SpaceX 成功回收一級火箭的技術真的可以降低 99% 的發射成本?

歐洲最新航天器IXV試飛成功,美國獵鷹9號水面軟著陸
中國航天為第三世界國家發射一顆衛星的價格是多少?
SpaceX為NASA向國際空間站運送一次貨物的價格是多少?


從理論上講,火箭的發射成本裡面,燃料的費用非常低,相比單次獵鷹九號5400萬美元的發射費用,它的燃料費只有20萬美元,所以如果能回收單看數據自然大大節約了成本。但從實際意義上講,不可能節約到99%的狀態,甚至在現有的技術上都不一定能節約成本。

一個例子是著名的太空梭計劃,本來所有的設計就是希望太空梭能反覆回收利用節約成本,但事後證明美國的這個計劃並不是完全成功。a. 首先系統必須做的極度複雜,應對太空梭的發射與控制,這樣無疑增大了各種系統的風險。航天里最簡單的永遠是效率最高的,這是鐵律,也是為什麼其他國家幾乎都是一次性發射飛船;b. 其次太空梭著陸之後重複使用的難度大大加大,需要大量維護費用,比如飛機表面所有塗層極其昂貴,發動機的維護更是天價,不亞於再換一台新的。所以相較而言,太空梭的性價比一點都不高,但無奈美國在同時沒有其他可以替代的有效計劃,只能硬著頭皮花大把的預算繼續使用。後來的挑戰者號和哥倫比亞號的毀滅,則直接導致了這個項目逐漸下馬。蘇聯人早就意識到了這一點,他們的暴風雪號太空梭做好之後,基本沒有用過,也在某種程度上證明了這種可回收空天飛行器不太值得。

太空梭


可以看到美國的太空梭花費單次花費為近15億美元!完爆其他的所有航天任務,例如著名的火星探測、深空的旅行者計劃,所以重複不見得便宜。不過目前Space-X這個真心很便宜了,只不過糾結於它是否也會像太空梭一樣,下面會有分析。

另外在航空方面也有B-2和SR-71兩款著名的飛機作為例子,技術上各種酷炫,但極其昂貴的造價和飛行完的維護費用,真的也只有美國扛得住了。比如說,如果B-2不是去扔一顆戰略的核彈,基本上它飛一次花掉的錢比扔下去的導彈炸彈都值錢。


B2轟炸機

SR71偵察機

針對獵鷹這種火箭,如果想回收也有很多其他問題:
a.為了回收,要增加額外的各種控制和導航空間,導致火箭的設計難度大大提高
b.火箭為了保全,需要留下不少燃料作為後續的「剎車」減速。這對整個推進系統的設計尤其是燃料推送系統的要求極高,要增加很多冗餘設計,風險較大。
c.火箭發射一個重要指標就是推重比,相當於有效載荷(衛星或飛船)所佔比例越高越好,但如果考慮回收,相當於額外的一些燃料和系統設計會佔掉有效載荷的空間,導致發射效率降低。或者是為了達到同樣的發射能力,需要更大的火箭設計。
d.類似太空梭,回收過後的維護尤其對一級發動機的維護,恐怕成本不亞於直接換一個新的了。e.節約成本從本質上講是當發射頻率達到一定數量之後才有意義,比如歐洲,一年恐怕就發射個位數的火箭,就算用可回收火箭,使用頻率不夠,也會使運營與維護成本占火箭發射總費用的比例極大增加。 從這些方面說,不會很大程度節約成本,或者只是成本略微降低。

中國、俄羅斯、歐洲都是依賴於一次性使用,俄羅斯基本上全是冷戰留下的洲際導彈改裝,比較便宜,但目前在國際發射市場的名譽極差,掉了很多星。中國性價比較高,單次發射6000萬美元左右,主要因為咱們的火箭在大批量生產(直接取決於發射頻率),所以單款火箭的研發成本在批量生產後會被逐漸攤平,價格降低。歐洲的火箭質量確實更好,但因為造價高(製造批量很小),基本是咱們價格的5倍以上。

