上次，我們講到了馬斯克他們的獵鷹9號火箭在第一次發(fā)射的時(shí)候遇到了雷雨，第二級的無線電信號非常的微弱，火箭進(jìn)水導(dǎo)致電子設(shè)備出了故障。到底是把火箭拉回廠房檢修呢？還是更換火箭的電子設(shè)備？最后大家商量了半天，決定用烘干機(jī)把設(shè)備里的水蒸汽烘干了就行了。

說實(shí)話，這一招跟無線電修理鋪對付半導(dǎo)體收音機(jī)的辦法差不多。即便是到現(xiàn)在，修理手機(jī)的也會準(zhǔn)備電吹風(fēng)之類的裝備。有時(shí)候是真好使啊。

獵鷹9號第二級的電子設(shè)備烘干了以后，繼續(xù)原樣裝好，用硅膠密封。信號雖然沒有設(shè)計(jì)的那么強(qiáng)，也算是夠用了，火箭照常發(fā)射。把龍飛船送進(jìn)了太空里。馬斯克的要求其實(shí)很低，保證不把卡納維拉爾角的40號發(fā)射臺炸掉就行了。從這個(gè)及格線來看，獵鷹9號的第一次發(fā)射還是很圓滿的。

你可能覺得馬斯克手下的團(tuán)隊(duì)有點(diǎn)夸張，過去都認(rèn)為，火箭是來不得一絲一毫馬虎的。怎么能這么湊合呢？說實(shí)話，這是和火箭的設(shè)計(jì)思路有關(guān)系，馬斯克從一開始就強(qiáng)調(diào)便宜，強(qiáng)調(diào)可靠，冗余度還是很高的，即便是打點(diǎn)折扣也都能湊合上天，這個(gè)習(xí)慣和俄國人有點(diǎn)像。

火箭靜態(tài)測試

但是，馬斯克該不湊合的地方是一點(diǎn)都不湊合，人家在獵鷹火箭發(fā)射之前都要做好幾次全箭測試?；鸺酀M燃料，但是不點(diǎn)火，這叫“濕測試”。如果是做戲做全套，不但灌滿燃料，還要在發(fā)射架上點(diǎn)火，這叫靜態(tài)測試。為啥就叫靜態(tài)測試？對啊，火箭是被牢牢固定在地面上的，發(fā)動機(jī)一般只開3~7秒，記錄下各種數(shù)據(jù)也就夠了。

從馮·布勞恩開始，他就喜歡在發(fā)射前搞靜態(tài)測試，等于是一場模擬真實(shí)環(huán)境的“熱身賽”，畢竟火箭太復(fù)雜了，簡直是個(gè)混沌系統(tǒng)，各種不可能的誤差全都湊到一起，你也不知道會出啥毛病，你只有全箭點(diǎn)火測一下，才能有把握。后來呢，這么干的人少了，畢竟是麻煩嘛。不過馬斯克是堅(jiān)持要搞的。

當(dāng)然啦，火箭即便搞靜態(tài)點(diǎn)火測試，也只能測一級火箭，二級火箭可不能隨便點(diǎn)火玩兒。獵鷹9號的第二次發(fā)射，恰恰是二級火箭發(fā)現(xiàn)了問題。獵鷹9號的第二級用的是真空板的梅林發(fā)動機(jī)，其實(shí)就是把噴管放大了一號。這個(gè)噴嘴是一種特殊的鈮鋯合金制造的，是一個(gè)相當(dāng)堅(jiān)固的材料。一直到12月初，都快要發(fā)射了，大家才發(fā)現(xiàn)這個(gè)噴管有裂紋。

這個(gè)裂紋怎么來的呢？在發(fā)射前大約一個(gè)月，SpaceX收到了NASA的要求，在兩級火箭之間的部分添加更多的氮?dú)?。因此，SpaceX的技術(shù)人員在底部插入了一條1英寸的管線，并吹入了氮?dú)?。這股額外的氣流導(dǎo)致梅林發(fā)動機(jī)噴嘴振動，導(dǎo)致了最終破裂。

