深度揭秘Elon Musk的火星殖民地图(上)

人类很习气线性联系,但往往会无视从A到B这种线性联系背后的繁杂进程。比如下面这个:从(A)「我不敢置信我的闹钟刚关掉」 到(B)「现我正坐着义务」。再比如,从(A)「我的房子下个月就到期了,我要找械揽」,到 (B)「现我曾经搬到一个新公寓以致所有的东西都已挂墙上。」


再或者这个:从(A)「我念要让一百万人去火星」到(B)「现有一百万人火星上」——这仿佛比上面的从A到B更难。


但Elon Musk 便是要野心勃勃地完成这个进程。


Musk的「A到B」方案开端以后,我曾经和他交换过六次,阵势部的议论都汇合怎样完成目标这个层面上。按照Musk的方案,他只需求两件事故就能完成从「A到B」的巧妙转化!这两件事是:


(1)期望

(2)方法


这看起来并不是什么何等高深的方法。因为不停以后,古今中外的智者们都会如许教诲我们:「有志者事竟成。」终究上,人类四十年前曾经登上了月球,之后的十五年里,电脑曾经从遥不可及的「糜费品」成为人人都能买得起的一般产物,以是看起来去火星也是完备可行的,除非是人类缺乏意志。


但Musk不这么认为。人类还缺乏一种前去火星的经济实惠的方法,现有方案里的预算都是天文数字,而且还没有方法让人类恒久驻扎火星。这也恰是Musk不满的地方,特别是他把美国看作一个「探险者」的国家,能表示「人类探究的精神」。Musk认为,腾贵的价钱妨碍了人类登岸火星的志愿。


Musk的这个来由让我念到许众。比如,假如有人告诉我,曼哈顿附近一个带大阳台的复式公寓曾经贬价95%,我可以会第一时间冲过去把这个屋仔♀下来。不过对我而言,这个房子除了价钱除外,并没有真正吸引我的来由,我以致都不敢念象能有如许的事故。当我有时机浴缸里俯瞰通通纽约城时,我能觉取得那是一种十分有「逼格」的方法。确实,我有如许的期望,但我没有足够的资金。


Musk认为火星的状况也是如许。比较于所谓「有志者事竟成」,他仿佛更置信「假如你制制好了,他们就会来。」


精细来说,Musk认为,到火星的「航班」资本将由旅客们配合承当,这和地球上的交通题目没有实质差别。要害便是把车票价钱大幅低沉,使得每一百万人中会有一人可以买一张。或者就像Musk所言:


「必需有许众乐意前去火星而且有才能付出的人,假如这个群体掏的钱能凑够供养火星的经费,那么就捉住理办理题目(人类殖民火星)的要害。」


就像是如许的


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但题目是,现状况更像是如许的


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Musk认为,念要去火星的人(右侧的黄色区域)会跟着火星方案变得可行而不时添加,真正具有挑衅性的是左侧的蓝色区域。也便是说,太空旅游价钱过于腾贵将成为主要限制因素。Musk将其举措从「A到B」的要害。Musk告诉我:「我组修了一支团队,而且让他们延续几个周六展开关于制制更高效火箭的可行性研讨,研讨的结果外明并没有什么可阻遏我们。」

接下来,他有些激动地说道:「火箭技能从上世纪六十年代起就没有过什么实质的进步—— 以致实还倒退了!」


那么,除了火箭可行性研讨结果呈现的主动因素,Musk又是怎样考虑他要不要实验的的呢?来看看Musk的心里独白(下面是作家的虚拟描写——译者注):


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这便是2001年Musk脑海中的一系列念法,这些念法同时也制就了Space X的商业方案。

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Space X 现曾阅历经了十三年,让我们一同回忆一下现有的成绩和以及对未来的展望。


从零开端


第一阶段早Space X保管之前就开端了,那是2001年年中,当时Musk还PayPal义务。谨慎思索并决议踏入航空范畴之后,Musk和所有念成为一流的火箭科学家的人相同,花了速要一年的时间自学阅读种种相关材料。


他读了许众如许那样的书,而且记住了这些板滞的实质。火箭专家Jim Cantrell那段时间里碰睹了他,并曾和他一同去俄罗斯(未成行), 他追念道:「Musk可以一字不差的援用那些书里的看法,他已然成为了一个材料方面的专家。」


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Elon Musk 的部分阅读书目


为了扩展本人的阅读,Musk还请教了大宗专家。Cantrell把Musk称为「迄今为止最聪慧的义务伙伴」。他外示:「Musk 确实把我同事里乐意为他出谋献策的火箭和航空飞船范畴专家都招募到新公司,确实就像要把这些专家的体验吸干。」


就当Musk 越来越认真地开端把打制航空配备举措本人下一个目标时,他的朋侪们不禁都担忧起来。这看起来并不难了解。试念一下,假如你的朋侪卖掉了互联网公司获取了巨额资金,并告诉你他为了人类需求一个众星球的拘 状况这一目标,将倾尽通通资产成为第一个成功制制太空公司的企业家,大约你也认为他要疯掉了。当时,Musk 的一个朋侪为了劝他放弃这个猖狂的项目,把所有火箭发射糜烂爆炸的例子都搜罗起来放了他的目下。


