噴管裂縫？那就剪短6英寸！這還不是馬斯克幹過最瘋狂的事

上次，我們講到了馬斯克他們的獵鷹9號火箭在第一次發射的時候遇到了雷雨，第二級的無線電訊號非常的微弱，火箭進水導致電子裝置出了故障。到底是把火箭拉回廠房檢修呢？還是更換火箭的電子裝置？最後大家商量了半天，決定用烘乾機把裝置裡的水蒸汽烘乾了就行了。

說實話，這一招跟無線電修理鋪對付半導體收音機的辦法差不多。即便是到現在，修理手機的也會準備電吹風之類的裝備。有時候是真好使啊。

獵鷹9號第二級的電子裝置烘乾了以後，繼續原樣裝好，用矽膠密封。訊號雖然沒有設計的那麼強，也算是夠用了，火箭照常發射。把龍飛船送進了太空裡。馬斯克的要求其實很低，保證不把卡納維拉爾角的40號發射臺炸掉就行了。從這個及格線來看，獵鷹9號的第一次發射還是很圓滿的。

你可能覺得馬斯克手下的團隊有點誇張，過去都認為，火箭是來不得一絲一毫馬虎的。怎麼能這麼湊合呢？說實話，這是和火箭的設計思路有關係，馬斯克從一開始就強調便宜，強調可靠，冗餘度還是很高的，即便是打點折扣也都能湊合上天，這個習慣和俄國人有點像。

火箭靜態測試

但是，馬斯克該不湊合的地方是一點都不湊合，人家在獵鷹火箭發射之前都要做好幾次全箭測試。火箭灌滿燃料，但是不點火，這叫“溼測試”。如果是做戲做全套，不但灌滿燃料，還要在發射架上點火，這叫靜態測試。為啥就叫靜態測試？對啊，火箭是被牢牢固定在地面上的，發動機一般只開3~7秒，記錄下各種資料也就夠了。

從馮·布勞恩開始，他就喜歡在發射前搞靜態測試，等於是一場模擬真實環境的“熱身賽”，畢竟火箭太複雜了，簡直是個混沌系統，各種不可能的誤差全都湊到一起，你也不知道會出啥毛病，你只有全箭點火測一下，才能有把握。後來呢，這麼幹的人少了，畢竟是麻煩嘛。不過馬斯克是堅持要搞的。

當然啦，火箭即便搞靜態點火測試，也只能測一級火箭，二級火箭可不能隨便點火玩兒。獵鷹9號的第二次發射，恰恰是二級火箭發現了問題。獵鷹9號的第二級用的是真空板的梅林發動機，其實就是把噴管放大了一號。這個噴嘴是一種特殊的鈮鋯合金製造的，是一個相當堅固的材料。一直到12月初，都快要發射了，大家才發現這個噴管有裂紋。

這個裂紋怎麼來的呢？在發射前大約一個月，SpaceX收到了NASA的要求，在兩級火箭之間的部分新增更多的氮氣。因此，SpaceX的技術人員在底部插入了一條1英寸的管線，並吹入了氮氣。這股額外的氣流導致梅林發動機噴嘴振動，導致了最終破裂。

如果噴管裂縫了，那是肯定沒辦法發射的。如果要換一個噴嘴的話，工廠遠在加州。從加州弄一個好的噴管，然後千里迢迢運到佛羅里達，安裝在火箭上，這來回一折騰，可能要多花一個月的時間。馬斯克當然是不樂意的，這不是瞎耽誤工夫嘛。

所以，馬斯克馬上給遠在加州的王牌技術員馬蒂·安德森打了個電話。馬斯克啥意思呢？就是讓這個安德森帶著大剪刀爬進噴管內，把噴管剪短6英寸，下邊開裂的這部分咱不要了行吧，剪短點接著用。

一邊打電話，一邊馬斯克的私人公務機就做好準備了。幾個小時以後，安德森拎著包坐上這架私人飛機就直飛卡納維拉爾角。到了地方以後，愛德森一看，火箭還豎著呢，足有50多米高。先坐電梯上去，然後在乘坐起重機到達兩級火箭之間。慢慢爬過去，用大剪刀硬是把火箭的噴管剪短了6英寸。

