5月30日，埃隆·馬斯克的 SpaceX用“獵鷹9 Block5”可復(fù)用火箭發(fā)射“龍2”載人飛船，成功運送2名宇航員進入太空、抵達國際空間站。這是人類歷史首次非政府主導(dǎo)的私營載人航天發(fā)射，看似不過是人類征服太空進程中的一小步，但實則是意義非凡的一大步。
'龍2”載人飛船抵達國際空間站 | https://www.businessinsider.com
眾所周知，革新性的技術(shù)進步，可能在誕生之初毫不起眼，但真正的潛力與影響，則會在未來一個時段之內(nèi)逐步兌現(xiàn)成真?？梢韵胂竦氖牵?dāng)SpaceX在技術(shù)上更成熟、完成多項降成本整合后，其發(fā)射報價可能會再降低30%-35%，至4,300-4,000萬美元/次發(fā)射（成本可能會降到1430萬～1060萬USD/次），以應(yīng)對國際商用火箭發(fā)射市場上出現(xiàn)的其他競爭對手。
可復(fù)用火箭推動下的低成本航天，對ULA（聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟，Lockheed Martin、Boeing合作）、ESA、JAXA等動輒2-5億USD/次的傳統(tǒng)運載火箭來說，無疑是一種顛覆性的降維打擊，進而重塑人類對太空的探索與開發(fā)模式。
從SpaceX到火星
皮卡：馬斯克的布局
作為當(dāng)代科技創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新的領(lǐng)軍人物，埃隆·馬斯克的一言一行，每每引發(fā)產(chǎn)業(yè)震動、社會熱議。
從SpaceX（太空探索技術(shù)公司）、特斯拉、到SolarCity（太陽城）、Starlink（星鏈），作為現(xiàn)實中的 “鋼鐵俠”，馬斯克名下整個產(chǎn)業(yè)投資布局表面看似雜亂無章，違背市場與投資準則，甚至太過顛覆性、科幻性，但如果深入研究，就會發(fā)現(xiàn)其富于深意的內(nèi)在邏輯。
首先我們拿一個小小的技術(shù)細節(jié)做切入點：SpaceX下一代Starship（星艦）巨型火箭，設(shè)計參數(shù)為42臺“Raptor”發(fā)動機、起飛推力約128MN、真空推力約138 MN，火星軌道運載能力達100噸、近地軌道運載能力（LEO）約550噸。
SpaceX下一代巨型火箭“星際飛船”想象圖 | https://www.geekwire.com
這樣一個龐然巨怪，其結(jié)構(gòu)和蒙皮卻不使用科幻級航天材料，而竟是301不銹鋼。這種設(shè)計理念背后的考量，首先是降低成本。先進航天級碳纖維材料的成品價超過200美元/kg，而301不銹鋼原材料僅3美元/kg，這種廉價材料加可復(fù)用材料的結(jié)合設(shè)計，將使太空發(fā)射火箭的價格實現(xiàn)“跳水”級的下降。
但是，301不銹鋼加工難度大、材料比重大，怎樣才能在確保結(jié)構(gòu)強度、耐熱性基礎(chǔ)上，有效降低火箭結(jié)構(gòu)重量，且能成型直徑9米的超大件呢？
Starship的不銹鋼結(jié)構(gòu)框架，非常輕薄，加工難度很大 | https://www.geekwire.com
且看特斯拉那造型怪異、如同“手工耿”風(fēng)格的不銹鋼皮卡CyberTruck，同樣采用301不銹鋼作為主要材料。由于這種材質(zhì)硬度太大，CyberTruck在設(shè)計中不得不減少弧線、曲面。馬斯克的機械加工團隊，正是探索通過這種皮卡量產(chǎn)，充分掌握301不銹鋼加工工藝，解決這種堅硬材料加工的種種難題。
由特斯拉推出，號稱能作為未來火星探測車原型的CyberTruck | www.cnet.com
未來真實的SpaceX星際飛船，肯定不會像其技術(shù)驗證型StarHopper那樣，制造時動用大批工程技術(shù)人員，手工焊接不銹鋼。而必須采取批量制造的、自動化機械加工的、大尺寸成型件，從而需要提前儲備大批熟悉301不銹鋼加工工藝的工程師、技術(shù)人員。