那麼獵鷹的優勢在於:
a.黑科技,就好比B-2和SR-71,雖然很貴,確實是殺手鐧。獵鷹本質上也是一枚洲際導彈,一個可以回收的導彈你懂得,也是一個在大氣層里可以做大規模機動的頂級殺傷武器了。能做到幾乎靜態回收,也就鮮有反導武器能對付了。
b.Space-X畢竟是一家要盈利的商業公司,他們做獵鷹的研發費用只有三億美元,基本上都比其他主流(歐洲和俄羅斯和美國其他火箭)成本低了一個數量級。所以對於美國軍方,成本很低,2008年與space-X簽了12次發射合同,火箭+飛船,總共才16億美元。所以為什麼不投資一次讓他們試驗這種可能會duang一下的黑科技呢?
c. 獵鷹提供了一個極好的試驗平台,相當於超高動態飛行器的複雜控制,能驗證很多最新的技術。加上太空梭帶來的空天飛機試驗背景(題主可以搜一下各種美國的X系列),永遠不知道結合在一起會拿出什麼黑科技來。

所以總體看來,能不能節省99%成本不是最核心的,技術成熟後(20年)如果有足夠的發射頻率有可能大規模節省成本。但其他意義不是現在這點投資能衡量的,這個項目成本很低,但驗證的技術都很高大上,屬於性價比特別高的一個項目,估計要遠超太空梭。

第二個問題,
前面說了,咱們的價格,比如長征三號乙是6000萬美元。這是個很大的優勢,便宜又非常可靠,所以在世界火箭發射市場尤其商業方面有很大拓展空間。

第三個問題,
獵鷹目前的成本是飛船加火箭約1.3億美元,火箭5000-6000萬美元,飛船送貨價格7000-8000萬美元。

題外話:
我國目前火箭最大的瓶頸是推送能力,目前最大低軌(小於1000 KM)推送能力依然不如獵鷹-9。今年Space-X宣布了獵鷹重型火箭,低軌運載能力在45噸,如果增加推進劑交叉輸送技術,能增加到53噸或以上。咱們還沒有到能試驗這種技術的水平。目前SPACE-X的回收水準已經到了10米以內,把一個5倍馬赫速度下來的火箭控制到這種程度,著實不易啊也眼看就要成功了。火箭方面,我們還有不少的路要走。

天朝加油,航天汪需要繼續奮鬥!

希望這些回答了您的問題!

下面是盡量回複評論里的問題,就不一一@了,歡迎大家批評指正。
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@文正提問為什麼需要垂直落在海上平台?為什麼不用直升機低速捕捉?

首先,為什麼在海上?
a. 火箭本身的調整也是有極限的,它不可能直直地朝著一個固定的回收點飛去。而且每次飛行任務也不一定完全重複,例如不同的軌道、不同的分離狀態,所以弄在海上平台,平台本身也可以提前移動到最理想的位置上,歡迎火箭的歸來。
b. 失敗的火箭發射,一旦軌跡出了問題往地面打去就是一枚洲際導彈,落到城市自然影響力不必多說。所以世界各國的發射場有基本的規定,儘力迴避人類聚集區。而對於NASA這種用了很多海邊發射場(比如卡納爾維拉爾角)的,火箭的軌跡是嚴格不許進入大陸區域的,只能往海面發射(這也回答了下面有人問關於為什麼不落到沙漠的)。下圖是個典型的案例,對於一個靠海的發射場,軌跡的選擇。


c. 安全問題,海上畢竟容錯率較高,沒有人住在這裡,就算中途失敗也不會落在陸地上造成危害。
d. 運回來的優勢太大了,輕輕鬆鬆拖回來,比落在某塊陸地上難度小很多。

第二,為什麼要垂直?
很專業的問題,
a. 獵鷹的一級火箭帶有4條長達21米的碳素纖維及蜂窩鋁合金著陸腿,可以理解為四條腿,緩衝作用,站著肯定最好。萬一倒了,因為火箭很重,還是有一定的相對速度,摔壞了或者碰壞了都得不償失,而且基本都會爆炸的(幾次失敗都是倒了就爆了)。
b. 火箭的發動機都在底部,噴射方向沿著火箭軀殼方向,當垂直落地時噴出的能量得到最大利用。否則以任何其他角度來落地,如何使相對速度(比如水平速度)逼近於0?對於一個幾乎沒有氣動調整能力的火箭殼體而言,不可能啊!
c. 如果是其他方式,不管什麼原因,都有可能滾/滑進海里,發動機進水、剩餘燃料外泄、火箭迅速沉入海底,都導致回收沒有意義了。

