spacex火箭发动机 (space x一个火箭多少台发动机)

本期视频传送门:「大小马聊科技17(上)」

话题1、SpaceX火箭发动机有多猛?

话题2、马斯克为啥买推特?

话题3、华为发布会有啥惊喜?

大小马聊科技,用毒辣视角,聊科技热点。

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每周聊三个科技热点,我是小丹尼,我是大卫,我是电动 Emma。

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SpaceX 火箭发动机有多猛?

我们先聊第一个话题:SpaceX 火箭发动机有多猛?

其实这个话题是我们的观众叫麦克与麦兜,在上集节目里评论他点的。

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他看我们这个神秘的东方小组织,每集都 cue 一下马斯克, cue 一下特斯拉。他就评论说我们聊马斯克也不一定只聊特斯拉,也可以多聊聊他的 SpaceX ,包括他的竞争对手:蓝色起源(BLUE ORIGIN),还有外层空间探索之类的技术等等,那我们就今天重点聊聊 SpaceX 。

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我发现自从上集聊完特斯拉 FSD 之后,说大家可以多点点大卫,然后大家都点你的积极性,越来越高了。

大家简直了,连火箭发动机都可以点了。

对,开始点了,大卫你今天准备怎么给大家讲讲 SpaceX 的发动机。

简单来说是从大家能理解的角度,我会先从一瓶可乐你摇一摇之后它如何喷气的开始给大家讲,由简入深。

我先补充一下,大卫,你要给大家介绍一下,之前大家都不知道,只知道你大学读的是材料学,其实你跟这个航天航空还是挺有渊源。

对,我大一大二选的专业是 Aerospace Material(航空航天材料), 在Imperial College(帝国理工)。

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所以经过了两年的学习和训练之后,有一天我的导师找到我说:你将来想干什么?我说我想自己将来做一个企业,我们导师觉得你学航天材料,你还想做企业呐?那你个人英雄主义,你可以学个小的,他就推荐我学纳米材料去了,所以后来我本科最后的degree 其实是学纳米材料,然后到剑桥继续学纳米材料。

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所以就没有再学航天材料了,但这个专业本身其实基础课都是一样的,比如说超级合金呐,空气动力学原理,这些都一样。

那我们正好聊聊 SpaceX 的发动机。你今天准备介绍是梅林发动机(MERLIN)还是猛禽发动机(RAPTOR)?我们先可以给大家简单科普一下。

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【备注:梅林发动机是SpaceX猎鹰Falcon系列火箭发动机】

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【图片备注:猛禽发动机是SpaceX星舰Starship发动机】

这个不分的,从梅林发动机一直讲到猛禽发动机,因为这个其实是火箭发动机的一个小小的进化史,也是 SpaceX 它的技术不断在迭代的一个进化史,或者说是人类整体的火箭发动机,从二战德国的 V2 导弹,到现在 SpaceX 的整个的发展史,这里面我会穿插着讲。

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但是其实 SpaceX 的特点我先给大家剧透一下,大家慢慢听,有四个方式:第一个是它能源的选择方式,为什么它选择了 RP-1 这个东西,我们叫做 Ultra refined kerosene ,叫特别精炼过的煤油,比航空煤油还要精炼过,在能源选择方式,它是从梅林发动机的航空煤油一直最后变成了甲烷,那么这当中是为什么?

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第二个说它的涡轮方式,有的我们叫 Open Cycle(开放循环) 还有叫 Closed Cycle (封闭循环)就是分级燃烧。这个是它的创新点,我会给大家讲一讲。

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还有第三点,就是 nozzle 的设计,喷气管的设计,因为有地平线,水平面喷气管也有真空喷气管,它到底为什么是这样。

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还有第四个我们要计算一下为什么它能做得这么便宜?在性价比方面, SpaceX 不同的火箭,包括蓝色起源(Blue Origin),包括之前苏联和美国有一个横向对比,这里面在对比上有哪些好坏,我会给大家讲一讲,所以是从这四点开始讲的。