說實話，獵鷹9號的運載能力有冗餘，即便是二級火箭的噴管短了一截，也能完成任務，馬斯克當時是有把握的。

但是，SpaceX是給NASA打工的，人家NASA是甲方，馬斯克這麼三下五除二，剪掉了一圈噴管，NASA樂意嗎？NASA的人聽說這個訊息以後，差點驚掉了下巴。這幫人都是野路子出身嗎？這都是什麼招數啊？馬斯克還得給人解釋，儘管噴口短了一大截，但是，推力仍然是夠用，是能夠完成這次龍飛船的發射任務的。

你想啊，NASA的人能信嗎？SpaceX的發射總監布扎以及公司的副總裁克尼斯曼，以及發動機設計師穆勒都來勸NASA關於商業發射專案的總負責人邁克·霍卡丘克和艾倫·林登莫耶，這二位聽得雲裡霧裡的，一晃腦袋，就是聽不懂。

所以，技術人員之間的交流才是最重要的，跟外行說是很難說清楚的。NASA也有工程師啊，和SpaceX的工程師們一起解決了所有的技術疑問。火箭和衛星是不一樣的，衛星要在太空工作很久，但是火箭只要工作幾分鐘就夠了，這就是火箭最特殊的地方，對噴管的修剪可能會損壞表面的抗氧化圖層，但是，只要熬過幾分鐘不就萬事大吉了嘛！

他們整整折騰了24小時，最後寫了報告，提交給了NASA負責載人航天的格斯滕邁爾，他擁有最終拍板權。

沒辦法，只能等著，一直到發射前一天的凌晨2點鐘，格斯滕邁爾總算是批了，發射照常進行。這一次，獵鷹9號的發射非常順利。火箭把龍飛船送進了太空，然後龍飛船脫離返回。火箭第二級2次點火，把8顆小衛星送進了軌道。火箭的第二級運轉良好，儘管噴管短了一截。

至此，SpaceX的工程師們心裡一塊石頭落了地，火箭有了，飛船也有了，完成NASA的合同應該問題不大，這下研發資金算是不用發愁了。獵鷹9號要經歷更大幅度的升級。

其實獵鷹9號的1。0版本只用了5次，三次是拿來發射龍飛船的測試版。龍飛船在第3次發射的時候和國際空間站完成了對接，這是太空梭退役以後第一次有美國飛船來對接，也是第一艘和國際空間站對接的商業飛船。後來嘛，龍飛船經常光顧國際空間站，隔三差五就溜達一趟。這時候的獵鷹9號用的還是梅林1C發動機，推力48噸。

當時的梅林發動機還是比較拉跨的，推力也不大，比衝也不算高，推重比還算不錯，但是其他指標都比較平庸。但是，馬斯克是想盡辦法的減輕火箭的重量，火箭輕一斤，運載的貨物就多一斤。所以，他在火箭的結構上是非常激進的。我國的火箭普遍都用鋁合金，但是馬斯克的火箭是用鋁鋰合金的。

鋁是一種比較輕的金屬，因此航空業和航天業是離不開鋁合金的，比鋁還輕的金屬基本上沒有幾種，鋰就是其中之一。鋰元素可以說是最輕的一種金屬了，如今鋰元素是戰略金屬，因為到處都要用到鋰電池。沒有這東西，特斯拉電動車就趴窩了。電動轎車根本不可能實用化。可惜鋰元素太活潑，不能用單一的金屬鋰來造火箭，只能和鋁組成合金來使用。

如果用鋁鋰合金來製造火箭的燃料箱，重量可以減輕10%，強度可以增加40%，這種材料可以說是非常適合馬斯克的胃口。獵鷹9號的燃料儲箱就是鋁鋰合金造的。美國在鋁鋰合金方面已經研發到了第三代，我們相對落後一點，現在也能生產一部分第三代鋁鋰合金，C919大飛機的蒙皮用的就是鋁鋰合金的。

為了榨乾重量上的油水，獵鷹9號用的是共底儲箱。也就是說，儲箱長得像個膠囊，一半裝煤油一半裝液氧。中間有隔板分開。我們的長征火箭很少用到共底儲箱，而是分成兩個膠囊，包裹在火箭的內部。這樣的話，重量就大了。

