太空探索2.0时代：更多，更快，更廉价
2020-07-06
原创 亚非 果壳
5月30日，埃隆·马斯克的 SpaceX用“猎鹰9 Block5”可复用火箭发射“龙2”载人飞船，成功运送2名宇航员进入太空、抵达国际空间站。这是人类历史首次非政府主导的私营载人航天发射，看似不过是人类征服太空进程中的一小步，但实则是意义非凡的一大步。
众所周知，革新性的技术进步，可能在诞生之初毫不起眼，但真正的潜力与影响，则会在未来一个时段之内逐步兑现成真。可以想像的是，当SpaceX在技术上更成熟、完成多项降成本整合后，其发射报价可能会再降低30%-35%，至4,300-4,000万美元/次发射（成本可能会降到1430万～1060万美元/次），以应对国际商用火箭发射市场上出现的其他竞争对手。
可复用火箭推动下的低成本航天，对ULA（联合发射联盟，Lockheed Martin、Boeing合作）、ESA、JAXA等动辄2-5亿USD/次的传统运载火箭来说，无疑是一种颠覆性的降维打击，进而重塑人类对太空的探索与开发模式。
从SpaceX到火星
皮卡：马斯克的布局
作为当代科技创新、产业创新、商业模式创新的领军人物，埃隆·马斯克的一言一行，每每引发产业震动、社会热议。
从SpaceX（太空探索技术公司）、特斯拉、到SolarCity（太阳城）、Starlink（星链），作为现实中的 “钢铁侠”，马斯克名下整个产业投资布局表面看似杂乱无章，违背市场与投资准则，甚至太过颠覆性、科幻性，但如果深入研究，就会发现其富于深意的内在逻辑。
首先我们拿一个小小的技术细节做切入点：SpaceX下一代Starship（星舰）巨型火箭，设计参数为42台“Raptor”发动机、起飞推力约128MN、真空推力约138 MN，火星轨道运载能力达100吨、近地轨道运载能力（LEO）约550吨。
这样一个庞然巨怪，其结构和蒙皮却不使用科幻级航天材料，而竟是301不锈钢。这种设计理念背后的考量，首先是降低成本。先进航天级碳纤维材料的成品价超过200美元/kg，而301不锈钢原材料仅3美元/kg，这种廉价材料加可复用材料的结合设计，将使太空发射火箭的价格实现“跳水”级的下降。
但是，301不锈钢加工难度大、材料比重大，怎样才能在确保结构强度、耐热性基础上，有效降低火箭结构重量，且能成型直径9米的超大件呢？
且看特斯拉那造型怪异、如同“手工耿”风格的不锈钢皮卡CyberTruck，同样采用301不锈钢作为主要材料。由于这种材质硬度太大，CyberTruck在设计中不得不减少弧线、曲面。马斯克的机械加工团队，正是探索通过这种皮卡量产，充分掌握301不锈钢加工工艺，解决这种坚硬材料加工的种种难题。
未来真实的SpaceX星际飞船，肯定不会像其技术验证型StarHopper那样，制造时动用大批工程技术人员，手工焊接不锈钢。而必须采取批量制造的、自动化机械加工的、大尺寸成型件，从而需要提前储备大批熟悉301不锈钢加工工艺的工程师、技术人员。
对于马斯克来说，特斯拉不仅是一家前卫的汽车公司，更是自己未来验证行星探索技术的产品试验平台：登陆火星后，内燃机和石化燃料都无法使用。但电动机、电池仍可在真空环境下工作，届时需要技术成熟可靠的“月球车、火星车”，所以，太阳能和电动汽车成为特斯拉的主打产品，也就不足为怪了。
而“龙2”载人飞船的人机操控界面，采用与Tesla电动汽车中控面板同源技术的大型触摸屏，就是他将汽车工业、IT产业，与航天事业有机结合的独特思路。
回首2018年，SpaceX“重型猎鹰”（Falcon Heavy）发射时，就向火星轨道发射了一辆Tesla-Roadster跑车，这个当时引发公众议论的“迷之行为”，已经隐隐显露了马斯克试图将自制运载车辆送上火星的野心。
至于星链Starlink，下阶段将对地面用户试运营，其意义不仅在于提供下一代卫星通讯网络，更在于长远未来。当商业太空探索发射行动井喷时代来临时，Starlink就能升级为天基星际通讯系统。同时，SpaceX共享了NASA的巨型通讯天线，以便在未来深空旅行保持指控中心与飞船的联络…这样，其就不需再投资新建的巨型天线阵列了。
同时，马斯克旗下的另一家技术创新企业Boring公司，一直在研发地下挖掘、超高速隧道高铁，而其解决并掌握的先进挖掘、隧道气密、高速运营、应急抢险等科技，其未来的主要应用场景，依旧是火星开发。
原因何在？按照马斯克的设想，因为火星大气成分完全不适合人类呼吸，所以早期火星移民，得住在封闭式地下城，基地之间以管道交通联结。因为科学家提出的“以藻类光合作用改变火星大气成份”设想，可能需要几千年时间，在短时间内难以奏效。所以马斯克的Boring公司、以及Hyper Loop真空管超高速高铁等项目，在近期的目标是引领地球上的交通革命；而远景，就是为在火星挖掘地下城、建设地下隧道网而积累技术与经验。
这些技术因素和布局结合在一起，赫然能够得出一个清晰的结论：马斯克最终的勃勃野心，在于推动人类移民火星，甚至更远。他的那句格言：“睁大眼睛，仰望天空”，可以理解为，自己已经不满足在小小的地球上取得所谓的商业成功，而是试图重磅押注，以自己的商业盈利撬动人类发展的未来。
千帆竞发：先行者不再孤单
马斯克做到了先声夺人，但并不意味着他独一无二。在SpaceX后面，私人商业太空发射领域的竞争者可谓千帆竞渡、百舸争流。其中亚马逊创始人杰夫·贝索斯创办的Blue Origin（蓝色起源），是最强竞争者。