第三,為什麼不用直升機抓獲?
我只能說太天真了啊!
a. 得用多大的直升機抓起這個龐然大物呢?
最牛逼的俄羅斯米-26改裝版本極限能帶26噸,美國最牛的支奴干改裝版本極限15噸,如果是有效的吊重質量就更小了,吊起獵鷹將將夠用或者不可能(不知道一級回收回來的到底多重,不過獵鷹9空重大概在60噸左右)。
b. 在空中抓住它可能么?答案是必然不可能啊,這就不用解釋了!
c. 在它落地後呢?已經落好了,用船拖回來即可,還用啥直升機?
d. 直升機也不便宜啊,為了回收一個火箭的軀殼部分,用一架支奴干這種直升機(也4000萬美元量級),隨便出點差錯,值得么?

哈哈,所以目前的方案確實已經基本最優了。

@趙雪冰問有了推進劑交叉輸送技術之後是不是可以製造筍式火箭了?
從理論上講,如果能儘快的拋掉多餘的重量(殼體)部分,對於提高火箭的最終輸送能力是直接有幫助的。但也不僅僅是一個推進劑技術能解決的,還有很多火箭製造技術和系統安全工程等問題,不可否認,是一個需要全面研究才能真正執行的大系統。

@胡曉問為什麼一級可回收就不能被反導了?沒有必然聯繫吧
你說的很對,但我的意思是這項技術意味著如果火箭一旦變成洲際導彈(只是把有效載荷的航天器換成戰鬥部而已),他們的火箭將擁有非常複雜的變軌能力,這對目前的所有反導系統都將是個噩夢。

@Wang Luan問現在幾次失敗基本上都是已經垂直降落接近地面的時候突然失控,能不能讓它落進一個網裡?或者像垂直發射系統一樣讓它落回一個有緩衝的發射井裡?
我在帖子最下面已經回答過了,目前的垂直回收是一個性價比最高的技術了。落進網裡的方案我個人覺得也比較靠譜,但不知道為什麼沒做。至於回到發射井裡,就非常不靠譜了。因為火箭為了安全起見(不落入內陸城市),一般都會朝大洋發射。而且控制過程受很多因素影響,比如火箭分離位置、發射軌跡、甚至當天氣象情況,如果用固定的發射井,肯定不如可以移動的海上平台來的划算。
@范輝 也提出了一個鐵架子的方案,我也覺得靠譜,和用網的效果類似。但我個人覺得,如果垂直回收能做到的話,這些都是未來可以直接降低成本的更佳方案。相當於美國人先做成最難得,未來根據實際情況再做優化。

@楊飛問為什麼不能在上面加一個降落傘來減速?
使用降落傘回收會非常受大氣影響,導致火箭的降落地點不能固定下來。而海上平台雖然可以移動,但至少在執行某次任務的時候,它相對於火箭是個固定的點,任務開始前已經固定在海上了,所以當天的氣象情況很容易干擾降落傘。另外,降落傘在某些階段也必須扔掉(載人飛船落地後降落傘也必須自動脫落,否則飛船就給帶著到處跑了),否則會在最後階段有極大幹擾。所以最後還是需要發動機工作來減速。綜合下來,不如完全不用,只依賴發動機工作。

@朱志雄問太空梭的固體助推器也是可以回收的 為啥降落傘減速加直接落海里都可以 獵鷹要用這麼複雜的方法回收?
回收的最有意義的其實是火箭發動機,極其昂貴,並非一些不太重要的結構。比如戰鬥機一般都會掛著副油箱起飛,戰鬥前不管是否裡面有油都會強行拋掉,主要是副油箱和裡面的油真心不值錢。所以space-x也是主要回收下面這一級和裡面的火箭,其他的也不關注了。

@Jan Skrzetuski蘇聯的太空梭基本沒用過是因為暴風雪號在1988年首飛後三年蘇聯就解體了,並非蘇聯太空梭不實用。
這位朋友說的很對,但是即便蘇聯沒有解體:第一,他們如果負擔高昂的太空梭生產和發射成本(參照美國),他們的國力也不見得支撐的下去;第二,他們已經有了成熟的飛船,既然有更優的選擇,太空梭依然會被冷落。


要是只算燃料成本的話,確實是降低了99%。
但是我個人認為綜合起來,不會那麼樂觀,畢竟重複使用前要增加大量的檢測維修環節。畢竟大家應該都碰到過:有時候修一件舊東西,比買一件新東西還貴,對吧?