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那么在讲 space X 火箭之前,我觉得有必要先给大家做一个小科普。首先在讲火箭之前,大家要有基本的物理学常识。我相信大家都懂的,就是牛顿的这三大定律,

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包括作用力和反作用力。实际上火箭它喷是给了一个作用力,那么它就会有一个反作用力,这个我相信绝大多数人都懂。

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那么这里还有一个概念就叫做宇宙速度。就是什么叫宇宙速度呢?就是指这个物体它从地球出发,要脱离地球的引力,它所拥有的最低速度。这个速度是 7.9 公里每秒。

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听起来还是很快的。那么还有一个物理学概念叫做比冲。什么叫比冲呢?翻译的直白点,就是:一千克的燃料推动一千克的物体能走多少秒,这是一个比较关键的指标。

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航空发动机就是我们说的 Jet engine 喷气机,它的比冲是 3000 秒,液体发动机一般是 450 秒,固体发动机是 250 秒。

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那为什么航空发动机 3000 秒的比冲,我们不用航空发动机呢?因为这里还有一个前提就是它是在大气层之内,它不需要自己携带氧气罐。所以无论是液体火箭(Liquid-propellant Rocket)还是固体火箭(Solid Rocket),这里面比航空发动机要多了一个氧气瓶,大家可以先这么记下来。

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对,航天工业有句话:火箭的原理很简单,但火箭的工程非常深奥。所以我想听听你说具体的,比如说你刚才说的 SpaceX 为什么会选择现在选择的这种能源?

我们都知道,比如说一个火箭,它几乎是没有办法在中途补能的。你燃料本身的重量又需要克服重力,所以它最后为什么会选择现在用的这个?

简单来说,这个选择能源方式实际上挺有意思的。我们如果列一个表,它上面有各种的优劣势,那么通用的航空燃料有什么呢?一个就是 RP-1 ,这个就是 highly refined kerosene 大家把它理解为这个 RP-1 是高纯度提炼过的航空煤油,而航空煤油是高纯度提炼过的煤油,而煤油是高纯度提炼过的柴油。

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在它整个精炼塔当中,它是最顶端,所以是非常非常贵的。那么还有一个燃料,大家肯定都理解的,就是氢气,氢气其实是热值非常非常高的,而且顾名思义它很轻。

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那还有一个燃料就是甲烷。那么在这个选型当中我们考虑几个点。首先我让二位猜一下,density 就是密度,是谁最低呢?

我觉得煤油应该是最大的。

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煤油肯定是最大的,那最低是谁?我其实刚才已经提示了。氢气

对,氢,所以它们的密度相差 10 倍,氢气实际上是 70 克 1 升,而 RP-1 是 813 克,800多克一升,所以你看到这里面就觉得哇!这个密度差异,所以这个时候你会偏向选氢气。

好了,那还有一行,看第二行,就是你相同燃料消耗的氧,这个时候就反过来了,1比例的氢要消耗 6 个比例的氧,而一个比例的 RP-1 只消耗 2.7 个比例的氧。

这个时候感觉天平又往左边了点对不对?你消耗的氧又少了。

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那还有第三个,第三个就是一升的氧气,它的体积对应的是多少升的燃料呢?这时候表格上列出来就是 1 比 0.5 是 RP-1,1比 0.7 是甲烷 1 比 2.7 就是氢气。所以这个时候天平又更偏向左边了,就更偏向 RP-1 了。

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那么还有这里面,再往下就是燃油效率。比如说比冲,RP-1 是370,370秒,氢气是 530 秒。天平又往右了一点。

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那我们再看这个储藏的时候难易程度,RP-1 是 490开尔文,相当于我们在室温下面,它已经是液态状态了,而氢气是 20 开尔文,这都快接近绝对零度了。所以在室温状态下,它是气体,要把它变成液体需要很大的加压和密闭,包括冷却系统。

