转邱贞玮：马斯克对我国航天火箭路线的影响！

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问：能谈一下马斯克对我国航天的影响吗？对比了龙乐豪的前后发言，感觉国内航天受的冲击挺大的，发展路线都变了。// Space X的B7最大推力7000多吨，是长征五号的七倍！甚至远超中国航天规划中的重型火箭。而且B7是一个不锈钢筒子加几十台发动机并联，结构灵活成本低廉，这让航天口的几个研究院汗颜啊。感觉马斯克这个是个正确路子啊，为何中国航天动作这么慢[color=rgba(0, 0, 0, 0.901960784313726)]
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二战后航天领域发展之初，要么是出于军事目的，例如美国国家侦察局的间谍卫星；要么是出于政治目的，例如美苏登月竞赛的阿波罗登月项目；要么是出于科研目的，例如美国航空航天局的深空观测；总而言之，这些都可以归为国家航天。冷战后因为对抗需求减少，航天经费投入减少，以盈利为目的的航天活动逐渐占据主导地位，这些属于商业航天。

国家航天的特征是较少考虑投入产出比，而主要考虑其他因素，于是各方在其中的各种诉求无法压制。而商业航天就很纯粹了，各方都只考虑是否能挣钱，挣多少钱，各个参与方都有统一的衡量标准。这一区别与技术、技术能创造的供给、供给能满足的需求等因素结合，导致了传统航天集团与新兴航天集团的差异。

航天事业发展早期，技术当然比较落后，于是提供的功能种类少、能力弱、价格高，例如早期通信卫星只能搭载几个十几个转发器，满足几路电视信号直播。通信能力弱、半导体设备价格高导致有实时联系需求的人群较少，无法提供大量资金。能获得的资金少导致对通信卫星的需求就少，于是对运载火箭的需求也少，没有那么多发射次数。发射少导致火箭和卫星的价格都很高，于是需求提不起来。这种各个要素相互激励、相互制约、互为前提的循环就是超循环，是一切复杂事物发展的基本过程。



图：俄国福音同步轨道通信卫星，重约3吨，装有80个转发器，2017年首次发射。放到20年前，卫星装18个转发器就很多了，重量也得翻倍才行。

既然东西贵而且少，所以主要是不差钱的国家尤其是军队来采购，再加上有钱且必须实时通信的电视台、银行、跨国公司等大金主。因为需求少且进入门槛高，所以不会有多少供应商，实际形成了联手垄断的格局。既然客户不差钱，那么垄断市场的研制方自然没有必要为客户省钱，用客户的钱搞自己的事业才是最佳选择。

火箭最能体现技术能力的指标是有效载荷的比例，也就是送入轨道的卫星重量与火箭起飞重量的比值，这个值越大越好，一般在1.5%左右。比值高就说明技术能力强，于是值得拿到更多科研经费和院士名额，这就是清贫且不求名利的航天工程师们的唯一追求。

要提高比值，就需要采用更轻的材料做火箭壳体，上高压燃烧复杂循环发动机，用万里挑一的航天级设备器件……总之一切都要最好的。既然最好，那当然也最贵，但是既然大金主们不在乎钱，降低10%的价格、减少50%的利润也无法增加50%的市场规模，那当然是贵的好，便宜了才是脑子有包。


图：航天技能人员正在操作全自动上架点胶机。因为卫星和火箭昂贵，所以要求很高的可靠性，于是器件按可靠性分出消费级、工业级、汽车级和航天级四种，同等性能下航天级的价格是消费级的几百几千倍。

冷战后随着半导体、通信、互联网技术的持续发展，事情逐渐从量变达到质变，最关键的一点就是电推进普及。地球大气层厚达几千千米，距离越远就越稀薄，对卫星的阻力也越小。卫星受阻速度下降，轨道高度就会逐渐下降，调入更稠密的低层大气，于是阻力更大……传统卫星靠化学推进器维持，因为比冲低，必须携带大量燃料才能在高轨道维持几年寿命，低轨道的话飞一周就得消耗高轨道几个月甚至几年的燃料。

1990年代电推进开始普及，1999年首次成为主推进器。它的比冲比化学火箭高得多，于是需要的燃料极大减少，过去10吨的高轨道卫星里包含7吨燃料，寿命约为10年；现在只要1吨燃料，4吨的卫星就可以在低轨道维持同样的寿命。