當然，我們也能造大直徑的共底儲箱，但是還沒裝到大型火箭上去使用過。美國人這方面的基礎還是很雄厚的。

反正馬斯克一直在儘量榨取火箭的重量，火箭能輕一點就輕一點。所以，他大膽使用激進的加工技術，什麼結構能保持足夠的結構強度，皮又比較薄呢？那就是在板子的背後做上三角網格加強筋。這種結構很貴的，因為這種結構需要用一塊厚金屬，用數控CNC加工，在背後挖出一個個的坑，剩下的部分就組成了那些加強筋，95%的金屬成了刨花。馬斯克哪裡捨得這麼浪費的，他開發了攪拌摩擦焊技術，背後的那些加強筋，都是焊上去的，這一下就便宜了好多。

發動機需要用計算機來控制，航天領域採用的晶片一般不趕時髦，不會用5奈米7奈米的工藝，因為半導體太細了頂不住宇宙射線的襲擊。時不時地就要算錯，宇航級的積體電路適當粗一點好，65奈米的晶片也比比皆是。而且要做專門的防護設計，留出足夠的冗餘度。

不過在馬斯克看來，火箭只要能工作幾分鐘就夠了。可以用商業晶片來代替，畢竟商業晶片速度快效能更強。為了保證可靠性，可以採用三個晶片來做多保險，也能保證足夠的冗餘度。

梅林1D發動機

下一步就是提升梅林發動機的效能了。梅林1D型發動機基本上可以說是一款脫胎換骨的發動機，推力從48噸提高到了67噸。比衝也提高到了282秒，算是燃氣發生器發動機的榜首了。發動機的重量沒有增加反而還減少了470公斤。推重比大大增加，一下超過了上一代的王者NK33。而且，梅林1D發動機開始利用針栓式噴注器的大幅度節流能力，具備靈活調控有油門的本事了。這就為火箭的回收奠定了基礎。

獵鷹9號1。0版本曾經做過實驗，那就是用降落傘回收一級火箭。但是根本搞不定，降落傘沒法控制，不知道飄到哪裡去了，因此必須有較大的著陸場。更要命的是，降落傘承受不住巨大的下落速度，都被扯碎了，看來此路不通。

沒辦法，只剩下一條路，那就是1級火箭自己反推降落。反正發動機都是現成的，只要搞定二次點火就行。燃料多帶一點就行。當然多帶了額外的燃料，運載的載荷就少了唄，運載能力受影響。但是，獵鷹火箭真是榨乾了油水，自己本身的重量太輕了，即便是加上返航用的燃料，也沒多重，還是有足夠的運載能力的。這也是別的火箭玩兒不轉回收的一大原因。多帶的那點返程燃料會侵佔載荷的份額，裡外裡不划算。

DC-X火箭

火箭反推回收，其實也有公司搞過。麥道公司的三角快帆就是一個典型。這東西代號叫DC-X，外觀有點像瘦長版的金字塔，裝了4臺氫氧火箭發動機。1993年的8月18號，這個怪模怪樣的東西實現了首飛，火箭點火以後，飛到45米高的空中懸停，接下來平移了100米，然後緩緩下降，停在了地上。所以，馬斯克也不是憑空想出來火箭垂直回收的，此前已經有過先例了。

雖然有過先例，但是SpaceX還沒掌握這項技術。他們必須分兩條腿走路。首先是在獵鷹9號火箭上裝上柵格舵，用來控制火箭的下落。看看能不能利用空氣舵來精確控制落點。

這一次用的是新的1。1版本的獵鷹9號，發動機從3x3的方形變成了外圈8個環形排列中間放一個。火箭拉長了一大截，可以裝更多的燃料。頭上的整流罩變大了，可以容納更大體積的載荷。

說實話，馬斯克的這個舉動又把我嚇了一跳。航天業犯忌諱的事兒，他全乾了一遍。要知道東風2號其實就是在東風1號的基礎上的拉長版本。但是火箭是不能簡單拉長的，細長的火箭產生了扁擔效應。一邊扭動一邊飛。結果震壞了導彈上的裝置造成導彈失控，一頭栽了下來。所以，中國航天界都知道，火箭長徑比不能超過15，結果馬斯克直接給幹到19，你說嚇人不嚇人？

那麼馬斯克為什麼喜歡拉長火箭呢？弄個捆綁式不好嗎？下週我繼續說道。喜歡我的講述方式，就關注“科學聲音”吧！