但Musk 便是一个怪咖,而且自始自终的执着。给本人拾掇完了一个完备的常识系统后,他认为是时分开端汇合人马了。当我问询他的生意经时,他端详了我一下,然后说:「我并不晓得什么是做生意。所有的公司都是一群人工了一个新产物或者新的效劳而聚一同。并没有什么生意的说法,我认为便是寻求一个目标,一群人一同为一个目标斗争。」


以是,他开端汇合一批他所能找到的最有伶俐的人一同,然后Space X就降生了。全明星的中心指导层中,包罗出名的火箭专家 Tom Mueller。早期Space X招人的某些理念是:不招王八蛋。Musk说,假如你厌恶你的同事或者老板,你一定不会念来义务或者这里恒久呆下去。


延聘(和升职)全依靠于本身的才干,并不看所谓的体验。Musk曾经外示他并不乎你是硕士、本科以致高中学位,仅仅体恤本身的才干、特征以及关于Space X方案的热诚。我曾和Space X 公司认真运输工程的副总裁Mark Juncosa睹过面,他给我的印象出乎意外。看起来他便是个随便的加州男孩,就像我那些吃喝打诨的朋侪相同,并不像一个顶尖火箭科学家。他告诉我,他一经是一个十分槽糕的学生。直到他开端一个汽车俱乐部的竞速赛车部分打工后,才发明本人找到了让本人猖狂的东西。终究标明他这个方面也很有禀赋,结业后由其他人引荐,并最终被Musk录取。Juncosa公司很速地孕育起来,现他才30出头,但曾经独立认真公司的一个主要部分,并率领一支由上百个丰饶体验的员工构成的团队。


诸云云类的故事大惊小怪,也从一个侧面反应出Space X不拘一格任人唯贤。我还曾睹过Zach Dunn,Space X公司现任发射项目标高级总监,他看上去就像12岁。Dunn告诉我,几年前他举措练习生到场了Space X。早期他原认为Musk应当不看法他,但令他诧异的是,Musk不光晓得他是谁,还认为他是一名气力强大的工程师,这一点使Dunn看法到Musk对公司的每私人都一目了然。几年后,Dunn率领100众人的工程团队认真了发射项目。


Space X,Musk切身面试每私人,包罗门卫,听起来确实像个怪人。Space X兴办的前8年,这一规矩确实不曾打破,直到公司雇佣了1000名雇员。我们通过Musk的自传可以得知,「每名雇员面睹Musk前都会收到告诉,被睹告接下来会承受一段30秒到15分钟不等的面试。刚开端面试时,Musk很有可以写邮件或者忙义务,语言未几。别感受惊慌,这是很平常的现象。着末,他会转过椅子来朝向你,尽管云云,他可以也不会与你有眼神接触或完备重视你的保管。也不必为此感受惊慌,这也是平常的。等到恰当的机会,他会与你交换的。」


Space X与Musk的另一家公司特斯拉很相似,笔直一体化程度相当之高。这意味着,比较将火箭制制进程中的阵势部义务外包给第三方供应商,Space X确实自助生产了所有要件,保持元件的所有权并掌握绝大所数供应链。这航空工业中非比寻常,正如Ashlee Vance 标明的那样,「Space X是一座神殿,努力于它认为火箭制制竞赛中的主要武器——内部生产。Space X的火箭80%-90%确实由他们本人制制,包罗引擎、电子元件及…计划主板和电道、用于感测振动的传感器、遨游盘算机和太阳能电池板。」古板的企业家如安德鲁·卡内基和亨利·福特,都是财产链笔趾消合的拥趸者,本日的苹果许众方面也是云云。而现在大大都公司避免大范围的财产笔趾消合,但关于质控怪人,如Musk和乔布斯来说,这是他们独一的挑选。


这一进程的许众阶段都被纳入了Space X系统之下,另外,他们也都一栋楼里义务,就像特斯拉那样——坐盘算机前的工程师要么被安湃峪户外的地板上看着计划和制制进程,要么坐全玻璃的办公室中,周身就能看到拼装进程。


当小组孕育成部分时,Musk仍以差别寻常的方法亲密体恤确实每一个流程。有些指导者被称为「微观办理者」(指办理者精细入微的办理),Musk的公司,他对事情到场的程度可称之为「纳米办理者」。


Musk什么都晓得 确实每个和我聊过的特斯拉和Space X义务的人,都夸张Musk他们范畴研究之深广,包罗汽车电池、汽车计划、电动汽车、火箭构造、火箭引擎,火箭电子( 「航空电子」 )或航天工程。他之以是能涉及云云众的范畴,源于他把物理学和工程学的根底认知举行了树状构造的梳理和联合,以及他禀赋级过目成诵的才能。 恰是这种难以置信的的专业素养,使得他能保持对公司爆发的所有事故的异同寻常的掌握力。相关Space X的火箭,Musk说,「我对我的火箭一目了然。我可以和你聊外皮材料的热处理回火,哪里爆发了改造,为什么我们会挑选这个材料、焊接技能......直至每个小小的细节。」 我问Space X的软件工程的副总裁Jinnah Hosain相关Musk的「纳米办理」,他说: 「每个初入Space X的人最受惊的,便是公司提出的『纳米办理』, 你的感觉便是,好吧,他掌握每一个细节,这很酷,可是你并不真正了解。举措Space X的CEO ,Musk深不可测,他能记居处有供应应他的新闻,他可以深化并恒久研究任何一件事,他也时常这么做。他以极高的义务心为公司举行很低目标的计划和偏向指点,我不认为其他任何公司有人可以做到如许。一私人成为浩繁事故的要害计划点,对我而言这确实难以念象,他能大脑中储存所有新闻并及时按需提取——这是必需的——以做出准确的计划。」