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所以这也是为什么你有时候看火箭发射的时候,尤其是液氢液氧发动机,它上面一飞起来开始掉渣儿,它不是掉渣,它是液态的氢气太冷了,它把周围空气中的水蒸气冻住了,所以那个冷凝水变成了冰,往下掉渣。所以不是像我们说的看到一个火箭怎么感觉掉皮了,不是,那就是掉的冰。

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那么在这么多优劣当中,我们最后选的 RP-1, 因为总的来说它对一个火箭的体积,它的燃油效率各方面还是一个不错的。所以才选了这个,我给大家贴个图:

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就是同样的火箭,用 RP-1 和液氧的比例和液氧和液氢的比例,这个燃料罐它都是反过来的,一个是很少的燃料,很多的氧气,还有一个是很多的氢气(燃料),很少的氧气,所以这就导致它配重不同。

那这样的配重不同其实会导致它整个火箭的 fuselage(火箭机身), 火箭的主体结构,它设计上也会有很多的不同,所以这个就是它能源选择方式。那么刚才我说了这个是梅林引擎,梅林引擎选的就是 RP-1 又便宜,然后经济性又好,比冲不是特别低。

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那为什么猛禽引擎不选择这个呢?有两点我提前可以剧透给大家,因为这个后面讲分级燃烧还会讲到:第一个是这个火箭是要去火星的,那么宇宙里面唯一能人类自制的燃料,就是甲烷和氢气,航空煤油在任何其他地外行星都没有。因为地外行星没有化石燃料,没有化石燃料就没法提纯。所以才有一些公司专门去做如何在地外行星或者是空间之内合成氢气和合成甲烷。

我之前还看了一篇 UC Irvine 的学校,它写了一篇 paper (https://news.uci.edu/2021/01/04/making-methane-on-mars/) 特别逗,是如何在火星上制甲烷,就是用单一催化剂。

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所以马斯克这个团队是想得很清楚的。既然这个火箭要去火星,它必须是在地外能补充燃料的,那必须能补充的是人类能自制的燃料,所以这个时候就把 RP-1 直接砍掉了。

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那在甲烷和氢气之间如果再做选型的话,毫无疑问就会用甲烷,因为它经济性更好。甲烷是一个甚至我们可以用农业的方式把它种出来,然后再人工合成的这么一个燃料,所以它经济性确实很好。

还有第二点为什么不用 RP-1,因为 RP-1 它燃烧的时候会焦化,燃烧不完全它会积炭,就像人的血栓一样,这些血栓积碳的东西在引擎的管道里面,最后堵住就会容易引起爆炸。

所以这也是为什么前苏联的时候做这种分级引擎,它经常会爆炸。所以那时候苏联人就开发了一个新的模式,就是分级引擎,但是氧化剂过多,我们叫做 Oxidizer-rich ,氧化剂特别多,来把它焦化的燃料,就是燃烧不完全的燃料继续燃烧,用这种方式来做的。所以它能源选择的方式不同。

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因为之前大家理解 SpaceX 比较厉害的一点就是它使用这种火箭可回收的技术,这样的话能把它的火箭发射成本压得非常低。

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经过大卫刚才的介绍,我们感觉它不只能把这个成本压下来,除了在可回收技术上的发展比较快,另外火箭燃料方面也有它独特的创新,除了这些燃料还有一些其他的创新吗?

有的。那么梅林引擎是一个在原理上比较简单的,我给大家讲一下吧。大家喝可乐的时候,先把可乐摇摇摇,然后你一开这个瓶盖儿会怎么样?嘭!不就喷气了吗?对吧,就喷气了。那这是为什么呢?

