX一直飞奔在新火箭新飞船研发的路上,根本停不下来——又是ITS星际运输系统,又是FH重鹰,又是BFR大猎鹰,又是迷你版BFR,又是Starship星舰,又是SH超级重鹰……围观者是不是都被搞晕了?

  今天我们就来简单明了,搞清楚!

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  FH重鹰火箭:

  最强的鸡肋

  Falcon Heavy缩写成FH,即重型猎鹰火箭,简称重鹰。

  誉为全世界现役最强大的运载火箭,近地轨道运力高达64吨,相当于一架载满乘客的波音747客机。

  2018年2月6日首次试飞,也是迄今为止唯一一次飞行。2019年商业发射排期目前仅有两场:3、4月份各一发。看得出来不太受公司和市场待见。

  这是为啥?

  一是发射价偏高,崭新重鹰1.5亿美元,复用重鹰9000万美元。

  二是结构不够简单,重鹰属于串并联火箭,既有三个捆绑式火箭,又有核心级两级模式。火箭结构越复杂,控制系统就越复杂,风险与成本也就越高企。

  三是重复老套路,注意力都用在火箭上,复用飞船技术却没啥突破,这跟飞往火星之路的箭船开发不太接轨。

  所以,重鹰横空出世只是为了博得眼球,一飞冲天之后就变成了「最强鸡肋」。

  ITS星际运输系统:

  最霸气的箭船概念

  Interplanetary Transport System 缩写成ITS,即星际运输系统。

  最早从火星殖民运输系统MCT演变而来,2016年马斯克公布于众。

  目的就是为了打造一整套往返火星的箭船系统,理论上还可以往返于木星、土星,还能亚轨道飞行,打造1小时地球圈。

  ITS主要包括——都能完全复用的:运载火箭+载人飞船+货运飞船+轨道加油站+推进剂生产火星基地。

  最惹眼的就是运载火箭+载人飞船,二合一、箭船整体化,后来演变成更有名的BFR大猎鹰火箭系统。

  ITS清单如下:

  运载火箭——直径12米,高77.5米,42个猛禽发动机,最大运力550吨。

  载人飞船——直径12米,高49.5米,9个猛禽发动机,最大运力450吨。

  货运飞船——直径12米,高49.5米,9个猛禽发动机,最大运力450吨。

  轨道加油站——推进剂存贮舱BFR tanker(150吨推进剂)。

  推进剂生产火星基地——就地取材合成甲烷、液氧作为推进剂。

  ITS开发总预算超过100亿美元,计划2022年首发货运飞船,2024年首发载人飞船。

  不过,ITS很快就被马斯克的新IDEA覆盖。毕竟,步子大了容易……

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  BFR大猎鹰:

  更靠谱的版本

  BFR,官宣文雅的叫法:Big Falcon Rocket 大猎鹰火箭系统,简称大猎鹰。其实,最初灵感来自电脑游戏《毁灭战士》里的Big Fucking Gun,BFR代表Big Fucking Rocket。

  2016年马斯克提出最霸气的ITS星际运输系统,2017年又提出更靠谱的缩小版,这就是BFR。

  BFR属于总称,包括BFR和BFS:大猎鹰火箭BFR+大猎鹰飞船BFS,分别对应ITS运载火箭+载人飞船,BFR总高度从ITS的122米缩减到118米,直径从12米缩小到9米。

  无论是近地轨道,还是月球、火星轨道,BFR最大运力都能达到100吨。比ITS的最大运力550吨,靠谱多了。要知道,史上最强悍火箭土星5号也不过140吨。

  大猎鹰火箭BFR——高63米,直径9米,31个猛禽发动机。

  大猎鹰飞船BFS——高55米,直径9米,7个猛禽发动机。

  2017年9月,马斯克提出BFR设计时,旨在完全取代SpaceX现有所有发射硬件,包括猎鹰9号、重鹰火箭、龙飞船。

  但很快又被更新的设计版本所取代。这就是超重鹰Super Heavy+星舰Starship。

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  迷你版BFR:最短命的概念

  就在马斯克提出「超重鹰+星舰」之前,他还短暂提出过:迷你版BFR概念,作为现役猎鹰火箭与BFR之间的过渡版和简化版。

  迷你版BFR(也称小猎鹰飞船Small Falcon Ship,缩写为SFS):飞船高不足20米,最大质量14吨。相比来说,大猎鹰飞船BFS高达70米,质量达85吨。

  但,马斯克很快就不再提迷你版BFR了,短短两周后,他又推出超重鹰+星舰组合。

  马斯克要玩小猎鹰SFR!