好的,现是2002年代中期, 这个猖狂的念法开端提上日程。有一个明晰的义务,一个团队,一个返鲤具有神相同才能的CEO。下一步 ——一艘火箭。


火箭发射的现状与窘境


我们开端议论Space X的第一艘火箭之前, 让我们先理分明少许条目: 确实所有航天发射的目标都于把少许东西送往太空。 你所道论的这个东西叫做有用载荷。有用载荷可以是一个卫星,少许货品,少许人,一只山公——任何东西。 为了去太空的艰辛路程中幸存下来,有用载荷有时被布置一个被称为整流罩的维护壳里。其他时分,当它太空时,以致有可以需求把有用载荷带回地球时,有用载荷需求被支配、指导和停靠。这种状况下,有用载荷将会被布置航天器内携回,对九岁儿童来说,也便是「宇宙飞船」。 然后接下来便是火箭,发射火箭是主要的大事,它只要一个义务实质:带领有用载荷及其容器向上穿过大气层,并把它送入太空。火箭的阵势部是一个大的燃料箱,火箭底部是一个或众个极其强大的钟形引擎。这些构制供应了庞大的力或者推力——把众吨的重量向上推,穿过地球大气层。有时一个火箭是由众个被称为「众级火箭」的小火箭构成的。哦, 对了,假如有用载荷是一个武器,那么我方才所描画的通通将成为一枚导弹。 着末,宇宙飞船并非一个实质上实保管的事物。「宇宙飞船」只是一个让四岁小孩对生存充满憧憬的术语,仅此罢了。 阿波罗登月方案运用了一个叫做土星5号的庞大火箭。土星5号重达3000吨,大约相当于7架波音747飞机的重量,而且高达35层楼。 


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土星5号

土星5号就像一个俄罗斯套娃,一层层地变得越来越小。下图展现了它的构成部分:


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航天飞机,因为其只施行近地轨道遨游的简单的义务,与火箭有着完备不相同的构造原理。

跟一枚大的众级火箭相反,航天飞机用2枚火箭(也称之为固体火箭帮推器)来支撑升空的主要部分和有用载荷——职员以及配备,于是他们真的看来像一个典范的宇宙飞船。当火箭剥离主体时, 航天器采用来自于橙色(我们也不晓得为什么是橙色)的大燃料箱里的燃料来支撑余下的行进。一般,返来的航天器一般通过运用下降伞下降海洋,可是航天飞机则差别,它更高级——像一般飞机相同下降遨游跑道上。

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当Space X制第一支火箭时,他们没有实验去制制有史以后体积最大酷到没朋侪的玩意。相反,他们制制了一种带有教练轮的火箭,小而粗浅,Musk称其为猎鹰1号(falcon 1,以《星球大战》中的Millennium 猎鹰命名)。它有21米高,分为两级,底部有一个超级强大的引擎——梅林引擎,这是Space X本人的发明。

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尽管大小和容量上很保守,猎鹰1号却凝结着许众前卫的新科技。团队的初志是费用比所有之前更低的状况下把小型容载量的火箭送上太空。这里,Musk思索的并不光仅是低沉去往火星的费用,更众的是他认为目前太空旅游的独一边貌应当取得一个更有原理的改造。便当性和安宁性照旧永久如一。牢靠性上,也不需求更众的改良了。以是剩下的可以真正通过科技进步来改良的要害参考目标便是费用。

Musk摆列了两个费用仍然这么高的启事。

一、仅有的几家航空航天方面的公司都是范围庞大的,这些至公司都憎恨损害。他说:「他们相当拒绝承受损害。每私人都维护本人只求苟安于世,规避损害和义务。即使新科技曾经足够好,但他们仍然运用少许遗留下来的零部件,常常是60年代研发的…(许众)运用60年代俄罗斯制制的火箭引擎。别误解,我的意义是他们不光仅是采用60年代的计划,他们基本便是直接运用60年代制制的火箭引擎,把它们从茫茫西伯利亚打包运过来。」

二、笔趾消合不敷。我们提到过Space X的笔趾消合以及对它的全权掌握使得Musk可以掌握Space X的开展动态,而且他认为笔直构造关于低沉费用很要害。他指摘其他的企业并没有这么做:「有一个趋势是大的航空航天公司喜爱外包出所有的事故…他们外包给次承包商,承包啥葜外包给次承包商,层层下去。你需求往下查找四五层才干晓得终究谁做有用的事故——切割金属,修整原子能。以上提到的每一层都会从中获取利润——费用于是翻了五番。」

没有历史久远的至公司的那些包袱,Space X的老员工Max Vozoff认为「Space X得以一张「白纸」上从头开端计划和研发猎鹰1号」。而且你可以了解马Musk为什么会有这种思念偏向:「火箭由什么构成?航空航天级铝合金,加少许钛,铜另有碳纤维。这些材料商品墟市上是什么价钱?终究上,这些材料的价钱大约仅仅是它标准化(为了运用火箭上)价钱的2%——这关于一个大型机械制制产物来说是很猖狂的利润率...以是我认为,思索到这些材料的资本,我们应当有才能制制更低廉的火箭。」

