【原创文章】上火星的钱不够了?SpaceX期望政府资助其完全可重复使用的“火星火箭”研发!

主页君说

SpaceX的COO格温·肖特维尔(Gwynne Shotwell)在11月16日举行的NewSpace Europe会议上发言时指出,她期望SpaceX能够获得美国政府的额外资金,以支持公司正在研发的新一代大型可完全重复使用的发射系统(也就是我们熟知的BFR)。由于肖特维尔是公司的COO(Chief Operating Officer),相对于“满嘴跑火车”的马斯克本人来说,她的发言可信性更高,比如其曾在年初发言将实现两周一发的发射频率,而截至年底公司已基本实现了当初所言,全年发射总数有望达到20发。今天我们就来看看SpaceX究竟想怎么给他的“火星大梦”化缘。

格温·肖特维尔的照片……这张不错,就这个吧

其实,目前SpaceX已经获得美国空军的资助,支持其液氧甲烷发动机“猛禽”(Raptor)的发展,“猛禽”将为BFR(Big Falcon Rocket)(官方从未正式公开过这个缩写的全文,但据称是Big Falcon Rocket,网友又经常戏称之为Big Fuc*** Rocket)提供动力,而可重复使用的大型飞船则被称之为BFS或Big Falcon Spaceship。

在BFR首射成功之前,这款近地轨道运力高达150吨级别的运载火箭很难在商业市场上拿到订单,因为目前商业上比较成功的现役运载火箭运力基本只有BFR的十分之一左右

肖特维尔称美国政府会对BFR所具有的“巨大运力”感兴趣,她说到 “而且我确实看到,我们有机会从政府手中获得一些BFR和BFS的研发资金。”她补充说,但火箭的研发工作并不完全取决于政府的资助。结合之前的发言可以推测这句话的意思是即使没有资助,也不会放弃研发,但BFR无论是从技术跨度、运力水平、硬件需求来看,作为一款实实在在的重型运载火箭(一般指近地轨道运力在50吨以上的运载火箭),其研发经费远非一家仅有7000名员工(本月的最新数据)的私人企业所能独立承受,在拉不到商业订单的前提下,公私合营是一个合理思路。

我们简单统计了一下目前在研和规划中的重型火箭列表,其实和冷战时期如出一辙,百吨以上级别依然是典型的“大国玩具”,BFR是唯一例外

其实肖特维尔所说的这种资助行为已经实施很久了,比如美国空军的发射服务协议(U.S. Air Force’s Launch Services Agreement)竞标,该竞标意在向部分航天公司提供奖励,以资助这些公司的原型(Phototype)发射系统的发展,直到初始的测试性发射(initial test flights),以结束美国对宇宙神5火箭(Atlas5)和俄罗斯制造的RD-180发动机的依赖。美国出于国家安全的考虑,已经计划在2022年后禁止采用俄罗斯火箭发动机发射任何“国家安全载荷”(national security payloads),这对ULA现役主力火箭宇宙神5是一个毁灭性的打击。

肖特维尔在谈话后说,BFR可以用来发射一些在2020年由空军设想的最重的国家安全载荷。她说,不过大部分有效载荷都可以由现有的猎鹰9和重型猎鹰火箭发射,而重型猎鹰火箭将于今年年末首次发射。(其实现在从实际进度来看,估计是要推迟到明年)

不过我这个人想象力比较差,实在想不到有什么“国家安全载荷”需要这么大的火箭来送,这跟NASA给SLS强行找活其实貌似没什么本质的区别

去年,美国空军通过一项名为“其他交易协议”(Other Transaction Agreements)的成本分摊(cost-sharing arrangement,空军和SpaceX各掏一部分)方式安排向SpaceX提供了资助,以支持“猛禽”发动机的研发。原来空军的资助是3360万美元,上个月这个服务又追加了4070万美元,用于协助额外的研发工作。


