科技｜中国
Hello各位好，我是Hugo。
龙哥的星舰又射了，这一次，第一级超重型推进器的33台猛禽2发动机，全部点火成功，并且在空中完成了二级星舰的热启动，最终把星舰送到145公里的高度，超越卡门线进入太空，但是最后未能进入预定轨道。
与4月的发射只飞到30公里相比，可谓进步巨大。
如果星舰成功发射，不仅意味着人类距离成为太空文明甚至最终殖民火星更近了一步，也意味着，在新一轮太空竞赛当中，中国跟美国的差距暂时又被拉大了。
星舰第一级超重型推进器高达70米，第二级星舰飞船高达50米，整体高度大约120米，比执行载人登月任务的前世界最大火箭土星五号高了10米，碾压中国现行最大火箭长征5号，以及SpaceX正在运营的猎鹰九号。
星舰的第一级包含33台推力230吨猛禽-2发动机，总推力7590吨，起飞重量超过5000吨，总推力是土星五号3408吨的两倍多，猎鹰九号的8倍多，长征5B的7倍多。
在重复使用的情况下，星舰能送150吨货物到近地轨道，100吨货物到月球或者火星，都超过了只能用一次不用为返程留燃料的土星五号，是猎鹰9号和长征5B的6倍左右。
这意味着随着星舰的迭代成熟，势必进一步大幅提升SpaceX太空运力，降低运输成本。
目前的竞争局面是怎么样的呢？
到目前为止，全世界总共进行了187次火箭发射，其中中国的各个机构加起来射了53发，而SpaceX一家就射了85发，除了两次星舰发射之外，全部成功。
SpaceX现在近地轨道每公斤运费已经不到一万人民币，是中国对应运费的大约20分之一，重要的事情再说一遍，我们现在的发射成本是SpaceX的20倍。
如果说上个世纪美苏的太空争霸，主要是围绕军事竞争，是在提醒全球，自己的远程打击能力和无死角侦查能力。那在洲际导弹和遥感卫星早已成熟的今天，这次太空争霸的主题又是什么呢？
去年8月29日，在美国商务部长雷蒙多访华期间，华为突然发布了新款旗舰手机Mate60pro，它最特别的功能就是能拨打卫星电话，关键时刻在荒郊野岭能救命，如果你是个大人物，并且你怀疑有人会通过运营商窃听你的话，它也提供了一种保底的通讯保密选项。
紧接着，10月11日，SpaceX星链的官方网站搞了个大新闻，决定推出手机直连星链的业务，预计2024年实现短信发送，2025年实现语音通话和上网，未来甚至会实现物联网，就是说你家电饭煲和自动猫厕所也能连星链。
更绝的是，它这项业务不需要你去买一个特别的手机，只要手机支持4G就可以。
随后在11月3日，龙哥在推特上宣布，他的星链项目已经实现了盈亏平衡。
虽然这件事儿业内半年前就大概推算出来了，今年SpaceX的发射卫星加地面运营的成本大约是24亿美元，他卖锅盖给150万用户加收月租，也能大概收到这个数。
但这个旧消息依旧让我感到震惊，居然有那么多人有在荒郊野岭上网的需求，这属实超过了我的想象。
再加上众所周知的，星链在俄乌战场上，对于失去地面网络的乌克兰军队，所提供的强大支持。
这清晰得不能再清晰了，人类正在进入星座互联网时代。
从2G转型到数字网络开始，我们的移动网络一直被称为蜂窝网络，意思是通过基站组成一个蜂窝状的结构来覆盖大片的区域。
但是这种覆盖始终是有限的，成本很高，再加上因为越高频率的电磁波在承载信息更强的同时，绕射能力会更弱，随着移动网络从2G到3G4G5G的迭代，基站越造越密，成本越来越高。
不管投资多大，这都是个无底洞，蜂窝网络永远只能覆盖人口稠密的区域。
所以好消息是，一旦用卫星网络对地面进行覆盖，任何地点任何时间，无死角连接互联网的时代终于要到来了。
驴友，露营爱好者，房车爱好者，越野爱好者，天文爱好者，生物摄影爱好者，无人机爱好者，海员，飞行员全部狂喜。
但是坏消息是，根据香农定理，信道理论上的最高传输速率，跟频带宽度以及信噪比正相关，为了提升信噪比也就是提升信号强度，星座互联网的卫星只能使用近地轨道。
而近地轨道的空间是有限的。
如果卫星放得太密，一旦一颗卫星发生爆炸，有可能引发连锁反应，导致整个近地轨道被卫星碎片封锁，有人估计，整个地球近地轨道大约只能容纳6万颗卫星。
而互联网通信卫星，相对于之前的科研卫星，导航卫星，遥感卫星，最显著的特点就是它很多，因为数据传输量太大，光是一个星链计划，全部发射完之后就要占4万颗的额度，截止目前SpaceX已经发射了5400多颗。
更麻烦的是，卫星在天上，你是无法核查它到底有什么功能的。