这听起来很伟大——但它不是一家有着平常预算和平常开展时间外的平常公司,是一个理智的投资者不会去触碰的损害遗迹,公司得以保存下去阵势部是靠Musk的私人银行账户。2006年的时分,Musk决议对汽车行业发动一场革命,他把PayPal 上7万万的财产给了Tesla,留出1亿给Space X。Musk外示,这可以支撑「3到4次发射」。Space X实验标明它值得消费者用钱。消费者用钱便是期望Space X可以把他们有用载荷内的物品送上太空轨道,这便是Space X需求做的——成功把少许物品运往太空轨道,向这个天下发表他们真的做到了。

以是这个游戏很简单——要么3或者4次实验以内把有用载荷内的物品送上轨道,要么这个公司就垮台。那段时间,许众私家公司实验过把少许物品送上轨道(看看列外上那些缺乏可操作性的公司),只要一家成功了(Orbital Sciences)。

念要清楚这件事为怎样此之难,起首我们要清楚什么是轨道。

那什么是轨道?

直觉上我们会认为把一个物体放轨道内中临的挑衅是很难让它进入轨道。就像直觉上会认为国际太空站的宇航员是漂浮着的,因为太空没有重力。是时区分再置信你的直觉了。

现让我们回忆下高中学过的常识。以下公式是我们盘算万有引力时所用到的:

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G代外重力系数,一个不那么招人喜爱的数字,我们可以暂时疏忽它。

m1和m2是区分代外两个互相感化的物体的质料。 引力并不是单向的,于是公式中有两个物体——代外他们正用相等的力气互相吸引。就拿你和地球来说,你的重量便是你与地球之间的引力,一个相同的力气同时感化你另有地球上。两个物体的质料是公式的分子,这阐明当它们添加,引力就会成比例的添加。假如我把你的质料增大一倍,那么你的重量也会相应添加一倍。假如我保持你的质料稳定可是将地球的质料添加一倍,同样的,你的重量也跟着添加一倍,假如我将你的质料和地球的质料都添加一倍,那么你的重量就会变成之前的四倍。后面我们将不会再议论到和质料这个值相关的题目。

我们体恤的是d这部分。d代外两个物体间的间隔——更精细地说便是两个实体质心间的间隔。以地球为例,地球的质料分布好坏常均衡的,以是质心便是地球的中心点。地球的半径是3,959英里(6371千米),当你站地球外面念要算出此时你受到的引力时,d的值便是上述的地球半径值。因为d是分母,于是当d变大时,引力会减小。

来进一步描画我们议论的题目,假设我把地球缩小到只剩目前的一千三百万之一,也便是说直径一米。

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假如我们将地球推远半米(现地球半径是半米),以取得双倍的d(间隔),那么d将变成4倍,这时引力和你的重量都会变成之前你地球外面时的四分之一。假如推远到一米——这是你和地球之间就能放一个同样大小的地球——此时d添加三倍,引力就会是之前的九分之一。

那么国际空间站(ISS)应当哪儿呢?

ISS位于离地外205英里到255英里的太空里,假如用我们上述这个一米的地球举例的话,它位于地球外面2-3厘米或1英寸众点的位置。假如地球外面贴着一个乒乓球,那么ISS(和其他许众卫星)就会被吸进去。(一般,被称为太空高度的动身点是卡门线,即向上62英里(100公里)的地方。就我们这个一米地球来讲便是间隔外面7.8毫米的地方——大约有根铅笔的宽度。飞机遨游0.84毫米的位置,大约一粒沙子那么大)

那么近地轨道附近的引力又是怎样呢,比如像国际空间站这种地方?

假设取中心值,ISS处于230英里的位置,那么比地球外面的状况下,d(间隔)只众了5.8%,也便是说他们所受到的重力只比地球外面淘汰了10%

(一米地球重力演示)

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以是ISS的宇航员们确实觉得不到如许的重力差别,更别提他们会飘着。

因为他们处自落体的形态。

我一经有时机坐过一个遨游员驾驶的一架小飞机,当然这个遨游员才不体恤以上的表面推演以及种种结论。他飞到4000英尺高,然后疾速降到2000英尺的高度。突降前,他交给我一支笔,叫我撒手上。下降的通通进程,尽管我是吓得半死,但我照旧看到那支笔我目下盘旋,然后漂浮到一边,又紧叫∨突然掉我怀里,当飞机抵达2000英尺的高度时,笔又和我处于同一稳定形态。这便是ISS里每天上演的场景。

启事是如许的:念像一下你正站比地球更小更润滑的星球上面的一座悬崖上,那里没有大气层,你把一颗棒球尽可以远地投出去。

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它着地前的运动道线是如许的:

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假如棒球联盟的专业投球手实验一下,球的道径大约是如许的:

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那假如这个球是从一个大炮发射出去的呢?大约它的飞得更远。

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所有这些扔出去的球落地之前,都会变成一条运动弧线。现我们把每条弧线和与它相吻合的圆配对。

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假如是个射车傈远的大炮,球的道线是如许的:

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看起来没什么特别,可是当心下这个弧度的弧线和地球的样式是吻合的。以是着末状况是这式样的:

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球会盘绕着地球转一圈并飞回到大炮的反面。假如没有妨碍,球就会不停按如许的弧线不停「往下掉」,但永久不会掉到地上。因为这个球的遨游弧线曲率和地球的曲率是完备吻合的。地球一个劲地分开谁人球,而球则是一个劲地要往地上掉。如许,你就成功让球进入轨道了。