是因为首先它有糖水作为承载物,其次它还有压力。那压力怎么来的?压力来自于它里面有二氧化碳,那你摇一摇这二氧化碳就有了,就把糖水喷出来了,这就是作用力和反作用力在可乐瓶上的一个体现。但是这个压力不会一直有,因为可乐里面所含有的二氧化碳是一个定额的定数,所以可乐瓶不会一直喷下去。那这个时候怎么让可乐瓶继续喷下去,那我们可以给它加一个二氧化碳的罐子,这就是像有的地方做啤酒,啤酒旁边有个二氧化碳加碳的罐子,这就是保证每一个啤酒经常是有沫儿的,有泡的,所以旁边有一个罐子。

那么啤酒和可乐和香槟虽然都有气儿,但是密度不同,所以同时摇着三瓶饮料,你会发现它的喷射高度不一样。所以这个叫喷射高度不同,大家可以理解为不同的饮料,它的比冲不同。 YouTube 上有很多手特别欠的小孩,他经常拿 Mentos 蘸可乐,然后直接就喷了,

他们会做很多比例, Pepsi coke 和可口可乐,还有其他加了二氧化碳的饮料,到底谁喷的远一点,大家有兴趣可以去看一下。

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那么引入这个话题就是告诉大家,既要有氧化剂,还要有燃料,这两个加在一起它才会源源不断的燃烧,然后往外喷。那么压力这个东西不会一直有。所以我们会在这两个可乐瓶,比如说一个可乐瓶是助燃剂,一个可乐瓶是燃料,没有压力怎么办?我们会给它人为加一个泵,相当于这个泵把瓶子内的燃料和助燃剂抽出来喷射出去。但是你想一个火箭你要加一个泵,那这个泵的燃料来自于哪里呢?

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所以这个时候我相信观众朋友们和二位肯定会想,那怎么利用自己本身的机械性来把它抽出来,所以特别像什么呢?特别像燃油汽车的涡轮增压,我不知道小蛋泥你了不了解涡轮增压的原理,这里我可以简单讲一下,大家一下就明白了。

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涡轮增压就是把汽车排气管当中的尾气或者说发动机的排气直接怼到了一个涡轮当中,它很热的废气带动了涡轮去转。而这个涡轮跟另外一边的扇叶是共轴的。那另外一边扇叶,就是另外一边的涡轮其实是把新鲜的空气压缩到了发动机里面,所以这就是一个开循环,我们叫 Open Cycle。

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大家明白了吗?这就是梅林引擎当中的压缩机的原理。就是你有一个燃料和助燃剂先燃烧,燃烧之后开始带动涡轮,涡轮又带动了你共轴的另外两个泵,把氧气和燃料同时打出来,所以这是个很巧妙的设计。这就是梅林引擎或者说早期的火箭引擎的方案。

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我之前去德国科技馆,我就看到了最原始的V1 导弹,后来还看到了V2 导弹,就是大家小时候玩红警的时候,应该知道 V2 导弹长什么样。

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这个 V2 导弹的总设计师叫做冯布劳恩,这个人本身就是非常传奇。而且我大一时候的演讲比赛,讲的就是这个冯布劳恩和他的 F1 引擎。

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因为他是后来从纳粹德国,被美国相当于俘虏了,他投奔了美国,到了美国。他后来是 NASA 登月计划火箭的主设计师,这个人非常非常传奇,当时美国人抓他的时候他才 33 岁,非常年轻。

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那么 V2 导弹当中的主要原理,就是刚才我讲的Open Cycle,既有燃料又有液氧。那这两个是如何快速合并在一起,并且还能有一个泵,就是这个原理。

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实际上早期做火箭发动机的这些人都是做 Jet Engine 的,就是做喷气机的。

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大卫刚才讲了挺多技术的要点,可能如果大家只听音频的话,不一定能完全理解,不用担心我们会在视频版里贴一些图,辅助大家去理解。

另外我们可以再聊一聊,SpaceX 它造火箭的思路方面,其实是跟传统的比如说 NASA 或者俄国的造火箭有什么不一样?因为我看了他们说这个 SpaceX ,是跟这个像美国宇航局的思路体系是截然相反的。

比如说美国宇航局,他们都是比如说先在纸上解决所有问题,然后把各种情况都想到了,然后再去发火箭。而 SpaceX 其实有点像互联网公司小步快跑的感觉,它通过每一次发射每一枚火箭,都把它当成自己一次改进的机会,这一点是不是也是非常不同的?