为应对近期传出的德州测试场爆炸传闻,SpaceX放出了其德州测试场的宣传视频,发生爆炸的试车台就在视频中,猛禽则在最后

这就是发生爆炸后的试车台(右侧),左侧受损很小,很快就能恢复,右侧需要数周时间进行修复

试车台爆炸前后的对比,看起来没那么“毁灭性”是么?所以最先爆料的华盛顿邮报显然有些“带节奏了”,想把这次事故渲染成又一次Amos-6,大家不要忘了,华盛顿邮报现在可是贝光头的了(贝光头:杰夫·贝索斯,亚马逊和蓝色起源创始人,目前世界首富),中国有句老话——同行都是冤家啊

蓝色起源作为SpaceX最强劲的对手,也是来势汹汹,不仅近期正式点火试车了BE-4引擎,而且其卡角的火箭工厂也已经接近完工

肖特维尔说,NASA的商业轨道运输服务(COTS)计划(也就是我们熟知的CRS国际空间站货运补给任务)证明了这种公私合作模式的优势,该计划向轨道ATK和SpaceX提供了受到资助的研发协议,以开发商业货物运输系统。而对于SpaceX而言,这催生了猎鹰9和龙飞船的研发和成熟,也为后续SpaceX的各种研发计划打下了坚实的基础,乃至可以说当年这一纸救危难于水火之间的合同拯救了SpaceX。

这是一篇NASA发布的评估报告,可以算作是对6年来商业航天对NASA经费作用的一次总结

我们摘出报告中的一些部分,可以得出不少有趣的结论。首先选用商业公司来执行国际空间货运补给,一方面是填补航天飞机退役后造成的空白,也是为了进一步节省NASA本就捉襟见肘的年度经费预算,近两年来NASA的年度经费基本在200亿内徘徊,摊子越来越大,但经费总额却未见大幅增长,少花钱多办事儿依然是重中之重,而显然COTS项目不负众望。其中SpaceX的每千克载荷运费仅为航天飞机时代的一半!

货运服务供方 花费
SpaceX 89000美元/千克
轨道ATK 135000美元/千克
航天飞机(对照) 197000美元/千克

表1:COTS项目承运方和航天飞机的每千克运费对比表

 

飞船 花费
龙飞船1.0(货运) 9800万美元
天鹅座飞船(货运) 1亿7400万美元
龙飞船2.0(载人) 3亿800万美元
CST-100(载人) 4亿1800万美元

表2:发射费用列表(per unit)

说起仍在研发之中的载人龙飞船,肖特维尔表示她相信公司能够在2018年完成既定的无人演示发射(Demo)和首次载人发射,其实还有一次发射中逃逸实验。但其实这种发言反倒是一种示弱,因为年中现有版本猎鹰9火箭所采用的梅林-1D发动机曾被爆出其涡轮泵存在潜在的裂纹风险,在载人发射中可能会危及航天员安全。而NASA是深度参与到了二代载人龙飞船的研发过程中,把控着各种关键技术方案和研发里程碑。其中最为严格和苛刻的一个参数之一就是“成员损失率”(Loss of Crew,简称LOC),NASA对两家公司新一代飞船在返回地球过程中的LOC率要求远高于所有人类已有的载人航天器。当然这是有原因的,2003年2月1日,哥伦比亚号航天飞机在返回地球过程中发生事故解体,7名航天员不幸遇难。NASA背负了巨大的舆论和政治压力,已经不能承受再一次失去宇航员的伤痛和损失。同时也催生了NASA对载人航天器近乎“变态”的安全性要求。

目前主流载人航天器的LOC率统计,之前NASA要求载人龙和CST-100达到千分之一的LOC,但是发现两家都做不到,于是放水到1/270,但这仍然远低于目前所有已有载人航天器,可谓相当苛刻(cmj9808供图)

因此NASA勒令SpaceX在新版本的Block5型火箭中彻底解决涡轮泵的裂纹隐患,虽然这种隐患截至目前从未导致过任何事故。因此Block5构型的猎鹰5火箭基本已经被NASA“钦定”为载人龙的“御用”火箭,所以该型发动机进度上的任何波折和拖延,都会拖累载人龙。本月初的这次测试爆炸虽然是发动机在“非点火状态”下发生的,对硬件设施也并无太大破坏,但必定会对Block5和载人龙的进度产生负面影响,因此我个人认为明年载人龙的无人演示发射依然能够实现(目前暂定2018年4月),但是载人发射有可能要推迟到2019年。