如果噴管裂縫了，那是肯定沒辦法發(fā)射的。如果要換一個(gè)噴嘴的話，工廠遠(yuǎn)在加州。從加州弄一個(gè)好的噴管，然后千里迢迢運(yùn)到佛羅里達(dá)，安裝在火箭上，這來回一折騰，可能要多花一個(gè)月的時(shí)間。馬斯克當(dāng)然是不樂意的，這不是瞎耽誤工夫嘛。

所以，馬斯克馬上給遠(yuǎn)在加州的王牌技術(shù)員馬蒂·安德森打了個(gè)電話。馬斯克啥意思呢？就是讓這個(gè)安德森帶著大剪刀爬進(jìn)噴管內(nèi)，把噴管剪短6英寸，下邊開裂的這部分咱不要了行吧，剪短點(diǎn)接著用。

一邊打電話，一邊馬斯克的私人公務(wù)機(jī)就做好準(zhǔn)備了。幾個(gè)小時(shí)以后，安德森拎著包坐上這架私人飛機(jī)就直飛卡納維拉爾角。到了地方以后，愛德森一看，火箭還豎著呢，足有50多米高。先坐電梯上去，然后在乘坐起重機(jī)到達(dá)兩級火箭之間。慢慢爬過去，用大剪刀硬是把火箭的噴管剪短了6英寸。

說實(shí)話，獵鷹9號的運(yùn)載能力有冗余，即便是二級火箭的噴管短了一截，也能完成任務(wù)，馬斯克當(dāng)時(shí)是有把握的。

但是，SpaceX是給NASA打工的，人家NASA是甲方，馬斯克這么三下五除二，剪掉了一圈噴管，NASA樂意嗎？NASA的人聽說這個(gè)消息以后，差點(diǎn)驚掉了下巴。這幫人都是野路子出身嗎？這都是什么招數(shù)??？馬斯克還得給人解釋，盡管噴口短了一大截，但是，推力仍然是夠用，是能夠完成這次龍飛船的發(fā)射任務(wù)的。

你想啊，NASA的人能信嗎？SpaceX的發(fā)射總監(jiān)布扎以及公司的副總裁克尼斯曼，以及發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)師穆勒都來勸NASA關(guān)于商業(yè)發(fā)射項(xiàng)目的總負(fù)責(zé)人邁克·霍卡丘克和艾倫·林登莫耶，這二位聽得云里霧里的，一晃腦袋，就是聽不懂。

所以，技術(shù)人員之間的交流才是最重要的，跟外行說是很難說清楚的。NASA也有工程師啊，和SpaceX的工程師們一起解決了所有的技術(shù)疑問?；鸺托l(wèi)星是不一樣的，衛(wèi)星要在太空工作很久，但是火箭只要工作幾分鐘就夠了，這就是火箭最特殊的地方，對噴管的修剪可能會損壞表面的抗氧化圖層，但是，只要熬過幾分鐘不就萬事大吉了嘛！

他們整整折騰了24小時(shí)，最后寫了報(bào)告，提交給了NASA負(fù)責(zé)載人航天的格斯滕邁爾，他擁有最終拍板權(quán)。

沒辦法，只能等著，一直到發(fā)射前一天的凌晨2點(diǎn)鐘，格斯滕邁爾總算是批了，發(fā)射照常進(jìn)行。這一次，獵鷹9號的發(fā)射非常順利?；鸺妖堬w船送進(jìn)了太空，然后龍飛船脫離返回?；鸺诙?次點(diǎn)火，把8顆小衛(wèi)星送進(jìn)了軌道。火箭的第二級運(yùn)轉(zhuǎn)良好，盡管噴管短了一截。

至此，SpaceX的工程師們心里一塊石頭落了地，火箭有了，飛船也有了，完成NASA的合同應(yīng)該問題不大，這下研發(fā)資金算是不用發(fā)愁了。獵鷹9號要經(jīng)歷更大幅度的升級。