至於中國發射衛星,隨手搜的:泰國公主諮詢中國照相衛星 解析度0.7米僅10億元


降不了99%,因為沒法比保險保費更便宜。載荷一般比火箭貴幾倍,按95%可靠性也能到20%左右。

。。。上次炸了之後發現給NASA運的貨居然沒上保險在裸奔。。。美國平常幾乎啥都有保險。。。

現在SpaceX一發一億美元,長征略低一點但是受ITAR限制不能賣,只能發射國產星賣服務。


我覺得賬不是這麼算的,Elon Musk的本義是,火箭這麼金貴的東西,燃料成本只佔到了其中的1%,而剩下的99%居然用一次就要扔掉,浪費可恥。而「可以降低99%的發射成本」的概念是,用原來1份的錢做原來100份的事情。但是這1份的錢是一次性使用的成本,要重複利用系統要加強,成本無論如何要比1份多,那要復用100次以上才能達到降低99%成本,這……怎麼可能??畢竟是個火箭啊,工作載荷非常惡劣,而且維護還要花錢呢。

從另一方面想,SpaceX的Falcon9火箭報價幾乎已經是業界最低了,這顯然不是復用帶來的,它現在還沒有復用能力。Falcon9的低成本在於採用成熟工業技術,in-house垂直整合以及批量生產。什麼都架不住把批量搞大不是?將來具備回收能力後是否能夠有效降低成本還需要謹慎的看待。一方面研發這個技術完全是公司內部的投入;另一方面火箭的成本上升,運力下降,需要多次執行任務才能攤薄成本,但同時,要復用越多次會導致成本也會更高,曲線應該是澡盆形的,會有一個達到均衡的點。我記得有人做過類似的研究,可惜一時找不到,等找到了再來補充。


一級火箭已於今晨成功復用發射並再次回收,靜待時間的檢驗。


據說長城公司的跟國內頭頭們吹過牛
說只要長征567都搞定了,現在的234系列生產不用停,直接拿到國際市場上硬打價格戰去……
貨運飛船的單子搶不到,打個第三世界國家用的衛星運力還不夠么……


並不能

所謂99%其實是一種誇張的宣傳用語,一般用於集資詐騙活動中。航天成本並不是發射一顆二踢腳那樣簡單,只計算外殼和燃料錢。

1,眾所周知發達的工業國家如美國,人工費是非常貴的,回收火箭後要想達到新火箭同樣的可靠度,需要投入大量的專業人力去檢修,這裡的成本非常巨大,而一次性火箭就沒有這方面的花費。
又眾所周知航天器是精密儀器容不得半點馬虎,哪怕一顆螺絲一個膠皮墊有問題都會導致發射失敗火箭爆炸,而零件檢查在火箭還未組裝的時候是很方便的,專業人員一個一個檢查就好了,而已經組裝好的回收回來的火箭,你要想深入內部去檢查一顆螺絲釘是否牢固,或者一個膠皮墊是否物理性質合格,很有可能是需要將火箭拆開的。而拆火箭本身就會導致一些火箭零件受到一定的損傷,更別提需要投入大量的時間和人力問題。最終這個回收的航天器,其質量一定是比新火箭差的,其風險也要比新火箭差。那麼這個火箭的保險費用檢修費用就會劇烈上升。