轨道高度下降，使卫星与目标的距离更近，于是图像拍照、雷达探测、通信转发的技术难度大幅下降。重量和技术难度下降，同时半导体技术进步，使卫星的价格、重量和发射成本极大下降，于是原本用不起的用户也开始买得起卫星服务。


图：国际上通常将80千米作为航天器最低门槛，但卫星轨道通常高于300千米，就是为了规避稠密大气的阻力。贸然下降到低层大气，卫星就会像重返的飞船一样摩擦发热燃烧，直到彻底烧毁化为灰烬。

20世纪末到21世纪初，同等能力下通信、气象、测绘、侦察卫星的价格大幅下降，越来越多的用户开始买得起，于是采购量越来越大，这又增大了对航天发射的需求，进入相互促进的良性循环，商业航天开始成为市场需求的主力。

为了满足商业需求，就是在2006这一年，中美都兴起研究复用火箭的浪潮，试图以此降低发射成本，马斯克的太空探索技术公司就是此时成立的。他的猎鹰火箭降低了发射成本，于是支撑得起星链项目，星链如果能成功又可以为猎鹰提供更多发射次数，这就是双赢。至于星链行不行，那就是另一个话题了。

火箭复用的路线有好几种，这种具体技术路线选择没什么好讲的，传统航天集团为什么不把这条路作为重点才值得说。美国发射联盟成员洛马、波音这些大公司就是典型的大企业病，每一个岗位都被绑在利益链条上，想要走别的路线就必然抛弃现有路线，也就是抛弃现有利益集团，当然会被他们抵制。反正公司赔钱是公司的事，自己分钱可是自己获利，公司倒闭和自己又有什么关系呢，又不是公司老板。

中国还有一点额外的问题，190年代我国被禁止发射包含美国技术、零件的卫星，基本赶出了国际商业航天市场，参与不了市场竞争。既然没有竞争需求，那么一家独大的公司大概率不会有改进动力，也就不在乎降不降价。直到国内商业航天公司兴起，并且逐渐有了可用的火箭，他们才真正有了压力。


图：很多人有个错觉，就是科学家越老越厉害，但实际上天才们基本都是在30岁左右就取得了自己一生最重要的成果，晚也不会超过40岁，这是有统计支持的。爱因斯坦26岁创立狭义相对论，36岁创立广义相对论，一直到76岁死去也再没有同级别的成果。指望老院士能搞出开创性的成果，这违背了人类历史，是不可能成功的。


图：歼-10的飞控是杨伟院士搞的，歼-10技术冻结那年他31岁，首飞那年35岁，服役那年41岁。原子弹爆炸那年，于敏38岁。工程师这种更吃经验，更需要社会协作的领域，天才们出成果的年龄肯定比强调单打独斗的科学家更晚些，但具备相应能力的年龄也不会多晚。30岁左右的年轻人才是创新的核心，60岁的老院士不是。

国内重型火箭长征5、长征9之前只考虑大卫星、登月这类国家航天的需求，对商业航天考虑很少，所以大概率走老路线，对降低价格所必需的回收-复用不屑一顾。幸好这期间马斯克取得了巨大的成功，国内跟着星链上巨型卫星星座，这才逼得航天系统不得不创新发展，在长征9的规划上改弦更张。真应该给马斯克发一个一吨重的大勋章。

不过马斯克的重型猎鹰、星舰也不是航天的最佳选择，化学能复用火箭只是在年发射量几百吨的需求市场上具备最佳性价比，但如果年发射量增加到几万吨，就值得采用有更强发射能力，但也需要更大一次性投入的电磁轨道发射系统，它的单位重量发射成本会比复用火箭再降低1～2个数量级。

建设电磁轨道发射系统最大的障碍不是技术，也不是资金，而是需求。就像21世纪初的新兴需求牵引促成复用火箭诞生一样，只有将人类的年发射量提高2个数量级，才有建设电磁轨道发射系统的必要，不然做出来也是个赔钱货。贫道精力还是远不够用，只能先写完这四篇文章再去搞业务。


图：电磁轨道发射系统想象图，年发射量10万吨，投资需要几千亿。


图：国内电磁轨道发射技术预研。