星链说是通信卫星，但是SpaceX跟美国国防部是有一个做星盾的侦查卫星项目的，到时候4万颗侦查卫星无死角覆盖全球是完全可以做到的。
以前的侦查卫星只会重点搜集关键设施的数据，因为图片太多了也看不过来，但随着AI革命的发生，这已经不成问题，于是对于目标的锁定可以精确到一辆坦克一架飞机甚至到一个人。
这就很难受了。
所以我们要怎么跟一个发射成本只有我们二十分之一，并且还在不断迭代降低的单位，去争夺这个近地轨道的空间呢？
唯有开发我们自己的可回收火箭，运力提上去，成本降下来，除此之外没有别的办法。
去年11月2日，有一家叫做星际荣耀的民营火箭公司，在酒泉卫星发射中心，进行了双曲线二号火箭的第一级回收实验，取得了圆满成功，这是到目前为止中国可回收火箭的最前沿的进展。
这个进度大概是什么个水平呢？为了清这一点，我们不妨回顾一下SpaceX的可回收火箭研发历程。
如果你不是一个深度的航天爱好者的话，相信你会对SpaceX的火箭有这么一个印象，就是它老炸。
平时不关心航天的亲戚朋友，大家对这个问题最常见的理解是，马斯克是个私企要赚钱的嘛，所以火箭为了成本考虑，偷工减料，然后在那儿乱枪打鸟拼概率。
如果是这样的话，那说明他的火箭没啥技术含量，我们只要稍微改改设计简配一下，运费也能下来，那问题就不大了。
可惜这并不是事实。
每一个型号的火箭在研发阶段都是会炸，发动机地面试车可能会炸，舰体做压力测试可能会炸，组装完发射可能会炸，这些对于全世界的火箭来说都是一样的，不然你所有的意外情况都提前知道，你是穿越回来的吗。
SpaceX的火箭奇怪的地方在于，某个型号的火箭明明已经成功发射过了，但它还是经常会炸。
这一点跟别家的火箭都不同，在一般的火箭研发管理流程当中，只要一个型号的火箭发射成功，就会定型下来，不会再改了。
因为火箭是干什么的，不就是送一个特定重量的东西到特定的轨道吗，而所谓发射成功是什么意思，就是把一个特定重量的东西送到特定的轨道啊。
既然都已经做到了，那你还改什么？后续任何的改动除了增加不必要的风险因素之外，没有任何的好处。
但是SpaceX的火箭从一开始的研发目标就不一样，马斯克要把人类变成太空文明，要殖民火星，更确切的说，要用性价比把全世界的火箭发射机构都卷死，他要把火箭运输的成本降到一个令人发指的程度，最终目标是十美元一公斤。
因此他并不会因为发射成功，就停止迭代开发。
目前在提供人类最强太空运力的猎鹰9号火箭，它的第一次成功发射是在2010年的6月，一般这时候就该定型了，但是它直到2015年12月，它才第一次实现火箭第一级的回收，中间做了9次回收的不同尝试全炸了。
先是尝试用降落伞回收第一级，失败，然后尝试在再入大气层时，进行一次非常壮观的二次点火减速，受控返回到一定的范围，然后再尝试陆地和海上回收。
虽然这个故事已经被讲了太多次了，但我每次看到猎鹰九的回收画面，依旧觉得激动人心，这也行吗。
但你以为完成回收就结束了吗？按这个标准的话，航天飞机不是也能回收再用吗？
航天飞机发射135次炸了两次，总共造了5架炸了两架，炸死14名宇航员，其中1986年挑战者号航天飞机事故，载了一个高中老师准备去给大家上课，结果给大家结结实实地上了一课。
平均每次发射成本超过4.5亿美元，每公斤运输成本超过5万美元，被认为是最昂贵最不安全的航天器。
区别在什么地方呢？
区别在于航天飞机每次回收之后的，翻新整备太过复杂，需要65万个小时的工作量，而且极其容易出现失误，而SpaceX的目标是要最终做到回收装填燃料之后马上再射。
因此在2015年12月12日首次完成回收之后，猎鹰9号又做出了大量的迭代，包括，升级了梅林发动机的涡轮泵，因为基于对之前回收的火箭发动机的检查，他们发现这个部分会产生细微的裂痕；把舰体上用来控制方向的栅格翼，从铝合金升级到了更耐热的钛合金；在舰体上增加了一层隔热镀膜；在发动机位置增加了一层液冷隔热板；把起落架改成了可收起的；升级了燃料罐的氦液冷管道等等等等。
直到2018年的5月11日，猎鹰9block5的发射，才真正意义上实现可回收，这中间又炸了四发。
到现在复用次数最多的一发猎鹰九火箭，已经发射了18次，在2023年的83次发射中，只用了四枚新的猎鹰9火箭，据估算一台猎鹰9可以重复发射100次。
而为了最终实现回收之后立即发射，SpaceX还在对火箭进行更加根本性的改革。