2,回收的舊火箭風險變大不適宜運載貴重的貨物或航天員,只可能用於運載更廉價的貨物,適用性差很多。雖然火箭本身便宜,但如果出現航天事故,損失的將還包括運載物,很多時候運載物可是十分昂貴的,比如先進的商業衛星或航天員。當搭載上述物品的時候,火箭的廉價就體現不出來了。商業衛星和航天員如果一旦損失,對於國家或者衛星的主人來說都是時間上的損失,航天計劃拖延以及間接連帶經濟損失更是難以想像,這些項目更追求安全性,而非運載價格。而很明顯,回收的火箭安全性一定不如新火箭,那麼回收來的火箭只能用於運載廉價的貨物。而廉價的貨物收費也一定較低,那麼回收來的火箭產生的效益一定是遞減的,而且每回收一次,效益都會遞減,反而維護檢修費用是不變的,最終成本和花費會平衡,回收幾次的火箭也就沒有了經濟價值,只能用來拋棄,拆解都太貴,還不如在大氣層燒掉環保。


我就問你,如果載貨,第二次,第三次發射會不會因為材料疲勞產生風險,如果有請把節約的成本至少打個對摺,很多時候貨比火箭貴多了。


作為一個矽谷歧視症患者,我只能說一句:

凡是扎克伯格、馬斯克這些人說的話,你們都不要信。

矽谷加華爾街模式的圈錢模式,是人類社會的災難。

回收火箭殼體的方案,是航天火箭一開始出現就被工程師否定的方案,因為回收的成本遠遠大於拋棄的成本。至於發射衛星讓人人免費上網的情懷故事,你看看摩托羅拉的銥星計劃,算算比銥星計劃多幾萬倍的衛星才能做到這一點。

無線電波的頻譜資源有限。要想用衛星看高清電影,目前的成本是下載一部電影的流量要幾千元。即使在將來,無線電波的帶寬還是不變。所以,馬斯克和扎爾伯格這些傢伙,大體上是沒讀懂過資訊理論和無線電波傳播理論的。