處于預(yù)備發(fā)射狀態(tài)的StarHopper | www.wired.com
對于馬斯克來說，特斯拉不僅是一家前衛(wèi)的汽車公司，更是自己未來驗證行星探索技術(shù)的產(chǎn)品試驗平臺：登陸火星后，內(nèi)燃機和石化燃料都無法使用。但電動機、電池仍可在真空環(huán)境下工作，屆時需要技術(shù)成熟可靠的“月球車、火星車”，所以，太陽能和電動汽車成為特斯拉的主打產(chǎn)品，也就不足為怪了。
“龍2”載人飛船采用Tesla電動汽車的同源技術(shù) | https://www.geekwire.com
而“龍2”載人飛船的人機操控界面，采用與Tesla電動汽車中控面板同源技術(shù)的大型觸摸屏，就是他將汽車工業(yè)、IT產(chǎn)業(yè)，與航天事業(yè)有機結(jié)合的獨特思路。
回首2018年，SpaceX“重型獵鷹”（Falcon Heavy）發(fā)射時，就向火星軌道發(fā)射了一輛Tesla-Roadster跑車，這個當(dāng)時引發(fā)公眾議論的“迷之行為”，已經(jīng)隱隱顯露了馬斯克試圖將自制運載車輛送上火星的野心。
至于星鏈Starlink，下階段將對地面用戶試運營，其意義不僅在于提供下一代衛(wèi)星通訊網(wǎng)絡(luò)，更在于長遠未來。當(dāng)商業(yè)太空探索發(fā)射行動井噴時代來臨時，Starlink就能升級為天基星際通訊系統(tǒng)。同時，SpaceX共享了NASA的巨型通訊天線，以便在未來深空旅行保持指控中心與飛船的聯(lián)絡(luò)…這樣，其就不需再投資新建的巨型天線陣列了。
Boring公司的地下隧道構(gòu)件 | www.bloomberg.com
同時，馬斯克旗下的另一家技術(shù)創(chuàng)新企業(yè)Boring公司，一直在研發(fā)地下挖掘、超高速隧道高鐵，而其解決并掌握的先進挖掘、隧道氣密、高速運營、應(yīng)急搶險等科技，其未來的主要應(yīng)用場景，依舊是火星開發(fā)。
SpaceX火星殖民基地想象圖，采用半地下結(jié)構(gòu)，動力來源為太陽能 | www.geekwire.com
原因何在？按照馬斯克的設(shè)想，因為火星大氣成分完全不適合人類呼吸，所以早期火星移民，得住在封閉式地下城，基地之間以管道交通聯(lián)結(jié)。因為科學(xué)家提出的“以藻類光合作用改變火星大氣成份”設(shè)想，可能需要幾千年時間，在短時間內(nèi)難以奏效。所以馬斯克的Boring公司、以及Hyper Loop真空管超高速高鐵等項目，在近期的目標是引領(lǐng)地球上的交通革命；而遠景，就是為在火星挖掘地下城、建設(shè)地下隧道網(wǎng)而積累技術(shù)與經(jīng)驗。
這些技術(shù)因素和布局結(jié)合在一起，赫然能夠得出一個清晰的結(jié)論：馬斯克最終的勃勃野心，在于推動人類移民火星，甚至更遠。他的那句格言：“睜大眼睛，仰望天空”，可以理解為，自己已經(jīng)不滿足在小小的地球上取得所謂的商業(yè)成功，而是試圖重磅押注，以自己的商業(yè)盈利撬動人類發(fā)展的未來。
千帆競發(fā)：先行者不再孤單
馬斯克做到了先聲奪人，但并不意味著他獨一無二。在SpaceX后面，私人商業(yè)太空發(fā)射領(lǐng)域的競爭者可謂千帆競渡、百舸爭流。其中亞馬遜創(chuàng)始人杰夫·貝索斯創(chuàng)辦的Blue Origin（藍色起源），是最強競爭者。
杰夫·貝索斯也是一位太空探索狂人 | www.businessinsider.com
早在2015年11月，貝索斯的“New Shepard”火箭就宣告成功發(fā)射，并安全返回。這是人類首枚成功發(fā)射并成功返回的可復(fù)用火箭，比馬斯克的“獵鷹9”早1個多月。
“New Glenn”已贏得了包括MuSpace通訊衛(wèi)星（GTO軌道）在內(nèi)的4個客戶、8個訂單 | www.blueorigin.com
Blue Origin的新型重型火箭“New Glenn”，起點很高，與SpaceX “重型獵鷹”同量級，使用7臺BE-4發(fā)動機，推力達17,132.5 KN，接近“重型獵鷹”第1級三組推進器22,695 KN推力總和，其2、3級火箭高度也超過所有現(xiàn)役火箭。