假如你有外面润滑的恣意大细姨球,且没有大气层,表面上你可以把任何物体放入这个轨道。可是地球有着厚厚的大气层(外面有着上下起伏的山脉),无论你怎样起劲地从地球外面发射一个 球,大气层都会把它的遨游速率降下来,让它的遨游弧线的半径越来越小,直到它掉出谁人轨道,落到地球外面。这便是为什么我们要把物体放入远离地球外面的轨道上,只要大气层足够希罕,物体速率才不会受影响。没有摩擦力的搅扰,牛顿的惯性定律就会开端奏效,那么这个物体就会永久盘绕着地球,不停绕下去。

为了进入到这个轨道,物体必需以十分高的速率遨游。当然也不行太速。为什么?因为飞得太速的话,物体遨游的弧线所对应的圆的半径会越来越大,当半径大于地球的半径的时分,下图的状况就会爆发:

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这便是为什么人们会说抵达「轨道速率」才干中止轨道上,而抵达「遁逸速率」就能成功解脱地球引力,飞向太空。遁逸速率意味着物体遨游的速率弧线曲率要大于地球的曲率。

那么间隔地球230英里远的ISS所需求的轨道速率是众少呢?17150英里/小时(27600千米/小时)。或者说每秒4.76英里/7.66千米。这便是这个高度的物体刚恰恰的轨道速率。

终究是众速?念像一下假如你把一个球从沙滩扔向大海,球呼啸而出,穿过地平线,半秒尊驾的时间它就没了踪迹。ISS恰是以如许的速率,每九十分钟绕地球一圈。(当然,因为速率是相对的,ISS里的宇航员完备觉得不到他们挪动,这就像你飞机上觉得不到本人飞一个原理。

Space X:糜烂中孕育

回到Space X公司。如上文所述, Space X公司面临的挑衅是从基本上完成将有用载荷「扔」入轨道这一艰难就说得通了。人们一般会认为火箭是向上升空的,但实行上它更像是一个将某物狠狠地向旁边抛掷出去的举措,这也便是为什么火箭的轨迹是像如许的:

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这就像我们上面的例子,火箭外现得就像是一个伟人抛掷某一有用载荷:

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不像实行天下中运用一只胳膊和一只手,火箭公司需求用一个七层楼高、40吨重的金属高塔来将有用载荷发射出地球,而且它需求一个恰当的高度恰当的速率下弹射出一台精细板滞 。

使事故变得更加艰难的题目是:这一抛掷举措开端于如糖浆般浓厚而且充满不确定性(即气候状况)的海平面大气层。这就像你的手浸几英尺的水下然后试图做出精准的投球举措。Space X车辆工程部分的主管Mark Juncosa,描画了指引火箭穿过大气层的挑衅于:「火箭就像是湿面条,而你正试图把它推入太空。它会相当猛烈地动颤,你以致无法只通过测量火箭上恣意一个点的轨迹来推测其运转轨道——你必需测量好几个点。」

然而实行的运作进程中,因为有云云大的感化力——火箭的重量、速率、厚厚的大气层——以致一个微细的配备妨碍都能立即摧毁通通义务。题目于,直到火箭真正发射之前你都无法真正准确牢靠地测试这些配备的稳定性。

Space X 阅历了一段十分艰辛的进程才学会这通通的。

2006年:第一次发射——糜烂

2007年:第二次发射——糜烂

2008年:第三次发射——糜烂

艰难时代。

这些糜烂都是由少许微细的事物变成的。精细而言,一个被腐化的螺母压力的感化下无法保持稳定、火箭中液体的摆荡程度高出预期、以及逐级分别的进程中第一级引擎晚了几秒才关停。你可以准确做到99.9%的事,可是这着末0.1%的失误导致火箭爆炸,成为灾难性的糜烂。航空技能很有难度。

每一个发射火箭的政府或公司——每一个——都一阅历过糜烂,这是必经之道。一般状况下,你只是深呼吸一口吻,卷起袖子,寻得什么地方出了错,然后继续举行下一次的发射。可是Space X有兹釉身的特别状况——公司的资金只可举行 「三或四次的发射」,而阅历了三次糜烂之后,他们独一剩下的便是这大约保管的第四次。它被布置距第三次发射糜烂之后不到两个月的时间内。而且这是着末的一次时机。

Musk一个朋侪,Adeo Ressi,描画了当时的状况:「所有的资源都加入到了此次发掷中…假如成功了,这将成为史诗级的成功。假如糜烂了—— 假如哪怕一件事呈现题目从而糜烂了——这将成为史诗级的挫败。没有涓滴盘旋的余地,外界也没有了众余的信托。他曾经糜烂了三次。这通通本该完毕了。我们正道论的是哈佛商学院的研讨案例——一个丰饶的家伙开端做发射火箭的生意,然而却丢失了通通。」

但2008年9月28日,Space X公司举行了第四次的发射——而且成功了!他们将试验用的有用载荷随手无阻地送入轨道,成为仅有的第二家完成这一技能的私营企业。

猎鹰1号也是迄今为止发射的最具性价比的火箭,计价790万美元,它的资本低于当时美国可供挑选的最佳交换方案的三分之一。

NASA当心到了,第四次成功的发射足以向他们标明Space X公司是值得信托的,2008年末,NASA联络了Musk,并告之他们方案供应应Space X一个为国际空间站举行12劣货品运送的代价16亿美元的合同。Musk加入的钱成功完毕了它们的任务。 Space X公司现不光具有了客户而且有着相当美妙的前景。