同樣的道理,真空膠囊火車,也是一百年前的發明構思,但是因為在性價比和安全方面毫無優勢,根本是垃圾項目。

至於以特斯拉為代表的電動汽車,出現得比汽油車早得多,在清朝道光、同治年間就在歐洲載客。只是後來隨著石油開採技術的發展而被汽油車淘汰。

還有中國的巴鐵,那也是五十年前被論證為不可推廣使用的美國項目。

所以,不要被這些騙子們忽悠。他們的項目吹得越大,被直接證偽的概率越低,越便於源源不斷地圈錢。一旦上市,就把損失都轉嫁給散戶。

你們得多愚蠢才會相信扎克伯格和馬斯克這兩個商人。


商人們居然只是很保守地說節省99%經費而沒有說通過回收火箭可以額外掙錢已經是相當有良心了。


SpaceX和美國航天
【資訊】:
「航天「芯」動力:今年年底前 500噸級的液氧煤油發動機有望實現最大技術突破」
這個是中國航天發動機山寨俄羅斯RD發動機系列的最新成果,應該是RD120的水平,離俄羅斯的RD180還有一段距離。
但是別小看了這個能力,美國想山寨,好幾十年都沒有解決鈦合金工藝。因此俄羅斯敢給美國圖紙,敢賣RD180給美國,但是卻一直不敢賣中國。
網上有人狂舔SpaceX,但不知道它用的Merlin發動機,要九個捆起來才抵人家俄羅斯的一個RD180……還上火星呢,你逼格那麼高,不如騎自行車上去?
難以輕易超越的RD180
【提問】:
關於那個俄羅斯航天發動機RD180,美國阿波羅登月的土星5號起飛重量能到3000噸,第一級火箭也是液氧煤油的,為什麼現在造不出來了呢?
這個你要問NASA了。
我記得美國空軍說的,如果用NASA的大重力火箭,因為震動太厲害,現在的衛星會在發射過程中損壞,你必須進行昂貴的重新設計啥的,工藝材料都要改進,還不知能不能搞出來。而人家俄羅斯的發動機,啥都不變,物美價廉,幹嘛用你NASA的爛東西?——這個和美國產業空心化毫無關係,在航天發動機上面美國從來就沒有達到俄羅斯的水平。
現在大家打的戰場,就是美軍今後十五年的衛星發射合同,價值7000億美元。去年因為美國國會通過了一個法案,禁止用俄羅斯RD180火箭發動機發射美國軍方衛星,結果去年10月ULA說,老子不玩了——這導致了美國空軍只有SpaceX作為唯一的投標方,違反了當初引入SpaceX,來形成至少兩家競標的競爭體系。於是空軍決定,美軍所有的衛星發射工作全部取消——這樣就迫使美國國會在2015年12月自己修改了法案,但是要求ULA必須給出一個國產化的路線圖。
於是才出現要國產化,希望用藍源的BE4——這個會開始在2019年試驗,或者Aerojet Rocketdyne的AR1。而現在到2020年這個時間段,ULA剛剛買了20個RD180作為過渡。
SpaceX的提議,就是用一級火箭的回收,來降低發射成本。但是SpaceX的安全發射紀錄太差,而RD180現在的安全紀錄是100%。因為如果你失敗一次,要找出失敗原因,恐怕就是1-2年之後再發射——人家空軍會說,這樣導致軍隊的什麼系統無法運轉,導致了發生什麼被攻擊事件, 導致了幾個美軍士兵死亡,國家重大損失……回來一查,人家空軍合同審批官,認為SpaceX不可靠,但是成了唯一的選擇,你國會強制空軍用,結果爆了,國會議員們怎麼收場?而且軍隊的事情,價錢並不是第一考慮,安全、可靠、按時這些因素才更重要。
所以ULA的算盤,就是在SpaceX能夠技術成熟之前,盡量不讓它拿到肥肉,希望它錢燒光。如果BE4和AR1可以成功,當然萬事大吉;就算是不行,也讓SpaceX先死掉。
大概就是這個路數。但是政府估計也不會讓它死,怎麼也要給點湯喝喝的。
SpaceX前途未卜
【觀點】:
「SpaceX宣布最快2018年測試飛往火星」——這個牛逼吹得是有點噁心。
不知道SpaceX的錢燒得如何,NASA補助的錢,花得差不多了。
【資訊】:
根據今天上午(北京時間4月28日)傳來的最新消息,SpaceX周三贏得了一項8270萬美元的合同,幫助美國空軍發射GPS Block IIIA導航衛星。這將是SpaceX首次為美國國家安全部門進行發射任務。據悉,SpaceX於去年5月剛剛獲得了美國國家安全發射的資質。
實際上,SpaceX贏得這項合同幾乎沒費吹灰之力。僅有的另一家有資格從事美國國家安全發射任務的公司聯合發射聯盟(United Launch Alliance,ULA)早於去年11月即宣布退出競爭。ULA在宣布退出時曾經表示,由於自烏克蘭內戰開始以後,美國政府即出台大量制裁俄國的法案,直接導致了該公司重要的火箭核心部件——俄制RD-180液氧煤油引擎難以獲得。鑒於目前RD-180的庫存已所剩無幾,ULA無法提交合規的報價方案。
X