其实载人龙还是很有看点的,就冲这身新式舱内航天服就值得关注,右侧为后航天飞机时代所使用的ACES(Advanced Crew Escape Suit)舱内航天服

在二月份,SpaceX曾宣布计划在2018年下半年派遣两名付费客户采用重型猎鹰火箭和载人龙飞船进行一次绕月旅行。该公司自公告以来没有提供该项目的最新情况,“我没有任何更新”肖特维尔说,但补充说,对这次飞行感兴趣的人比她预期的要多。 “最令人惊讶的是,有这么多的人想要去做这件事,而且似乎有这样的能力”。说白了,肖特维尔的意思我个人推测是“我真的很惊讶有钱有不怕死的人这么多!”,而事实上这个任务基本是铁定要推迟了。还是我个人认为,推迟到2019年7月20日是一个非常好的日期。你知道为什么吗?

近期的每次发射中,细心的朋友都会发现TLE上多了些东西,也就是说重型猎鹰真的快了,虽然还会推迟,但是真的不远了

说起月球,由于近月载人空间站“深空之门”(Deep Space Gateway)的日渐成型,所以月球将在近10年内成为美国的首要目标,所以BFR要想获得资助,势必要迎合NASA近几年的月球大梦。不出意料。肖特维尔表示公司将会使BFR可以用于NASA的月球任务和永久性基地建设,从而获得NASA的相关资助。当然,SpaceX梦总是很美,但现实非常残酷,这一轮“月球火箭竞赛”远非2012年的CRS时代,现在不仅对手更多,而且实力更强,首先就是国家队的太空发射系统(SLS),SLS在设计伊始便剑指深空,而且作为NASA的“亲儿子”,必然要得到充分的经费“资瓷”;而联合发射联盟的“火神”运载火箭,凭借着一级的BE-4发动机和全新的ACES上面级,也是来势汹汹;更不要提“世界首富”贝光头手中的“新格伦”运载火箭,那也是一年砸10亿美金不眨眼的主;当然最搞笑的对手是自己家的重型猎鹰火箭,到时候出现“大水冲了龙王庙”的情况并非不可能,如果届时NASA点名已经成熟的重型猎鹰火箭,而拒绝撒钱给BFR也是完全可能的(囧)而BFR由于其设计指标过高,运力过大,深空任务必须通过在轨加注(但不排除在BFS内加装一次性上面级的可能),加之火箭在2020年后何时才能首飞,何时成熟都是未知数,能得到NASA大力资助的可能并不那么光明!

 

其实SpaceX在这里又玩儿了一次避重就轻的文字游戏,简单的仿真计算就可以知道,BFR发射BFS去月球所用的在轨加注次数并非图中所画的一次,TLI的Dv量大家心知肚明

BFS真不适合干这事儿,真心的。。。

当然被推上风口浪尖的远不止BFR和BFS,SLS也面临着同样的“资金危机”。近期,SLS因为近乎毫无意外的资金超支和进度拖延,又开始向NASA和国会哭穷,一边声称首次发射时间将推迟到不早于2019年12月(甚至要大概率推迟到2020年6月),另一边声称资金的裕量不足,希望继续追加投入。实际上由于SLS和猎户座飞船已经基本绑架了NASA,这个项目无论如何也要走下去,这才给了波音和洛克希德马丁肆无忌惮拖期和超支的底气。但是政府也并非全无反应,SpaceNews近期的报道就声称,众议院科学委员会主席在得到SLS继续延期的通知后表示,他认为项目延迟“令人失望”,并警告说进一步的问题可能会损害国会的支持。并表示这两家以后的拖期和超支越严重,政府对于“其他选项”(原文:other options)的扶植力度就会更大,言外之意就是——你俩掂量着办!

所以说BFR究竟能不能要到钱,能要到多少,变数还很多呢!

当然我们还是但愿BFR和BFS能够要到钱,并且尽快成真

(全文完)


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