问题

Spacex 称可回收火箭可以使成本降低99%,可能吗,火箭发射成本主要在哪方面?

回答
马斯克的SpaceX确实喊出了“可回收火箭可以将发射成本降低99%”的豪言,听起来确实振奋人心,但要理解这背后是否可行,以及火箭发射成本到底花在哪儿,咱们得掰开了揉碎了好好说道说道。

首先,99%的降幅,现实吗?

直接说“不可能”有点太武断了,但99%这个数字,更像是一种营销上的绝对化表达,而非一个精确的科学估算。 咱们这么想:

现有成本构成: 火箭发射的成本非常复杂,包含研发、制造、测试、人员、场地、燃料、以及发射后的处理等等。即使回收了火箭主体,其他部分的成本依然存在。
回收的附加成本: 火箭回收本身也需要成本,比如着陆系统、回收船、维护、检查、翻新等等。这些都是新增的开销。
迭代和优化: 99%的降幅更可能是在技术成熟、产量巨大、以及不断优化流程后的一个理论上的极限值,而不是说第一次回收就能立刻达到这个水平。SpaceX自己也在不断摸索和改进。
参照对象: 这个99%是跟谁比?如果跟早期一次性火箭的“天价”比,那回收的确能带来颠覆性的改变。但如果跟一些“相对便宜”的发射服务比,那差距可能就没那么夸张了。

所以,咱们可以更准确地说,可回收火箭能够极大地、革命性地降低发射成本,但具体的降幅比例需要根据实际运营情况、技术成熟度以及市场竞争来判断。 马斯克这么说,是为了强调技术突破的巨大潜力,吸引眼球,驱动行业发展。

那么,火箭发射成本到底“贵”在哪儿?

咱们来拆解一下火箭发射的“钱包”,看看钱都花到哪儿去了:

1. 研发和设计(R&D): 这绝对是初期投入的“巨无霸”。
全新火箭设计: 从零开始设计一枚火箭,需要攻克无数技术难题,包括空气动力学、材料科学、结构力学、推进系统、控制系统、电子设备等等。这需要庞大的科研团队、无数次的模拟计算和实验。
发动机的复杂性: 火箭发动机是核心中的核心,它要承受极高的温度、压力和振动,同时要提供巨大的推力。研发一款高性能、高可靠性的发动机(比如SpaceX的猛禽发动机或梅林发动机)耗时耗力,成本惊人。
材料的特殊性: 火箭需要使用非常轻但强度极高的材料,比如特种合金、碳纤维复合材料等,这些材料本身就很昂贵,加工工艺也极为复杂。
软件和控制系统: 火箭的飞行轨迹、姿态控制都依赖于复杂的软件和精密的传感器、执行器。这些系统的研发和集成也是一大笔开销。

2. 制造和材料: 即便是回收火箭,其制造过程依然是成本大户。
精密制造: 火箭的每一个零部件都需要极高的精度,稍有偏差就可能导致灾难性的后果。这就需要昂贵的生产设备和熟练的技术工人。
先进材料成本: 如前所述,用于火箭的材料价格不菲。比如制造发动机喷管的耐高温材料、制造燃料箱的轻质合金等。
集成和测试: 将数以万计的零部件组装成一枚火箭,并进行严格的集成测试和系统联调,这个过程非常耗时耗力,也需要大量的专业设备和人力。

3. 发射操作和地面支持: 每次发射都是一个巨大的工程。
发射台和基础设施: 建造和维护发射场、发射塔、燃料加注系统、控制中心等都需要巨额投资。
人员成本: 发射团队包括工程师、技术人员、安全人员、地面操作人员等等,一个庞大而专业的团队需要支付高昂的薪酬。
燃料成本: 尽管燃料相对于火箭本身的价值可能不算最高,但每次发射消耗的液氧、液氢、煤油等都是不小的开销。尤其是大型火箭,燃料用量非常可观。
测试和检查: 在发射前的每一个环节,都需要进行细致的检查和测试,确保一切正常,这些也需要时间和人力。

4. 一次性使用带来的成本浪费(这是可回收火箭要解决的核心问题):
所有零件的消耗: 传统火箭,价值最高的发动机、复杂的控制系统、甚至是外壳结构,每次发射都像一次性消费品一样被烧毁或坠入海洋。这使得研发和制造的成本无法通过多次使用来摊薄。
巨大的损耗: 每次发射的巨额成本,最终都算在了那一次服务上。这就像你花巨款买了一辆车,开了一次就直接报废了。

SpaceX的回收火箭如何降低成本?

SpaceX的“猎鹰9号”和“猎鹰重型”火箭,以及正在开发的星舰(Starship),都在践行回收技术。它们通过以下方式降低成本:

重复使用核心部件: 最关键的成本节约在于,火箭的一二级(尤其是第一级)能够成功回收、翻新并重新用于下一次发射。 这就像汽车开了几次还能再开,而不是开一次就报废。
摊薄研发成本: 一旦火箭设计成熟,大量的研发投入就可以通过多次重复使用来摊薄。一辆车几万几十万,卖出去上百上千辆,研发成本就被大家分摊了。
简化制造流程(相对): 虽然依然复杂,但一旦有了成熟的回收和翻新流程,对新制造的需求就会减少,可以更专注于优化翻新环节,降低单次发射的制造成本。
提高发射频率: 更低的成本意味着可以进行更频繁的发射,这有助于形成规模效应,进一步降低单位发射成本。同时也能满足日益增长的卫星部署需求。
创新技术应用: SpaceX在发动机设计、材料使用、控制算法等方面都进行了大量创新,这些创新不仅是为了实现回收,也本身有助于提高效率和降低成本。例如,他们使用3D打印技术制造发动机零件,以降低制造成本和时间。

总结一下:

SpaceX所说的99%降幅,是其技术进步所带来的巨大潜在效益的体现。火箭发射成本确实很高,研发、制造、材料、人员和发射操作是主要的花费。可回收火箭的核心价值在于将高昂的固定成本(如研发、制造第一级火箭)通过多次重复使用来摊薄,从而大幅度降低单次发射的边际成本。

虽然距离真正的“99%”可能还有距离,但SpaceX通过可回收技术,已经让太空发射变得前所未有的经济,正在深刻地改变着航天产业的格局。这就像我们从骑自行车升级到拥有私家车,虽然车子本身有成本,但它带来的便利和效率提升是巨大的,而且随着保有量的增加,车的价格也在不断下降。

网友意见

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一个很麻烦的问题,回收是要再控制的,控制着陆是要燃料的。

火箭要留出足够控制着陆的燃料来。

要么砍载荷要么找出更炸裂的燃料把……

其实航天飞机真的很不错……至少人家就一个燃料罐是扔掉的,那俩SRB都是可以捡回来的……

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