这几天美国媒体的视线聚集在肯尼迪航天中心的39A发射工位上，矗立在这里的SpaceX的“重型猎鹰”超级重型运载火箭把首飞的零时定在了美国东部时间2月6号1:30PM。肯尼迪中心的39A发射工位是个有着许多故事的地方，阿波罗计划载人登月的所有土星五号全部在这里发射升空，这里曾是美国梦升起的地方。SpaceX选择这里作为他的“重型猎鹰”的处女航意味深远。
重型猎鹰说白了就是三支猎鹰9捆绑在一起。它的核心是一枚猎鹰9，另外再把两架猎鹰9的第一级作为助推器。所以重型猎鹰的第一级就有3x9=27枚“梅林-1D”液氧煤油引擎，在起飞阶段，将有多达27枚“梅林-1D”引擎同时工作。这种构型使得重型猎鹰成为自苏联时代N1超级火箭以来，起飞级引擎总数最多的一款火箭。苏联超级火箭N1正是受30台引擎的拖累而连连失败，最后葬送了苏联的登月计划。
“前车之覆，后车之鉴。”苏联N1血的教训SpaceX不会不知道，只是实在也没有什么其它办法，“没有金刚钻，硬揽瓷器活。”SpaceX造不出大推力火箭引擎，手里只有推力100吨都不足的“梅林-1D”引擎。为提高总推力只能捆绑27枚“梅林-1D”引擎来凑数。
梱绑大量低推力引擎实乃火箭工程中的下下策，其负面因素是多方面的有些甚至是致命的。捆绑不成夫妻，同样道理梱绑大量引擎打造不出大推力重型火箭，这个道理实际上是很容易理解的，否则你我都可以买成千上万只“串天”捆绑起来去月球转一圈了，这天下能有如此好事吗？
梱绑大量引擎会使火箭效率降低。因为每只引擎都有许多的另部件，捆绑许多的引擎必然是大量另部件的重复堆砌，火箭自重必然增加从而导致推重比下降，降低了火箭的工作效率。
另外，并联工作的引擎数量越多，引擎发生故障的概率就越大，运载火箭飞行中，一旦出现单台或者多台引擎故障，就会面临推力不足或推力不平衡等问题，有可能导致任务失败。吸取苏联N1火箭的教训，航天界有一个不成文的规则：火箭第一级加助推级的引擎总数不能太多，最好不超过10台。以中国长征系列火箭为例，长征2E/F、长征3B都是8台发动机，而长征5号则是10台，逼近安全上限了。事实上，目前世界各国研制的各型火箭大致都遵守这个潜规则，只有SpaceX的重型猎鹰火箭反其道而行之。
与其说马斯克有造反精神，还不如说他作为资本家对市场利益有着比狗还要敏锐的嗅觉。马斯克感觉到了美国重型运载市场有着难得的好机遇。自七十年代阿波罗计划煙消云散后，美国航天界是刀槍入库、马放南山，几十年中就没有一枚像样的超级重型运载火箭。进入二十一世纪后，眼看中国的航天事业天天向上，迈向月球的脚步声越来越清晰有力。受到中国的刺激，美国决定要征服火星或重登月球，重显世界老大的威风。问题是政客们可以在网页上用PPT登月，NASA没有超级重型火箭怎样实施登月。于是马斯克看到了机会。
2011年，这位SpaceX首席执行官马斯克首次在华盛顿特区的国家新闻俱乐部郑重宣布：他们的重型猎鹰能提供更多有效载荷和更高逃逸速度，这是一枚土星V型退役以来世界上从未有过的超级重型火箭。有道是"世无英雄,遂使竖子成名。”
按2011年提出的最初时间表，重型猎鹰将于2012年底之前将抵达SpaceX西海岸发射地点——加利福尼亚州范登堡空军基地。首次发射将于2013年进行，而卡纳维拉尔角的首次发射将于2013年底或2014年进行。但到2015年中，由于猎鹰9试飞失败而导致重型猎鹰首次发射推迟到2016年底。设计一改再改，计划一延再延，马斯克他们是踢到了铁板，中间的辛酸也只有他们心知肚明。
“事后方知重型猎鹰（的制造）比我们想象的要难得多...其中的难度远远超出我们原先的设想，我们实在过于幼稚了。”这是马斯克的原话。说实话，要重起炉灶设计制造一枚新的超重型火箭本非易事，而要在去工业化的今日美国实施此计划更是难上加难。理想很丰满，但现实很残酷。