除此之外，很多更年輕的創(chuàng)業(yè)者們紛紛“上船”，建立私營太空公司，其解決問題的思維方式、突破方向、技術(shù)路徑，與SpaceX、Blue Origin有所不同，各種奇思妙想層出不窮。
3D打印火箭
洛杉磯的Relativity Space公司，其創(chuàng)新的3D打印火箭發(fā)動機Aeon 1，僅由3個3D打印部件組成（傳統(tǒng)火箭發(fā)動機通常由1,000多個零件組成），能以毫秒為單位達到全推力。在航空器制造領(lǐng)域引入3D打印技術(shù)，能夠通過減少結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、節(jié)省工時，進一步降低了發(fā)射成本。
Relativity Space的3D打印火箭發(fā)動機Aeon 1 | www.geekwire.com
Relativity Space手握的王牌，是世界上最大的金屬3D打印機Stargate。它由多個激光裝備Kuka機械臂和金屬絲原料組成，專用于制造大型火箭結(jié)構(gòu)。Stargate通過減少組件接口數(shù)量的生產(chǎn)工藝，實現(xiàn)火箭發(fā)動機生產(chǎn)全自動化，相較傳統(tǒng)發(fā)動機一般6個月制造周期，Aeon 1制造時間可大幅縮短至1個月左右。
世界上最大的金屬3D打印機Stargate | www,geekwire.com
電池推進火箭
早在2018年10月，新西蘭私營航天公司“Rocket Lab”就在新西蘭東海岸就成功發(fā)射世界首枚3D打印的電池動力火箭“Electron”。
世界首枚3D打印電池動力火箭“Electron” | www.wired.com
Rocket Lab創(chuàng)辦人兼總彼得·貝克（Peter Beck）說：電動火箭能以更低成本、更快速的發(fā)射100kg有效載荷至低軌道，成本少于500萬美元，僅是Virgin Galactic（維珍銀河）“空中發(fā)射系統(tǒng)”成本50%。且發(fā)射準備時間很短，1年可發(fā)射超過50次，客戶也包括NASA，其目的在于發(fā)射成百上千顆小型低軌人造衛(wèi)星，提供天基互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、監(jiān)控自然災(zāi)害等服務(wù)。
位于新西蘭瑪希亞半島的Rocket Lab私營航天發(fā)射基地 | www.wired.com
不僅如此，Rocket Lab在新西蘭瑪希亞半島建立了世界上第一個私營航天發(fā)射場，與其它發(fā)射場相比，地處南半球的該發(fā)射場租金低廉，還能提供更寬泛的軌道傾角選擇，從而獲得很多美國航天高科技企業(yè)的資助，比如洛克希德·馬丁等。
空中發(fā)射
傳統(tǒng)太空探索飛行器，都是從地面發(fā)射升空。地面大氣稠密，空氣阻力大，需要消耗大量燃料、大大擠占有效載荷。而“空中發(fā)射”系統(tǒng)的思路是：通過大型飛機，將火箭運載到約萬米高空，以0.6-0.8馬赫的初始速度反射，從而讓大型飛機替自己完成最初的加速/爬升階段，從而大大減少運載火箭燃料消耗、提升其任務(wù)載荷。
此外，“空中發(fā)射”系統(tǒng)還可靈活改變發(fā)射位置，避開惡劣天氣，主動尋找更好的發(fā)射窗口，而陸上基地遭遇惡劣氣象時就無能無力，只能推遲發(fā)射。
B-52重型轟炸機發(fā)射X-15火箭飛機 | www.nasa.gov
早在1960年代，NASA就嘗試利用B-52重型噴氣轟炸機，在空中發(fā)射X-15火箭飛機，成績?yōu)楦叨?08千米、時速7,274公里(6.7Ma)。
進入21世紀后，同樣醉心于太空探索的極客大亨理查德·布蘭森，也組建了自己的私人太空探索企業(yè)維珍銀河，并宣布采用空中發(fā)射模式。具體模式為，利用自己研發(fā)的亞軌道飛行器“白騎士2號”，在大約 12,192米（4萬英尺）的高度，點燃發(fā)射火箭，將質(zhì)量為200kg的衛(wèi)星送入低軌道。