Space X的杀手锏之一:猎鹰9号

现在,许众人都据说过Space X。不过,鲜有人了解它终究是干什么的。它是干这个的:商业运输太空物资。

这便是它真正做的事故:一台试着办理大题目的——太空之旅的资本——立异板滞,因为这是人类迈入众行星勘察文雅的要害一环。

我们后面会讲到怎样做的题目。现,先看一下商业运输太空物资终究是咋回事儿。

猎鹰9号

2008年,猎鹰9号发射成功吸引了大宗新客户前来存案运用SpaceX价钱低廉的太空运输效劳。SpaceX是时分制一台本人的哈雷了。来,和猎鹰9号打个召唤。

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先跑题吐槽一个终究——猎鹰9号是天下上最大的小弟弟状雕塑。公司员工曾经学会忍耐这个职业生存挥中挥之不去却又不行提及的终究。

回反正题,猎鹰9号也是天下上最先辈的火箭,比较猎鹰1号,9号有了庞大改良。火箭体型庞大——224英尺高,相当于三个猎鹰1号,与20层修筑相同高,占地四分之三个足球场。猎鹰1喝宇众只可搭载1吨物资,而猎鹰9号可以搭载13吨。无论从哪方面看,猎鹰9号都让公司跻身成熟玩家的步队。

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研讨火箭会让人对火箭「分泌物」都发生崇敬之情。火箭不光需求难以置信的坚硬——1000吨的家伙,满腹爆炸材料以极速的速率上升穿越撬佾风——其计划也要准确到毫米,因为火箭要搭载不稳固的东西,比如盘算机电道板,弱小的卫星另有大活人。标准制制技能并不老是为此类特别物件「量体裁衣」,公司给我展现了猎鹰9号种种奇形怪状的部件,它们不得欠亨过3D计划并打印出来,因为实没有另外方法可以立即生产出如许的部件。

然而,这些都不是题目。以是,咱也不必过众理会。

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火箭的第一级

火箭第一级承当着十分主要的三分钟义务——离开、坠入海里之前,爆炸力帮推第二级以及有用载荷升至海拔100公里的高空。

和猎鹰9号的绝大大都部件相同,第一级也是由SpaceX位于加州的总部研制。

第一级确实是一个庞大的燃料库,有两个要害部分构成:一个庞大的液态氧罐,旁边是一个火箭运用级另外煤油罐。火箭上升速率极速,很速抵达气氛希罕的层面,这时会因无法吸取氧气而中止义务。于是,火箭必需本人带领氧气。 -297.3 F (-183 C),氧气会呈液态,此时密度是气态氧的1000倍——以是,可以尽情打包。液态氧和煤油混淆举措促进燃料。

火箭引擎是怎样运作的(属于反感化力式发动机——译者)

大约有些奇异,这家伙的汽车公司不必原油做燃料,而火箭公司每次发射时却要烧上成千上万吨化石燃料。Musk曾经说过未来所有交通东西都会是电动的,除了火箭。

启事于牛顿第三定律:每个感化力都有一个大小相等、偏向相反的反感化力

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驱动交通东西的方法之一便是运用促进器。它的义务原理是通过朝着一个偏向促进气氛,反感化力会促进运输东西朝另一个偏向行进,有点像朝墙蹬一下腿或者用手推一下墙壁。题目是,太空没有气氛供促进器运用,太空运用促进器就像站离墙很远的地方,无论做啥促进举措,基本不会有任何力气反促进本人。即使大气层较高处会有些气氛,假如太希罕,仍然无法发生足够大的反感化力。 另有一个方法,假如给太空中的气球放气,气球就会疾速往退避——地球上也会爆发这种状况——因为此时的推力并非来自气球外部的气氛(就像促进器相同),而是因为气球内部的气压比气球外部跨过许众,压差将气球里的气氛排出。实行上,假如我们太空中漂浮并带着充满气氛的气球,只消垂垂给气球放气,你就能朝着相反的偏向漂移——此时的气球就饰演着引擎的脚色。 猎鹰9号底部的引擎就像是更增强劲的紧缩中的气球。爆炸发生了极高的温度和压力,使得爆炸气体疾速膨胀填充四周的低压空间。假如一个空间区域的中心爆发爆炸,它会疾速向四周膨胀开来,假如不限制爆炸时的膨胀偏向的话......

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火箭的引擎通过制制爆炸完成相同功用——不过,引擎就像气球相同,它会将力气导入一个偏向。其他去道被兜来而添加了动力。

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这也是火箭引擎能真空中义务的启事。它们并不需求外部物质,比如气氛,来向下促进——而是靠热气体物质。 Musk一定速乐找到更好的燃料交换化石燃料,不过,他没有掌握我们可以找取得如许的能源。我问过他这个题目,他的答复是,「用电力驱动火箭,这个发明可以获好几座诺贝尔奖啦。」


Space X的杀手锏之二:梅林引擎

猎鹰1号采用了Space X研发的一款超级强劲发动机梅林8。

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一台梅林引擎的推力超越73吨——比如,可以举起73吨的重物——这意味着,假如你把40辆车叠加这部引擎上,它能三分钟内将这40部汽车送至太空。它是天下上最高效、强劲的引擎之一。火箭发动机范畴的一个主要统计数字是推力重量比——发动功可以举起本身重量众少倍的物体。梅林发动机体重超越半吨,最高推力超越80吨,它的推重比便是165:1,可以像如许吹走所有其他发动机。这是梅林测试焚烧:

现,念象一下9个如许的引擎一同运作。这便是猎鹰9号发射时的配备——名字源于9个梅林引擎。 

现,念象一下9个如许的引擎一同运作。这便是猎鹰9号发射时的配备——名字源于9个梅林引擎。

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9个梅林引擎一共发生650吨的推力,足够将360辆小轿车送入太空(这么众辆轿车叠加起来的高度相当于世贸中心),每秒燃烧540加仑(2044升)燃料——一分钟不到,即可蓄满一个泅水池。所有发动机的最终任务都是推升火箭及其带领的燃料,重量合计550吨,不过,我们火箭顶部再加一个相当大的有用载荷。

火箭第二级

发射后三分钟,火箭的第一级会与第二级分别。

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第一级返回地球,该是第二级火箭大放异彩的时分了。第二级火箭是第一级的迷你版,绝阵势部装的是燃料。不过,没有运用9个梅林引擎,只安装了一个特别版本的梅林引擎,用以真空状况中运转,同时添加了中〈延迟部分添加推力。这个时分之以是不必那么众引擎的启事有二:起首,没有那么厚的大气;其次,分别后,火箭体重越来越轻;着末,火箭曾经飞地很速了,阵势部义务曾经完毕。

第二级的义务完毕时间几分钟或数小时之间不等。引擎可以开关,有偏向操作。它的义务便是准确地将有用载荷送至确实地方并抵达需求速率。一朝完毕义务,即与有用载荷分别并坠落。

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说起有用载荷,猎鹰9号可以分为两类,以有用载荷的类型为标准,这是第一类:

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这种猎鹰9号搭载着人制卫星。头部隆起部分是两片维护性蛤壳状物质,叫整流罩,看起来和立体卫浴的大小差未几,实行上有校巴那么大。

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一朝第二级运转抵达必定的速率(一般是枪弹速率的4倍),整流罩的两个壳状部分就会分别开来并坠入大气层燃尽。

第二种火箭顶部计划是如许的:

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顶部分明呈三角状的火箭正搭载着龙飞船。


Space X的杀手锏之三:龙飞船

龙飞船

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SUV大小的龙飞船是SpaceX的宇宙飞船,主要用于太空货品运输,大约未来还会搭乘人类。2008年,NASA与SpaceX签订合同,龙飞船将要完毕12个ISS的物资运输义务。如上图所示,圆锥状部是龙飞船的密封舱,也是独一返回地面的部分。柱状部分好坏密封箱,可以承载分外货品和夹载住太阳能板。这两个部分加起来能承载大约六吨的货品。

那些小洞是龙飞船采用的迷你促进器,用来太空中举动,底部是一个防热罩,用以维护火箭返回地球时遭到损坏。

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猎鹰9号开端服役了

岛镶些新配备还研发中时,猎鹰1号曾经2009年炎天完毕了它的第五次、也是着末一次的发射,为马来西亚政府发送一颗人制卫星,大马政府也是SpaceX第一个付费用户,这也是公司第二次发射成功的案例。不过,繁殖中的猎鹰9号更加高大俊秀,公司不再需求猎鹰1号了,白叟家退息了。

2010年,第一 艘猎鹰9号来到发射台,当时高速公道上的司机都问:「那是个什么鬼?」

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试发射成功了。然后,公司开端做少许人们认为商业公司无法做到的事故。

将宇宙飞船送入太空很难——不过,把它还带回来,难上加难。从码头跳入海中,不会有什么倒运的事故爆发(除非海水刺骨厉寒)——可是,假如从一座桥上纵身跃入海中,你会死翘翘吗?假如独一的区别便是身体入水时的流速呢?地球大气层也是一个原理。

你现觉得不到大气,因为你的速率很低。假如你失心疯似的前厥后回摆入手臂,你就能觉取得大气了。乘速艇加疾速率,你会疾速觉取得大气击面。可是,速率并不光仅与你相关,还和你的速率与大气速率的相对值相关。车速为每小时50英里时,将手伸出窗外,此时的觉得与泊车将手伸到每小时50英里的风中是差未几的。于是,当轨道上的物体——之前曾经标明过运转速率为每小时1,7000英里(每小时27,300公里) ——完毕义务返回地球时,仿佛体验着每小时1,7000英里的飓风。我们官方的飓风「程度」从1级(每小时74-95英里)到5级(起始值为每小时155英里),每小时风力每添加20英里,就上升一个级别。每小时1,7000英里相当于身处842级飓风当中。

飓风让我们害怕的地方是它的力气。不过三位数级另外飓风,会让我们有大繁难。飞船高空大气中的行进速率很猛烈,太空舱前面的气氛会因为没有足够时间「让道」而变得超级压缩而且相当炙热。低处大气较浓的地方,飞船必需处理 强大的大气热阻力。火箭无法处理这个题目——这也是它们化作流星陨落启事。 制制一艘飞船需求掌握许众梦幻般的技能。

到2010年,只要五个国家的政府成功向太空发射过宇宙飞船并成功接纳。猎鹰9号的第二次发射将龙飞船送入地球轨道,此次测试遨游中,龙飞船绕地球轨道运转两周后高速闯过842级飓风,平安下降于预订海域,SpaceX成为天下上第一家接纳轨道飞船的公司、也是天下上第六个完成这一创举的机构。