对,马斯克手下,他们 SpaceX 的 CTO叫托马斯穆勒(Tom Mueller),然后我看了他的介绍,这哥们也是个传奇。其实每一个导弹大牛都是从小玩玩窜天猴长大的,无论是冯布劳恩,还是前苏联的导弹专家,叫做希尔盖克罗利奥夫。

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我每一个人的自传都看过,因为那时候我做演讲比赛要选一个火箭大牛来讲他的技术。单纯这两个人就是克罗利奥夫和冯布劳恩都可以讲好几集了。

这个克罗利奥夫居然在西伯利亚挖土豆挖了十年,因为他好像说错话了,然后斯大林不喜欢他,就把他发配到西伯利亚挖土豆了。等把这哥们抓回来,他两个腿都不会走路了,你想想他是受了多大的磨难。但是他从小就造火箭,真的是这样。

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托马斯穆勒也是,如果大家看他的纪录片,他们家里是伐木工家庭,他上大学的兼职是伐木工。当然这些人本身动手能力都很强,他自己做了各种型号的火箭,从桌面级的一直到跟房子一样大的,他都自己做的。

所以我就说,这种一般火箭大牛都是从小玩窜天猴长大的。

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马斯克他招的 CTO 基本都是从小搞那个。比如说特斯拉之前的 CTO ,他也是从小自己造电动版的保时捷,把它改造了,所以这个 Tom Mueller 也是一样的,也是从小他就自己造火箭。

对,他提出的一个敏捷开发叫 Rapid Design, 因为他觉得之前的火箭都是在纸上去试,然后做各种模拟仿真,他觉得为什么不直接造一个火箭不停地试呢?

但是严格上说他造的火箭是比 NASA 的要小很多,它的尺寸比较小,它所验证的都是验证原理,包括材料选型等等,这个倒是很好的。

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其实如果每一台引擎都像土星 5 号 F1 引擎那样,给大家贴几个图。那时候我去肯尼迪航天中心专门去摩拜 F1 引擎。这个引擎有多大?真的是一个引擎就跟一个小别墅一样大,特别夸张。

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你想它如果每个引擎这么大,你再有钱,家里有矿,你也不能天天敏捷开发,拿这个来爆。梅林引擎是一个比较小的引擎,所以为什么叫 Falcon 9 猎鹰 9 号,实际上是因为猎鹰 9 号绑了 9 台梅林引擎。

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对,我们这里给大家先科普一下,刚才大卫说了这些造火箭的从小都是玩窜天猴长大的,小时候玩窜天猴,长大了就玩火箭,他也是一步一步迭代起来的,就像刚开始 SpaceX 时候,它先做的 Falcon 1, 就是猎鹰一号,绑了一个梅林引擎。之后它又做 Falcon 9, 绑了九个梅林引擎。后来 Falcon 9 也是迭代了好几版,v1.0,v1.1, v1.2 什么的。

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后来还做了Falcon Heavy, Falcon Heavy 其实有点像乐高把那几个猎鹰 9 号又绑起来。之后做了 Starship(星舰),它其实最早是叫 BFR , Big Falcon Rockets 叫大猎鹰火箭,后来又改名叫 Starship 星舰,它就是用的猛禽发动机,我觉得这个也是改变了大家对 SpaceX 的一些看法。

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我感觉之前大家看 Falcon 猎鹰火箭的时候,都感觉它其实是那种像把 NASA 技术平民化的感觉,用比较低成本的方式能实现同样功能。但后来我觉得开始做星舰Starship 的时候,它的一个一级火箭有 37 台猛禽发动机,单推力就是 200 吨,这个就相当于开始做升级版的了。

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我觉得猎鹰有点像 Model Y Model 3,星舰 Starship 就有点像 Model S 或者 Model X 甚至是 Roadster 这种级别的。所以它跟特斯拉是反过来的思路。它是先做一个便宜版,印证了市场先能赚到钱,先要能赚到钱才能养活后面的。