重型猎鹰制造计划一波三折、几经磨难，今天终于走上了发射台整装待发，应该说也还是非常不容易。但是仔细分析一下这枚所谓的超重型火箭的各项性能指标，不得不让人扼腕叹息。
让我们先从时间轴上作个前后对比，表一显示了重型猎鹰与五十年前土星五号的主要性能指标。数字显示土星五号身强力壮，力压重型猎鹰，土星的第一级只用了5只引擎发出的总推力超过后者27只引擎近5倍！土星五号的运载能力是重型猎鹰的3倍。仅从性能来看，土星五号完胜重型猎鹰，事实上两者几乎就没有可比性。
|
火箭型号 |
自重M(吨) |
LEO(吨) |
TLI(吨) |
直径(米) |
火箭级数 |
第一级引擎数 |
第一级推力(KN) |
|
重型猎鹰 |
1420 |
63.8 |
16 |
3.66 |
2+ |
27 |
7607 |
|
土星五号 |
2970 |
140 |
48.6 |
10.1 |
3 |
5 |
34020 |
再让我们在空间轴上作个左右对比，表二显示了重型猎鹰与各国重型火箭的主要性能指标。从这张表上，不管是左看右看，无论哪里也看不出这枚捆绑有27只引擎的重型猎鹰有什么过人的优势，这真的不像是一枚超级重型火箭。重型猎鹰真的难以担起登上月球飞向火星的重任，单看它三米多点的直径，实际上已经被判出局。现代太空任务的载人飞船和太空望远镜都是又重又大，三米多直径作为重型火箭都不合格，“超级重型”的影子都没有。
|
国家 |
火箭型号 |
自重M(吨) |
LEO(吨) |
LTO(吨) |
LTO/M比率 |
直径(米) |
|
美国 |
德尔塔4H |
732 |
28.8 |
14.2 |
0.019 |
5.1 |
|
中国 |
长征5 |
869 |
25 |
14 |
0.016 |
5.0 |
|
美国 |
重型猎鹰 |
1420 |
63.8 |
26.7 |
0.018 |
3.66 |
|
俄国 |
质子M |
705 |
23 |
6.15 |
0.008 |
4.1 |
|
欧洲 |
阿丽亚娜ECA |
780 |
20 |
10.7 |
0.013 |
5.4 |
|
日本 |
H2B |
531 |
19 |
8 |
0.015 |
5.1 |
正如马斯克自己所说：“火箭引擎是目前SpaceX所面临的最大短板。”运载火箭与飞机汽车一样，引擎是它的核心技术。为了把更重的载荷送到更高更远的地方，火箭不仅需要最好的引擎，而且一枚多级火箭需要不同类型的引擎。通常中型以上的液体燃料火箭，它的初级都用大推力但效率略差的液氧煤油引擎，而最后一级都釆用效率高的液氢液氧引擎。这样的高低搭配可以在火箭的性能和价格之间求得最优化。而马斯克手中只有一款液氧煤油引擎—梅林1D，而它的真空状态改型则用来作火箭的第二级，两者性能都极其平庸。表三是目前各国拿得出手的火箭引擎性能比较。
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国家 |
型号 |
推进剂 |
循环方式 |
地面推力(KN) |
真空推力(KN) |
地面比冲(m/s) |
室压(MPa) |
|
中国 |
YF100 |
液氧煤油 |
分级燃烧 |
1224 |
1339 |
2942 |
18 |
|
俄国 |
RD-180 |
液氧煤油 |
分级燃烧 |
3800 |
4200 |
3051 |
25.6 |
|
美国 |
梅林1D |
液氧煤油 |
燃气发生器 |
845 |
914 |
2770 |
9.7 |
|
欧洲 |
P241 |
固体 |
|
7080 |
|
2550 |
|
|
中国 |
YF77 |
液氢液氧 |
燃气发生器 |
510 |
670 |
3040 |
10.5 |
|
美国 |
RS-68 |
液氢液氧 |
燃气发生器 |
2891 |
3314 |
3577 |
9.7 |
|
欧洲 |
Vulcai2 |
液氢液氧 |
|
960 |
1390 |