猎鹰9号的第三次发射再次创制了历史,是为NASA举行的一次试飞,龙飞船成为第一个与ISS修立联络的商业宇宙飞船。

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Space X 公司本人制制的充满高潮的庆贺视频

猎鹰9号不是玩票。Vance写到,「猎鹰1号从瓜贾林焚烧发射是一家创业企业的功绩,可是,猎鹰9号从古登堡发射成功却是一个航天大国才干做到的事故。」方案中的三次试发射完毕后,NASA开端运用龙飞船为ISS完毕官方的补给义务。

猎鹰1号举行了5次发射、猎鹰9号举行了3次发射( 大都属于测试和demo)以后,SpaceX 准备好开端它的太空送达效劳了。猎鹰9号的第四次发射和第一次官方ISS再补给义务是 15 次延续成功送达(6次是为NASA效劳的龙飞船义务,9次是为其他顾客效劳的卫星义务)中的第一次,让我们回到2015年5月,那时我写下了这面这句话,却意外地给通通公司带来厄运:

自过去三次发射糜烂后,SpaceX曾经又发射了20次——都成功了。

延续20次发射都成功后,Musk发声:「火箭发射平常,卫星也进入轨道。但我仍然云云告急。等候某天能觉得平常。」

然后——就接下来的发掷中——这实愧生了:

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发射糜烂是很恐惧的一件事,即使是无载人发射。难怪SpaceX 副总裁 Mark Juncosa会 告诉我,每次发射的那天都老是令人继续感刻苦楚的着急。 这种觉得就像是美国职棒总决赛的第7场第9局,投手掷出要害一球,但扔出去的球却要几个月后才干抵达本垒,投手和队友们只可回家电视前等着棒球抵达击球手的那暂时候。

可是,消灭性的糜烂是你到场这个太空游戏的一部分。猎鹰1号第三次令人失望的糜烂后,Musk给他的部属写信:「我们大约应当当心如许一个现象:那些发射成功的公司也阅历过如许的艰难时代。我一个朋侪提示我,飞马号的前9次发射,只要5次成功;阿里安号5次发射,3次成功;阿特拉斯号20次发射,9次成功;俄罗斯联合号21次发射,9次成功;质子号18次发射,9次成功。 SpaceX也此列,无论有什么艰难,我们都将继续下去。」这个看法让他们可以准确看待SpaceX2015年6月的那次糜烂,同屎镶也提示着它们,前24次发掷中有20次资本是何等令人印象深化的豪举。

发射糜烂的好处于,它能准确的帮你发明弱点。此次糜烂的首恶祸首是一根 2英尺长、1英寸厚的钢筋——火箭里有上百根如许的钢筋——它本应当承重5吨力,然而有一根被折断了。从现起,SpaceX将区分测试放入火箭里的每一根钢筋。我们从上面的动图可以看出,龙飞船离开轨道时毫发无损(屏幕顶端,刚开端的时分,火球包裹中),假如有软件可以较早睁开下降伞,那飞龙号里的内件就可以幸免于难。从现起,龙飞船会配备这套软件。

这带给我们现在的现象。

如许一个全是中心商漫天要价以及配备成熟度达几十年的行业里,SpaceX对内部供应链和尖端技能牢牢把控,这使得他们成为全天下太空送达业报价最低廉的公司。众年来,美国政府依赖于两大航空航天公司——波音和洛克希德马丁,以及他们的合股企业联合发射联盟(United Launch Alliance,以下简称ULA)——认真国内的太空发射。ULA每次太空发射都向政府(实行上是美国的征税人)收费3.8亿美元。而同样的太空发射,美国政府只需付给SpaceX 1.3亿美元。假如是其他客户,他们没有NASA那些特别请求的话,则SpaceX的每次发射只需收取6,000万美元。

这是令人难以置信的优惠,于是,自然会有一众量顾客排队等着他们的效劳——他们目今曾经积存了50个发射方案,总代价超越50亿美元。他们竭尽所能的添加产量,短期目标是一年制制出40架猎鹰9号。 Musk置信,几年内SpaceX的发射资本将降到行业平均程度的十分之一,而且将接纳举世商业太空发射的大大都营业。

这不光是对SpaceX,对美国来说,也是个大商业。

美国因为波音而成为两个(另一个是欧洲的Airbus)主要飞机制制国之一,可是基于少许启事,美国举世太空发射范畴中并不出彩——而欧洲、俄国和中国占主导位置。ULA是美国太空发射的主要厂商,但它的大大都营业都是来自于美国政府,而其硬件配备中最腾贵的部分——引擎则需从俄罗斯进口。SpaceX举世营业激增,而且确实所有配备都是国产,这正使美国再次成为太空发射范畴的大玩家。

Space X的疾速兴起惹起了行业古板巨头的着急,他们仿佛准备做点什么了……


本文选自WaitButWhy,作家:Tim Urban,由中文字幕AV编译出品 到场成员:Rainbow、Kelsie、安隐、Rita、Jen.W、郑劳蕾、妞妞姐姐、泥泥刘、薛矽、Atian、Bing Wu、Duo、电子羊、KaraLii、微胖、柒柒、张玺、汪汪、赵云峰、庞

初学财产Elon MuskSpaceX太空探究
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