所以回到 SpaceX 梅林引擎,它确实设计很简单,而且它尺寸比较小,它用的就是我们惯用的,大家理解为 Open Cycle 这么一个主引擎,旁边还有一个小引擎。

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那它有很多缺点,就是这个小引擎它一直在冒黑烟,因为它用的是煤油,那么煤油燃烧不完全就一直冒黑烟,但是带动的是主燃料室上面两个泵,刚才原理我已经讲过了,但这种 Open Cycle 的方式实际上在经济性上是比较差的。

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大家想一下,如果火箭就这么大,燃料又很贵,然后你为了给泵驱动,所以导致燃料和助燃机被大量浪费,那是很不划算的。

所以这时候前苏联开发了一个引擎,这时候我就要给大家引入一个叫分级燃烧的概念了。什么叫分级燃烧呢?大家可以理解为先预燃了一遍,然后再把这些燃烧不完全的再喷到主引擎里再继续燃烧,这样预燃室带动泵的这部分燃料就不会被浪费掉,这个就是苏联人的火箭之路。

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苏联人的火箭和美国人的火箭在美苏冷战的时候最大的不同就是苏联人采用的是分级燃烧,英文叫做 staged combustion cycle ,有 Oxidizer-rich 也有 Fuel-rich ,这两个概念分别是你是燃料过多还是说助燃剂过多。

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那么美国用 Open Cycle ,所以梅林引擎实际上是一直延续了美国火箭发动机的设计思路。

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但是真正到了猛禽引擎,它就做的是 staged combustion ,我们说得更夸张一点,它叫全流量分级燃烧循环。这个是人类历史上目前能实现的燃烧效率最高的引擎。我可以给大家再讲一讲为什么它要这么做。

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首先我已经讲了 Open Cycle这个设计会浪费很多燃料和助燃剂,那么我们能不能把 Open Cycle 喷出来的黑烟直接怼到主燃烧室里呢?答案是不行,因为燃烧不完全会导致积碳,就像我刚才讲的像一个血栓,而且火箭引擎它管线压力又很高,温度又很高,一旦堵塞了马上就爆炸。所以这时候 Closed Cycle 就是分级燃烧,是先让一个预燃室,比如说氧化剂氧气特别多,氧气多了,它就会把这些燃料完全燃烧,浪费的氧气再放到主燃烧室,还有一种燃料非常多,那么燃烧不完全的这部分燃料再推到主燃烧室。

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但是无论是 Oxidizer-rich 还是 Fuel-rich ,这两种设计方案都会无形中对氧化剂和助燃剂造成相当多的浪费。

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因为火箭它确实是,你的比推就摆在那里,往上装一点东西,它的价格核算都是非常非常贵的。那么 SpaceX 就说,那我能不能精准的控制每个预燃室的燃烧比例,就是它既有 Fuel-Rich 的泵,这个地方要精准地控制比例,还有一个 Oxidizer-Rich 的泵,这个地方也要精准地控制它的比例。

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因为如果不够精准的话,首先会造成燃料的浪费,其次会造成它过热,过热实际上也是火箭最麻烦的一件事情,没有一个金属能抵得住这么高温高压的温度,差不多要将近 3000 摄氏度了。那么它在精准控制比例之后,就等于说两个预燃室,这两个预燃室烧完了之后再推到主引擎,这就是 Full Flow 的原理就是全流量分级燃烧。

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大家可以理解为全流量分级燃烧,就是之前我讲的 Closed Cycle 的进化版,也是苏联引擎的超级进化版。因为苏联人其实一直在做 Full Flow 一直没有做出来。

反正我觉得 SpaceX 通过这些技术最终实现了,成本压得很低,它不只是对比NASA 还是对比蓝色起源,亚马逊(贝佐斯)的蓝色起源,其实也是有成本优势的。比如我看美国,它要在 2024 年实现载人的重返月球任务。

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其实也是把一个大单都给了SpaceX,蓝色起源还不是很高兴,还起诉 NASA 为啥给SpaceX这个单。