維珍銀河的“白騎士2”亞軌道飛行器和攜帶的火箭動力子機 | www.wired.com
但迄今為止，空中發(fā)射系統(tǒng)都是任務(wù)載荷數(shù)百公斤的小型運載火箭，顯然無法成為未來大型航天發(fā)射的主力；要想提升自己在運載火箭發(fā)射市場中的地位，還是需要更大型的空中發(fā)射平臺。
于是，微軟聯(lián)合創(chuàng)始人保羅·艾倫私人投資研發(fā)的大型空中發(fā)射平臺“Stratolaunch”（平流層發(fā)射）應(yīng)運而生，馬斯克也是這個項目的股東之一。
跑道上的Stratolaunch | www.spacenews.com
艾倫的 “平流層發(fā)射”巨型飛機翼展達117m、6臺發(fā)動機、重達226噸，可掛載250噸有效載荷，其空中發(fā)射火箭LEO（近地軌道）載荷達6.1噸，相較競爭對手們的運載能力高出1個數(shù)量級。然而隨著艾倫的病逝，“Stratolaunch”這一航空/航天奇跡能否續(xù)寫，尚未可知。
無利不起早
為什么以馬斯克為首的高科技極客大亨如此熱衷于太空探索？很明顯，太空與其他行星，是人類探索與開墾的下一塊熱土，搶先抵達這里，既意味著自身成為了整個人類劃時代的探索者，更意味著探索行動背后蘊藏的巨大經(jīng)濟利益。
事實上，“英雄所見略同”，馬斯克和貝索斯等人在入行之處，就感知到低成本商業(yè)航天在未來的盈利模式與能力不可低估。
2019年12月，維珍銀河工程師貝斯摩西，與兩名飛行員一起乘坐商用太空船VSS團結(jié)號，抵達89.9km（29.5萬英尺）高度，并成功返航 | www.yahoo.com
低成本商業(yè)航天的第一個盈利場景，就是低軌道太空觀光旅游，最早想到分割這塊蛋糕的，是維珍銀河。布蘭森計劃，使用白騎士2號運載母機，將 “太空船2號”亞軌道載人飛船發(fā)射到略低于軌道高度100千米的“Kármán line”（卡門線），進行亞軌道載人旅游項目，收費標準為20萬美元/位。而馬斯克的動作更大，根據(jù)他的計劃，日本Zozotown品牌創(chuàng)始人前沢友作，將乘坐其“星際飛船”于2023進行“環(huán)月之旅”，成為人類歷史首位私人宇航員，馬斯克更透露說，已經(jīng)有數(shù)十位全球頂級富豪企業(yè)家，預(yù)定了SpaceX的環(huán)月之旅“豪華太空游”。不過根據(jù)馬斯克一貫過度樂觀的秉性，“環(huán)月之旅 ”要想正式上線，至少要比他給出的時間表推遲5年。
馬斯克與前沢友作，后者已經(jīng)為Starship的研發(fā)贊助了至少1億美元 | www.wired.com
低成本商業(yè)航天的第二個盈利場景，在于積極參與原本只有政府航天機構(gòu)能夠染指的官方太空探索項目。2018年5月，美國宇航局俄羅斯聯(lián)邦航天局）簽署了關(guān)于深空探索研究“Deep Space Gateway（深空之門）”的聯(lián)合聲明。野心勃勃的“深空之門”將分成5個階段（階段0～階段4），具體目標是在地球與月球之間建造空間站，作為月球研究的空間基地，以及飛向火星的中繼站。
Deep Space Gateway“深空之門”月球軌道空間站想象圖 | www.nasa.gov
NASA 為“深空之門”準備的主力運載火箭代號SLS （Space Launch System，空間發(fā)射系統(tǒng)），初期的月球轉(zhuǎn)移軌道運載能力達70-105噸，之后會發(fā)展出130噸貨運型。
SLS運載火箭 | www.nasa.gov
但SLS最大的問題是：它背后的設(shè)計研發(fā)思路依舊是上世紀人類第一輪太空探索時期的產(chǎn)物：政府主導(dǎo)，昂貴，復(fù)雜。該型號研發(fā)投入預(yù)期將達360億美元，從2011至今，已經(jīng)燒掉超過200億USD，驗證型號還沒上天。今年五月，NASA不得不發(fā)表聲明，SLS首次發(fā)射將推遲到2021下半年。