那個關於ULA的內容不準確。美國國會禁令,在12月份解除了,ULA馬上就進口了20台RD180。
如果看到奧巴馬在SpaceX成功回收一級火箭後就打電話給小馬哥慶賀,說明一直是政府在支持。主要是SpaceX的技術路線,就是NASA的,而NASA一直被擺在要被砍掉的位置。
根本上還是要看spaceX的技術方向是否真有用。當初NASA的太空梭,吹的比SpaceX還猛吧,最後發覺不光成本昂貴,而且是慘敗。
【提問】:
井大只是假設吧,沒看到有打電話的報道?
打電話那件事情,有報道。
美軍衛星發射合同的改革任務,一個是盡量爭取替代俄羅斯RD180發動機的國產化;二是在合同競標上面,出現競爭機制。
SpaceX的情況,就是靠美國政府的支持,通過NASA的技術和合同金額,扶持起來參與軍方合同競爭。當國會去年通過法案禁止軍方用俄羅斯發動機發射火箭之後,ULA退出投標,導致了只剩下SpaceX,這個就破壞了第二點。所以去年12月份,國會不得不轉向,允許俄羅斯發動機,但要求ULA拿出替代日程表。
這次華爾街日報出來挖馬斯克的衣櫃,估計給SpaceX的市場資本運作帶來不良影響,於是軍方馬上給了一個8300萬美元、但是在2018年的小合同,來沖淡這個影響。因為真的Space X倒掉,就達不到第二點,除非亞馬遜的藍源發展起來。ULA也不介意留點湯水給SpaceX,來維繫第二點。
但是目前的一個事故流程必須改變,就是當發射失敗之後,你需要花費1-2年時間找出問題,這個期間你不能發射。ULA因為目前為止是100%成功率,而且有兩套火箭系統作為替補。如果SpaceX發射失敗,停掉1年半,那可能就倒閉了——所以這個是要考慮的問題。
要安全,還是要便宜?
【提問】:
這次鋼鐵俠拿到合同是政府給他續命了嗎,還是說拿了這份合同還是沒有用?我被微信知乎上的馬粉肉麻的不行了,馬哥還是破產了讓他們消停消停吧。
這個要回到哲學思想。
一種想法,尤其是俄羅斯的想法,就是一次性使用航天用具,我要保證安全、便宜、簡單、易用;一種就是美國太空總署的想法,我要多次使用、複雜化——結果就是太空飛船 vs 太空梭。
俄羅斯的做法其實比較粗線條,但是人家最後還是搞出來了空間站。美國的太空梭,從廣告的角度來講牛逼得不得了,但是你造一個重複使用的東西,比一個一次性使用的東西,要麻煩很多。尤其是太空梭,如果從太空中考慮返航,突然發現機體外面出現損壞,你又沒法在太空裡面進行修理,那重返大氣層,就只有死路一條了——結果哥倫比亞號,就是這樣悲劇了。所以你重複使用,無法降低維修費用,所以最後太空梭就被放棄了。
其實現在的SpaceX,走的就是太空總署的重複使用的思維方式。當年為了讓太空梭的機翼便於重返大氣層,導致了有效載荷降低;現在為了回收一級火箭,也導致有效載荷降低。而更主要的問題,就是系統複雜性增加,比如獵鷹9火箭,採取了9個Merlin發動機綁一起的做法,已經比Atlas5火箭只用一個RD180要複雜得多;你再加上一大堆回收的功能進去,整個系統越多零部件,那麼出錯的幾率就越高;等到SpaceX的重型火箭出來,裡面是27個Merlin發動機,那麼就更複雜了——這些都會比簡單的系統,安全性下降很多。
這個又回到你的基本問題,你是要安全,還是要便宜?如果便宜的話,這裡降低成本,那裡降低成本,最後就發現某個零部件,是華強北去的了,呵呵……據說美軍幾架戰鬥機,就是這樣掉下來的。
http://blog.sina.cn/dpool/blog/s/blog_521090fd0102wfw1.html?type=-1


當年太空梭吹破的牛逼你們不能這麼快就忘乾淨啊。


額,我記得不是說90%么?怎麼又變成99%了?!


如果核定土星五發射成本,降低99那真是有可能的。
如果按照行業標準-聯盟飛船的千萬級報價,只能靠風投補貼99.6,才能達到成本降低99的目標了。

另,隨便一家靠譜的遠程防空導彈研製生產單位,要搞高度可控的火箭,技術水平都吊打獵鷹,但最終的結果都是發現成本高可靠性差方案是忽悠。


能不能降成本,光嘴上說了不算。如果你馬斯克能把單次發射的收費降為現在1/10,我直播吃翔!


99%?你當回收回來的火箭直接灌燃料打第二發么?你當火箭第二級不要錢么?


獵鷹九號 已經回收再發射並再次回收成功了,距第一次失敗的回收實驗僅僅兩年的時間。那些覺得不可能的人這臉是被打得多疼


SpaceX通過一級火箭重複使用降低發射費用為時過早

http://blog.sciencenet.cn/blog-250445-1042973.html
昨天,SpaceX「二手」火箭成功發射回收,美公司歡呼航天「革命」。 普遍認為,運載火箭的成本很快會大幅下降。 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spacecpac=blog

人們通常喜歡簡單的因果邏輯,Spacex就提供了這樣一個簡單的因果邏輯,通過一級火箭重複使用,成本可以在當前的基礎上再降低一半以上。故事是這樣的,運載火箭的成本95%是硬體,5%是推進劑,一級硬體佔比60%,所以一級重複使用10次,可以降低成本50%左右。