其實(shí)獵鷹9號的1.0版本只用了5次，三次是拿來發(fā)射龍飛船的測試版。龍飛船在第3次發(fā)射的時(shí)候和國際空間站完成了對接，這是航天飛機(jī)退役以后第一次有美國飛船來對接，也是第一艘和國際空間站對接的商業(yè)飛船。后來嘛，龍飛船經(jīng)常光顧國際空間站，隔三差五就溜達(dá)一趟。這時(shí)候的獵鷹9號用的還是梅林1C發(fā)動機(jī)，推力48噸。

當(dāng)時(shí)的梅林發(fā)動機(jī)還是比較拉跨的，推力也不大，比沖也不算高，推重比還算不錯(cuò)，但是其他指標(biāo)都比較平庸。但是，馬斯克是想盡辦法的減輕火箭的重量，火箭輕一斤，運(yùn)載的貨物就多一斤。所以，他在火箭的結(jié)構(gòu)上是非常激進(jìn)的。我國的火箭普遍都用鋁合金，但是馬斯克的火箭是用鋁鋰合金的。

鋁是一種比較輕的金屬，因此航空業(yè)和航天業(yè)是離不開鋁合金的，比鋁還輕的金屬基本上沒有幾種，鋰就是其中之一。鋰元素可以說是最輕的一種金屬了，如今鋰元素是戰(zhàn)略金屬，因?yàn)榈教幎家玫戒囯姵?。沒有這東西，特斯拉電動車就趴窩了。電動轎車根本不可能實(shí)用化?？上т囋靥顫?，不能用單一的金屬鋰來造火箭，只能和鋁組成合金來使用。

如果用鋁鋰合金來制造火箭的燃料箱，重量可以減輕10%，強(qiáng)度可以增加40%，這種材料可以說是非常適合馬斯克的胃口。獵鷹9號的燃料儲箱就是鋁鋰合金造的。美國在鋁鋰合金方面已經(jīng)研發(fā)到了第三代，我們相對落后一點(diǎn)，現(xiàn)在也能生產(chǎn)一部分第三代鋁鋰合金，C919大飛機(jī)的蒙皮用的就是鋁鋰合金的。

為了榨干重量上的油水，獵鷹9號用的是共底儲箱。也就是說，儲箱長得像個(gè)膠囊，一半裝煤油一半裝液氧。中間有隔板分開。我們的長征火箭很少用到共底儲箱，而是分成兩個(gè)膠囊，包裹在火箭的內(nèi)部。這樣的話，重量就大了。

當(dāng)然，我們也能造大直徑的共底儲箱，但是還沒裝到大型火箭上去使用過。美國人這方面的基礎(chǔ)還是很雄厚的。

反正馬斯克一直在盡量榨取火箭的重量，火箭能輕一點(diǎn)就輕一點(diǎn)。所以，他大膽使用激進(jìn)的加工技術(shù)，什么結(jié)構(gòu)能保持足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，皮又比較薄呢？那就是在板子的背后做上三角網(wǎng)格加強(qiáng)筋。這種結(jié)構(gòu)很貴的，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)需要用一塊厚金屬，用數(shù)控CNC加工，在背后挖出一個(gè)個(gè)的坑，剩下的部分就組成了那些加強(qiáng)筋，95%的金屬成了刨花。馬斯克哪里舍得這么浪費(fèi)的，他開發(fā)了攪拌摩擦焊技術(shù)，背后的那些加強(qiáng)筋，都是焊上去的，這一下就便宜了好多。

發(fā)動機(jī)需要用計(jì)算機(jī)來控制，航天領(lǐng)域采用的芯片一般不趕時(shí)髦，不會用5納米7納米的工藝，因?yàn)榘雽?dǎo)體太細(xì)了頂不住宇宙射線的襲擊。時(shí)不時(shí)地就要算錯(cuò)，宇航級的集成電路適當(dāng)粗一點(diǎn)好，65納米的芯片也比比皆是。而且要做專門的防護(hù)設(shè)計(jì)，留出足夠的冗余度。

不過在馬斯克看來，火箭只要能工作幾分鐘就夠了。可以用商業(yè)芯片來代替，畢竟商業(yè)芯片速度快性能更強(qiáng)。為了保證可靠性，可以采用三個(gè)芯片來做多保險(xiǎn)，也能保證足夠的冗余度。