更要命的是：NASA局長吉姆·布里登斯廷透露，SLS執(zhí)行登月任務(wù)時，單枚火箭價格高達16億美顏，大批量訂購才能將每枚火箭造價降低到8億美元，而且，如此昂貴的“太空吞金獸”，居然還是一次性使用的火箭！
這就給了SpaceX的“重型獵鷹”以大好機會：“深空之門”是需多次發(fā)射、軌道對接組合的空間站，縱使NASA要把最大機會留給自己的嫡子SLS，但“重型獵鷹憑借”1.5億美元的單枚低價、和LEO運載能力63.8噸、GTO運載能力26.7噸的出色性能，肯定能從龐大的發(fā)射份額中分得一杯羹。
低成本商業(yè)航天的第三個盈利場景，就是火星殖民，作為解決地球資源有限，人口爆炸與環(huán)境污染的終極解決方案。
根據(jù)馬斯克的初期思路：SpaceX第一批宇航員將在2025抵達火星并登陸，首批“星際五月花”艦隊成員將以人均50萬USD/張的船票，拓殖火星。當(dāng)然，這個計劃依舊走的是與NASA緊密合作的模式，按照NASA的時間表，2030年，將實現(xiàn)宇航員繞火星軌道飛行，而真正的人類登陸火星時間，則要等到2040年。
為了做好火星探索計劃的前期準備，SpaceX租下了NASA肯尼迪宇航中心的39A發(fā)射場地，而這里正是當(dāng)年阿波羅11號宇宙飛船奔向火星的“福地”。在這里，SpaceX將繼續(xù)推進“星際飛船”的研發(fā)工作，同時也開始和NASA合作，開展宇航員太空健康維護等諸方面的研究與實驗。
富饒的新邊疆：我們的目標
是星辰大海
如果我們放寬視野和想象力，在遙遠的未來，當(dāng)商業(yè)低成本航天能夠以更低的發(fā)射成本、更大的任務(wù)載荷、更高的輸送效率，將上億噸空間設(shè)備發(fā)射到太空時，人類的命運與生存方式將會發(fā)生怎樣的改變？
首先，太空將成為人類獲取資源的“富礦”，徹底打破地球本身資源上限的瓶頸。在地球近地軌道上，共有9000顆左右直徑超過150米的小型天體，而在從火星至木星的“小行星帶”上，小型天體的數(shù)目則達到百萬級，其中許多富含鎳，錳以及鉑，銥，鈀等珍貴的鉑系金屬，而一顆小行星上的金屬礦藏含量，就可能超過地球現(xiàn)有已探明的同類礦藏總。這是一項獲利超越沉船探寶，而又門檻極的高風(fēng)險/回報產(chǎn)業(yè)，而稀有金屬供應(yīng)量的急劇增大所引發(fā)的技術(shù)與制造革命，更是令人期待。
小行星采礦作業(yè)想象圖 | www.geekwire.com
如果按照NASA現(xiàn)有技術(shù)水平和發(fā)射成本，完成每次小行星“俘獲”的總成本高達2.6億美元，而提煉出的貴金屬價值很可能只有發(fā)射成本的零頭。所以，廉價而多次反復(fù)使用的私人商用火箭和太空飛船，是實現(xiàn)星際資源開采的有力保障。
不僅如此，許多小型天體的含水量可能達到其總質(zhì)量的20%到30%，分離出的液態(tài)氫和氧，是推進飛行器的寶貴燃料和維持宇航員生命的必需品。一旦開采成功，人類可以在太陽系內(nèi)，為遠程太空探索飛行器建立大大小小的“加油站”。
天基太陽能矩陣想象圖 | www.wired.com
其次，人類可以向天“借力”，利用太空中建立的“天基太陽能矩陣”，從而獲取巨大的能量，對地球整體環(huán)境進行“介入干預(yù)”:加熱干冷氣團、影響大氣環(huán)流、介入性干預(yù)水熱輸送，將南北緯30-40°的荒漠帶變成良田，人為改變行星環(huán)境，以供養(yǎng)更多人口、創(chuàng)造更好環(huán)境。
屆時，SpaceX目前尚在研制的“星際飛船”（STARSHIP），都會因運載力有限而不敷使用；專家預(yù)計，到21世紀末，在政府太空機構(gòu)和私人資本的合作研發(fā)下，將研制出運載力為“星際飛船”幾十乃至百倍，乃至更高的超巨型運載火箭。
在千百年后，如果人類已經(jīng)成功地駛向星辰大海，那么回首今日，小小的“龍2”載人飛船，可能意義就如同達·伽馬那四艘駛?cè)氪笪餮蟮男⌒》?，雖然本身微不足道，但它開啟的，卻是一個前所未有，人類推進自身活動新邊疆的大冒險時代。
作者：亞非
編輯：朱步?jīng)_
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