比如星舰目前用的发动机叫做猛禽2，猛禽系列发动机相对猎鹰9使用的梅林系列发动机，最显著的区别是，从液氧煤油燃料改成了液氧甲烷燃料。
因为煤油燃烧之后不可避免地会积碳，导致每次复飞前要把发动机拆了清洗，非常的蛋疼，是目前猎鹰火箭复飞整备最费时费力的环节，而甲烷也就是天然气是非常干净的燃料，会从根本上解决这个问题。
你以为射得快就结束了吗？远远不是，我们还要射得多！
因为火箭改为可回收之后，势必要留下一部分燃料用于再入大气层的减速点火，以及最终刹车的点火，这会占去我们本来就不多的用于运货的载荷，这并不理想。
为了让一架可回收火箭拥有不输甚至超越传统火箭的载荷，我们需要研发推重比更大的发动机。
火箭的体积有限，要储存尽可能多的燃料和氧化剂，就必须把它们冷却成液体，氧气的沸点是零下183度，甲烷的沸点是零下161度，但是两种低温液体在燃烧室中没有办法极致充分地混合，限制了燃烧效率，也就限制了推力。
而猛禽2采用了一种前所未有的结构，让液体甲烷和液氧在进入主燃烧室之前，就先在两个小燃烧室里略微混合点燃，受热转化成气体，再高速冲入燃烧室进行混合，把燃烧效率提升到了惊人的99%。在研发过程中，炸掉了至少50台发动机。
星舰搭载的39台猛禽2发动机，单台推力230吨，远远大于前代猛禽1的185吨，也大航天飞机RS25发动机的190吨。而猛禽2自重仅为1600公斤，RS25的自重达到了3200公斤。
就这还是不够，马斯克在达到效果目标之后，下一个目标就是简化生产流程，最终实现大规模自动化生产，极致提升产量、压缩成本。
甚至不需要了解发动机的结构，仅凭肉眼就能看出猛禽2比猛禽1简化了多少。在去年这个时候，SpaceX就已经可以做到一天生产一台猛禽发动机。
再比如猎鹰重型火箭除了舰体本身之外，还有两个助推火箭，这种设计并不特别，但是这两个助推火箭怎么看着这么眼熟呢？因为它两跟火箭本体的第一级是一样的。能用一条生产线解决的问题，为什么要多开一条生产线呢？
这种建立在极致目标上的快速迭代研发方式绝对不是粗制滥造，要让这种研发方式成立，首先是要保证每一架火箭拥有极高的一致性，不然这架炸完好不容易找出问题做完改进，下一架又在别的地方炸了，这到处漏风就没法玩了。
其次他们得有快速准确定位问题的能力，以便极致化迭代速度，星舰的两次试射之间，虽然只隔了7个月，还被FAA拦了一段时间，但他们快速进行了超过1000项的改进，背后就是先进的传感器，数据链和数字孪生技术得支持了。
这很难，但一旦这个研发流程跑通，一段时间之后你的火箭不仅会是世界上最高效的，最省钱的，也将会是最安全的，到目前为止猎鹰9block5的223次发射，失败率是0。
所以我们也就明白了，为什么他们有时候爆炸了之后还会鼓掌。因为确实实打实的进步了呀。我上次只能飞100米，这次能飞到30公里了，而且我知道很快就能检查出问题在那里，下一发只会比这发更好，这鼓掌不是很自然的吗？
那么如果我们要赢得这一次的太空争霸，我们也需要重复这个迭代式开发的过程啊。
也就是说，在接下来的几年，你我将会看到，中国企业的火箭，也在那里不停地炸。
先是在试车台上炸，然后尝试将货物送到预定轨道，炸，然后尝试在返回过程中点火减速，受控落到指定位置，炸，然后尝试降落，炸，再尝试，再炸，直到成功，然后再继续迭代，继续爆炸，直到在发射成本上逼近甚至超过猎鹰9号的水平。
而这个过程具体是几年呢？
中国星网在2020年9月的时候，向ITU申报了两个低轨卫星星座，总计12992颗卫星，需要在7年内完成发射不然就得拱手让出，假设我们每发火箭可以带30颗卫星，那么需要433发才能发完。
按照一些业内专家的估算，这些火箭的量产和发射，至少需要两年的时间。因此我们最晚需要在2025年9月，获得成熟量产的可回收火箭技术，距离现在还有不到两年。
留给中国队的时间不多了！
结语
这毫无疑问是个巨大的挑战，虽然我们不用担心中国的基础工业能力或者参与竞争的决心，但是这个时间也属实是太紧了一点，
当然，我想即便我们对于中国速度有信心，也不应该忘记一个更加根本的问题。就是颠覆式在创新再一次在美国，在西方发生了，我们再一次成为了追赶者。
下一次，要如何让它在中国发生呢？
本文仅代表观点，不代表国家地理中文网立场
撰文：酷玩实验室
图片：酷玩实验室
：框舅
版式设计：嘉颖
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