事實上,按照這種簡單的故事思考,經常會遠離事實的真相。航天史上有很多例子可以說明這一結論,這裡重點看看兩個案例。一個spacex在15年前講的另外一個故事。還有一個是35年前,太空梭立項的故事。先看2002年spacex成立時,目標是研製小型運載火箭,將500公斤級的載荷送入低地球軌道,成本降到100萬美元以下。到2007年,spacex研製的法爾肯1號三次發射失敗,最後一次(第四次)取得成功。但是,法爾肯1號再沒有進行過第五次發射了。再看太空梭,35年前立項時,目標是通過二級可重複使用,帶回一級的三個主發動機,降低發射費用,同時提高可靠性到99.9%。35年過去,太空梭項目不得不在2011年終止,一直到今天,美國還沒有恢復載人航天運載能力。30多年,太空梭共發射114次,炸毀兩次,犧牲航天員14名。可靠性只有98.2%,總費用達2000多億美元,平均一次發射20億美元,扣除研製費用,一次使用成本10億美元左右。平均一年發射不到4次。按照中國載人航天10億人民幣運載三人進行估算,重複使用的太空梭運載7人,載人單位發射費用是中國的3倍。總結一下,美國spacex和NASA自己說的故事並不可靠,甚至還很離譜。

下面採用估算方法對一級火箭重複使用降低發射費用問題進行分析。包括spacex故事中沒有明確說明的三個方面,分別是運載能力、人力和研製成本、可靠性。首先需要說明,spacex通過提高運載能力、降低人力成本和提高可靠性,已經實現了成本的大幅降低,只有美國聯合發射聯盟(波音、洛克希德馬丁聯合而成)的三分之一。在這個基礎上,通過重複使用第一級,再進一步降低成本,還會遇到三個方面的嚴重問題,那就是重複使用帶來的運載能力下降、人力成本上升、可靠性下降。

首先,為了重複使用第一級,需要消耗推進劑,使得已經飛到60多公里高,而且還有1.5公里每秒的速度向前飛行的火箭,調轉飛行方向,平穩地降落在回收平台上。這個過程消耗了10噸左右的推進劑,損失運載能力大約30%。第一級火箭的硬體成本也只有1800萬美元,占單次發射的30%。也就是說,如果不重複使用,就可以提高30%載荷重量,兩者基本相抵,單位載荷的發射成本大致相當。

再看人力成本,假設人力300人,每人年工資10萬美元,原來每年10發任務。重複使用導致人力增加30人,材料試驗費用(按照美國航天每人平均50萬美元材料、設備和試驗支出估算)增加1500萬,單發人力和研製成本增加180萬美元,加上原有300人力成本,每發300萬,總計人力成本約500萬美元。問題在於,如果不增加發射頻率(年發射次數),人力成本是無法降低的。這正是太空梭高額使用費用的重要原因之一。

最後估計一下可靠性。當前,spacex共發射法爾肯9號32次,2次失敗,還有一次部分失敗,預計可靠性95%。即二十次發射損失一次,假設衛星成本是6億美元,約是單次發射火箭成本的10倍,意味著可靠性成本占發射成本50%,達3000萬美元。重複使用10次,如果還要保證總體95%的可靠性,一級單次運行的可靠性要提高到99.5%。因此,需要在原95%可靠性工作的基礎上,疊加一輪90%可靠性的不同試驗方法成本(等效為另外一支同等規模的人力和試驗,進行交叉檢查和驗證)。簡單估計,一級原可靠性成本佔30%,約1000萬美元,需額外增加800萬可靠性成本。

在可靠性增長方面,不僅需要物質和人力成本,還需要很長的時間。參考飛機,要成千上萬次飛行試驗。假設火箭重複使用需要1000次,每年20次發射機會,需要50年。考慮到技術進步,預計需要15至20年時間,重複使用技術可以成熟,達到95%的總體可靠性指標。

總結一下,使用當前的技術思路,在不大幅增加發射頻率的情況下,重複使用需要增加200萬美元每發人力和試驗成本用於重複使用技術開發;重複使用第一級帶來的硬體費用減少和運載能力損失費用大致相當;為了保證總體相同的可靠性,需要增加800萬美元每發的可靠性成本。而且,預計需要15到20年的時間,才可以達到主流運載火箭的總體可靠性水平。


節省99%的成本,基本可能確定是扯淡。


在建立大型質量加速器(Mass Driver)前,任何想把發射成本降低99%的行為都可以視為行為藝術


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