梅林1D發(fā)動機(jī)

下一步就是提升梅林發(fā)動機(jī)的性能了。梅林1D型發(fā)動機(jī)基本上可以說是一款脫胎換骨的發(fā)動機(jī)，推力從48噸提高到了67噸。比沖也提高到了282秒，算是燃?xì)獍l(fā)生器發(fā)動機(jī)的榜首了。發(fā)動機(jī)的重量沒有增加反而還減少了470公斤。推重比大大增加，一下超過了上一代的王者NK33。而且，梅林1D發(fā)動機(jī)開始利用針?biāo)ㄊ絿娮⑵鞯拇蠓裙?jié)流能力，具備靈活調(diào)控有油門的本事了。這就為火箭的回收奠定了基礎(chǔ)。

獵鷹9號1.0版本曾經(jīng)做過實(shí)驗(yàn)，那就是用降落傘回收一級火箭。但是根本搞不定，降落傘沒法控制，不知道飄到哪里去了，因此必須有較大的著陸場。更要命的是，降落傘承受不住巨大的下落速度，都被扯碎了，看來此路不通。

沒辦法，只剩下一條路，那就是1級火箭自己反推降落。反正發(fā)動機(jī)都是現(xiàn)成的，只要搞定二次點(diǎn)火就行。燃料多帶一點(diǎn)就行。當(dāng)然多帶了額外的燃料，運(yùn)載的載荷就少了唄，運(yùn)載能力受影響。但是，獵鷹火箭真是榨干了油水，自己本身的重量太輕了，即便是加上返航用的燃料，也沒多重，還是有足夠的運(yùn)載能力的。這也是別的火箭玩兒不轉(zhuǎn)回收的一大原因。多帶的那點(diǎn)返程燃料會侵占載荷的份額，里外里不劃算。

DC-X火箭

火箭反推回收，其實(shí)也有公司搞過。麥道公司的三角快帆就是一個(gè)典型。這東西代號叫DC-X，外觀有點(diǎn)像瘦長版的金字塔，裝了4臺氫氧火箭發(fā)動機(jī)。1993年的8月18號，這個(gè)怪模怪樣的東西實(shí)現(xiàn)了首飛，火箭點(diǎn)火以后，飛到45米高的空中懸停，接下來平移了100米，然后緩緩下降，停在了地上。所以，馬斯克也不是憑空想出來火箭垂直回收的，此前已經(jīng)有過先例了。

雖然有過先例，但是SpaceX還沒掌握這項(xiàng)技術(shù)。他們必須分兩條腿走路。首先是在獵鷹9號火箭上裝上柵格舵，用來控制火箭的下落?？纯茨懿荒芾每諝舛鎭砭_控制落點(diǎn)。

這一次用的是新的1.1版本的獵鷹9號，發(fā)動機(jī)從3x3的方形變成了外圈8個(gè)環(huán)形排列中間放一個(gè)?；鸺L了一大截，可以裝更多的燃料。頭上的整流罩變大了，可以容納更大體積的載荷。

說實(shí)話，馬斯克的這個(gè)舉動又把我嚇了一跳。航天業(yè)犯忌諱的事兒，他全干了一遍。要知道東風(fēng)2號其實(shí)就是在東風(fēng)1號的基礎(chǔ)上的拉長版本。但是火箭是不能簡單拉長的，細(xì)長的火箭產(chǎn)生了扁擔(dān)效應(yīng)。一邊扭動一邊飛。結(jié)果震壞了導(dǎo)彈上的設(shè)備造成導(dǎo)彈失控，一頭栽了下來。所以，中國航天界都知道，火箭長徑比不能超過15，結(jié)果馬斯克直接給干到19，你說嚇人不嚇人？

那么馬斯克為什么喜歡拉長火箭呢？弄個(gè)捆綁式不好嗎？下周我繼續(xù)說道。喜歡我的講述方式，就關(guān)注“科學(xué)聲音”吧！