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  超重鹰+星舰:全身不锈钢

  马斯克提出BFR仅仅15个月后,2018年11月20日,这位硅谷钢铁侠推倒重来,公布「全不锈钢版」箭船组合概念,将大名鼎鼎的BFR一下子变身、更名为:超重鹰Super Heavy+星舰Starship,分别对应原来的大猎鹰火箭BFR+大猎鹰飞船BFS。

  这一改,彻底颠覆了运载火箭、宇宙飞船的固有长相,让SpaceX变得更科幻,很多人都不敢相信自己的眼睛。

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  超重鹰火箭Falcon Super Heavy,简称Super Heavy,缩写为SH ——高63米,直径9米,31个猛禽发动机,这些都跟BFR设计一样,变的是箭体材质,由碳纤维复合材料全部改成不锈钢合金。

  为啥要改?马斯克给出的理由:从太空超低温到重返大气层的高温状态,全不锈钢箭体的应用强度与质量比,要比碳纤维、钛合金等航天材料表现更好,只是在常温时不如后两者。

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  星舰Starship ——高55米,直径9米,7个猛禽发动机,跟BFS大猎鹰飞船一样,关键在于改进处:前后各增加一组驱动鳍,一对前鳍+三个尾鳍,尾鳍既是驱动鳍,也是着陆架。星舰飞船腹部大面积增加了隔热层,能够适应重返地球、月球、火星等多种着陆飞行。

  星舰船体跟超重鹰火箭一样,全部采用不锈钢合金,而不是碳纤维复合材料。

  星舰可以作为载人飞船,也可以用作货运飞船。加压空间超过1000立方米,比国际空间站加压体积还要大。

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  Hopper跳虫:小星舰足够科幻

  当初SpaceX开发回收式火箭,昵称Grasshopper蚱蜢。按照命名习惯,最近开发Starship星舰原型飞船,所以昵称为:Hopper跳虫,粉丝团称为Starhopper星虫。

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  最早2018年9月开建,年底雏型显现,目前矗立在SpaceX南德州发射场,浑身上下全不锈钢船身,铮明瓦亮,足够科幻。貌似1947年科幻小说《全体登上月球!》的宇宙飞船。

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  Hopper跳虫高39米,直径9米,装配3台发动机。跟全尺寸星舰相比,显然小一号,也简化很多。但建造速度奇快,仅仅用了4个月。

  之所以如此快速建造Hopper跳虫,就是为打造全尺寸星舰Starship铺路。

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  根据目前安排,今年3月前后进行低空测试飞,飞行高度5公里。

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  如果顺利的话,2019年中期,轨道飞行版星舰将会首飞,2020年进行全尺寸Starship星舰首次试飞。

  按照这个节奏,有可能兑现马斯克的承诺:2022年超重箭+星舰首飞火星,2024年首次载人飞往火星。

  抢在人类重返月球前登陆火星,是不是看起来太科幻?怎么看不重要,重要的是能不能!

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  最后,简单梳理一下,SpaceX箭船开发概念的变形记:

  2011年,公布重鹰开发计划,2018年2月实现首飞

  2016年之前,箭船系统被称为火星殖民运输系统MCT

  2016年9月,变成星际运输系统ITS

  2017年7月,改成大猎鹰BFR

  2018年11月5日,提出迷你版BFR

  2018年11月20日,更名BFR,推出超重鹰+星舰组合

  2019年1月,建成小星舰:跳虫

  2019年3月份前后,预计测试跳虫

  2019年6月份,计划首飞轨道版星舰

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