但其实后来原因也很简单,就是同样的任务,SpaceX 报价也就 29 亿美元,但是蓝色起源就要报价差不多 60 亿美元,其实有一倍之多。所以整体来说的话, SpaceX 无论是技术还是通过技术达到成本的节约,我觉得都还是非常领先的。

而且我觉得媒体很多会说 SpaceX 有什么黑科技。但其实我之前写书时还采访了蛮多航天航空界的从业者的,他们觉得 SpaceX 最大的突破就是成本下降,他所有的所谓创新都是为成本下降来服务的。

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之前我的认知,我作为外行一直是以为 SpaceX 厉害的地方有点像硅谷的,是通过技术的变革。但其实我感觉 SpaceX 更多的是有点像我们中国企业家的思路,它重点是研究怎么降低成本,是靠那种 incremental innovation 就小步快跑的创新,而不是那种很黑科技,技术上的大变革实现的创新。

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对,因为梅林引擎的原理实际上说实话真的不难。当然我们这里讲不难是有点站着说话不腰疼。但是它的基本原理在 1960 年代,阿波罗登月的时候, Open Cycle 的设计早就被验证过了,所以它只是把它做便宜了。

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而且这里面有一个关键指标叫做 reusability, 即可重复使用性, 这里给大家贴一个表,梅林引擎的可重复使用率是在 10 次,猛禽是在 50 次,蓝色起源在 25 次。但是我们看单价,梅林引擎是低于 100 万美金一个,猛禽是将近 200 万美金一个,而蓝色起源这个 BE-4 是 800 万美金一个。

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但是大家如果对这个概念不是特别了解的话,我再给大家贴两个图,就是当年阿波罗登月的时候,这一个 F1 引擎是 3000 万美金一个,而且只能用一次。

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苏联人的那个 RD-180 是 2500 万美金一个,也是只能使用一次。所以这么比下来,这简直是小数点后面两个 0 的降本。

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这里我们也推荐一个油管的大 V 叫 Everyday Astronaut 。

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在国内比如 B 站也有一些搬运的视频,大家也可以看一看,他们那个主持人叫 Tim Dodd,我感觉有点像美国版的Tim,影视飓风的Tim。

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如果你想了解航天航空的话,包括 SpaceX ,他是有点马斯克小迷弟的感觉,大家可以去看一看 Everyday Astronaut 这个频道。

美国有两个很出名的叫 Tim 的小迷弟,一个是Tim Urban,一个就是 Tim Dodd。

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然后我感觉 SpaceX 对航天航空的贡献不止于在技术方面,也是在于这个时尚方面:航天服的设计。

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马斯克和一个时尚设计师然后一起一起搞的,明显感觉潮了很多,那个时尚设计师,他也是给《蝙蝠侠》《金刚狼》做服装设计的。

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它的服装是仓内使用的,不是仓外使用的。所以仓内使用,它可以改变的地方还是挺多的。如果仓外使用的话,就要严格遵循protocol ,那些设计规范了,就可能改变不是那么多。你像头盔做得就非常科幻,这是仓内使用的,如果仓外的话不会做成这么科幻的。

包括马斯克,他运这些航天员的时候也是夹带私货,一直是用他的 Model X ,也是给他的特斯拉做了一波宣传。

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还有他把太空发上去,他自己的 Roadster 车,每次也是给自己特斯拉有点带货的感觉,做品牌的感觉。

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就是做了很多很讨巧的设计,比如说那个发射塔的设计,还有最后Falcon 9 回到地球,它做了一个 barge (驳船),什么叫 barge 呢?海上漂的飘子,这个漂字的设计它能保持动力定位,在海上不动,这也挺有技术的。上面还写了一句话,Of Course I Still Love You 就特别搞笑,特别感人。这火箭回来了。

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对,还有它第一次给 NASA 运东西到太空站,除了给 NASA 运它们要运的那些东西之外,还夹带私货,带了一箱的冰淇淋。给那些航天航空人员吃。所以他是让整个火箭发射都变得更有趣,更酷更有人情味。

还有他的航天员不是自己带了孩子的亮片恐龙,这个网红恐龙,也是卖得特别好,反正就更时尚更有人情味。然后让更多人关注航空航天领域,我觉得这也是非常大的贡献吧。

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我刚才讲降本的地方有一个很重要的点忘讲了,给大家补上:如果大家看过阿波罗登月的土星 5 号火箭的话,会发现它分了三级,每一级引擎是不一样的。比如说主引擎,就是 F1 引擎是液氧煤油的,然后到 二三级就变成液氧液氢的了。

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那么 SpaceX 的 Falcon Heavy 它其实所有的火箭引擎都是一样的,只是喷气管不同。所以这里面有一个概念就是给大家科普一下。

这个喷气管它分为两种,一种是地平线发动机,还有一种真空发动机。

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那为什么是这样呢?因为我们在地平线的时候,外界的气压是一个大气压,那么这个气压会导致我们在设计 nozzle (喷气管)的时候,如果让它垂直往下喷,它打到平流层和以上的时候,它就不能保持垂直了,就有很多喷出来了。因为外面的气压低,就像伞一样把它喷出来。

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但是一个合格的引擎是需要所有的燃料,喷出来时一直是垂直状态的,既不要窄也不要宽,那么这个时候要通过改变喷气管的设计来改变它。所以这个 Falcon 9 它有两个引擎,一个是低平线引擎,还有一个是真空状态的引擎。那么整个在 Falcon Heavy 的这么多引擎当中,它引擎的设计原理都是一样的,就是排气管不太一样,这个也是跟别的火箭很大的一个区别。

说起这个降本,我记得之前还采访过一位 SpaceX 的前员工,他就跟我说了一个非常匪夷所思的 SpaceX 省钱的方法。

比如说传统的像 ULA 这样的航天大厂,他们的设计冗余度比如说会按照150%这样的标准来设计。但是 SpaceX 它在很多不是核心区域的设计,就认为冗余够用就行,他们就追求最佳的性价比,所以他们是夸张到什么程度?

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比如说在他们设计初代龙飞船的安全带的时候,传统的公司都是会特意去造出宇航员级别的专用安全带。他们的逻辑是,因为那个发射速度不是我们任何在地球上的运动可以比的,但是SpaceX 的工程师,最后他们是选择了用现成的民用赛车安全带来试一下,这其实也是特斯拉工程师的建议。

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我之前也是说过,特斯拉Design Studio 的设计总部就在 SpaceX 旁边,所以员工互相有什么问题都经常串门,然后一起头脑风暴。所以SpaceX 的工程师就真的上了赛车用的安全带,测试之后发现真的能用,那他们就用了,这样就省下了很大的一笔专门为宇航员级别开发专用安全带的成本。这样的事情比比皆是。

所以他们的设计很简洁,你如果仔细看里面它都是触摸屏,这个也是之前很少有这么做的。无论是苏联还是美国航空航天局都不会说完全做触摸屏的。

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而且盆椅的设计应该是 Tesla 的员工有帮它做设计。

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是的,所以行内人就说,与其说他们在技术上做了多少创新,不如说他们其实是在思维上的创新。

你知道为什么那个椅子是做成盆状的?叫盆椅,很简单,你如果竖着坐的话,坐在那个赛车椅子上。你想要以几倍重力的加速度离开地球,那么如果人是垂直状态下,头部会缺血,而大腿上全是血,所以盆椅是让你躺着坐,就保持你头部和全身的血液基本上是在一个 level 的。

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那之前不是这么做的吗?

之前也是,但之前的盆椅设计都是,找几个照片你看一下,阿波罗登月仓里面那些盆椅设计都是啥样子。

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这个东西是我高中的时候,我们高中物理老师特别发散,每次让我们做一些小的演讲, 那个时候我记得太空人杨利伟刚刚进入太空,我们高中老师就说你们每个人选一个今天新闻上看到的图片讲一讲,所以有的人就选了这个椅子,有的人选了航天服,有的人选了喷气管。

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