不需要任何懷疑,W君算是妥妥的守舊派,昨天晚上和朋友小聚就掰頭起來了,一個結(jié)論——中國乃至于全世界的新銳航天公司都是坑人的騙子。這點事情咱不接受任何反駁。
2500年前,一個憨憨堅定了吃仙丹能長生不老的信念,聽了一個姓徐的騙子的話,哐哐的猛炫重金屬成分的藥丸子,不到50就掛了。這件事也就成了這位為數(shù)不多的劣跡,到現(xiàn)在,就成了對這位的嘲諷黑料了。要說這位本人的英明神武,那是沒跑的;可為什么偏偏在這件事上翻了車?答案簡單——他不懂,缺乏對應(yīng)領(lǐng)域的認(rèn)知。“長生不老,羽化飛仙”這事情在咱們現(xiàn)代科學(xué)的觀點上來看幾乎是不可能的,同時,服用重金屬就成長生這件事也是根本的路線錯誤。
其實,日光之下并無新事。幾千年來這樣的段子幾乎每天都在不同領(lǐng)域上演,這不,最近就輪到了航天領(lǐng)域??偨Y(jié)起來,這類領(lǐng)域認(rèn)知騙局的邏輯閉環(huán)非常清晰:欲望驅(qū)動需求 → 認(rèn)知出現(xiàn)缺口 → 技術(shù)打造神話 → 資源盲目投入 → 欲望繼續(xù)放大。而一旦循環(huán)啟動,哪怕聰明人、資本巨頭,也一樣被裹挾其中,直到笑話徹底揭穿。
昨晚,一個做傳統(tǒng)地產(chǎn)行業(yè)的哥們組局,說他們的集團(tuán)要投資一個火箭項目,知道W君做這行,就叫上W君一起喝了個酒。這也就是開頭的結(jié)論的由來了。
技術(shù)說的神乎其神,氣動減速+水平著落,火箭可以反復(fù)使用……
這件事真不對的!路子走歪了吧?——非常的不靠譜!
來,咱們按照航空航天的思路來捋一捋,為什么說這樣的操作并不是一個好辦法。
這是咱們經(jīng)常說的火箭公式,通常的情況下W君和大家討論的都是公式右邊的V?,也就是燃?xì)鈬姵龅乃俣葘鸺俣鹊挠绊?,但是今天咱們得?ln(m0/mf)了。
m0:起飛時的總質(zhì)量(結(jié)構(gòu)+推進(jìn)劑+載荷);mf:燃盡后的質(zhì)量(結(jié)構(gòu)+載荷),對應(yīng)可回收火箭來說,這就是投送衛(wèi)星一剎那的時候火箭和衛(wèi)星的質(zhì)量。
這兩者的比值,才是真正決定火箭能飛多遠(yuǎn)的硬指標(biāo)。而且,要看到ln(),這是對數(shù)!
在工程學(xué)上,對數(shù)是相當(dāng)可怕的一個存在。它的意思就是:你哪怕只是在質(zhì)量比上動了一點點手腳,火箭的性能都會成倍縮水。這就是所謂的“千斤撥四兩”——好的時候,你多省一點結(jié)構(gòu)質(zhì)量,收益能被 ln() 放大;壞的時候,你多背一點沒用的累贅,損失也會被 ln() 放大。
以我們投送1噸的貨物到150千米高的近地軌道來計算,我們可以代入火箭公式來計算一下,通常液氧煤油發(fā)動機(jī)的比沖是300,這樣我們計算平均的燃?xì)馑俣葹?943米/秒。軌道速度 ≈ 7.8 km/s,加上重力損失、氣動阻力和機(jī)動裕度,總 Δv 要求 ≈ 9.3–9.5 km/s,代入公式:
又因為對數(shù)和指數(shù)互為反函數(shù)關(guān)系,所以,最終我們得到的結(jié)果就是:
也就是說,如果根本不計算任何結(jié)構(gòu)重量的話,投送1噸重的貨物到150km高度的軌道上至少需要23.6噸重的發(fā)射質(zhì)量。
這個計算實際上是火箭燃料+載荷的計算方式,這時候按照這個公式計算的結(jié)果就只是一灘煤油+一灘液氧+一噸貨物=23.6噸。
實際上,m?= m? + m? + m?,mf= m? + m?,其中m? 推進(jìn)劑質(zhì)量、 m? 結(jié)構(gòu)質(zhì)量、 m? 有效載荷質(zhì)量。
所以,我們再去看火箭方程就成了:
這時候如果m?=0 咱們說的發(fā)射1噸貨物,射一枚23.6噸的火箭是成立的,但結(jié)構(gòu)質(zhì)量也就是火箭的殼體、燃料箱、液體火箭發(fā)動機(jī)的質(zhì)量為0是不是不合適啊?
咱們計,m?=500kg如何?這也就是一個完全小得不能再小的結(jié)構(gòu)質(zhì)量了。加上發(fā)射結(jié)構(gòu)質(zhì)量上去,所需要的燃料也會增加,最終這枚火箭的發(fā)射質(zhì)量將落到35.4噸的重量上。
實際上可以推動1噸貨物在150千米軌道入軌而自重只有500kg的火箭結(jié)構(gòu)基本上不存在。
這已經(jīng)是“小得不能再小”的干重假設(shè)了,現(xiàn)實中還要加推進(jìn)系統(tǒng)配管/電纜、貯箱內(nèi)構(gòu)、熱防護(hù)、測發(fā)控、分離機(jī)構(gòu)等。哪怕把 m? 提到1.5 噸(仍然激進(jìn)),這樣火箭的發(fā)射質(zhì)量就來到了50噸以上。
現(xiàn)代航天技術(shù)的一個首要目標(biāo)就是給火箭結(jié)構(gòu)減重,次要目標(biāo)才是研制一個可以反復(fù)回收利用的火箭。
因為在火箭方程里,結(jié)構(gòu)質(zhì)量 m? 每增加一點,都會放大到起飛質(zhì)量 m? 的數(shù)十倍,直接擠壓有效載荷空間。工程上所有的突破,基本都繞不開“輕”。從材料(鋁鋰合金、碳纖維復(fù)合材料)、到貯箱成形工藝(攪拌摩擦焊、整體環(huán)段)、再到發(fā)動機(jī)輕量化(增材制造、整體式推力室),無一不是為了把結(jié)構(gòu)干重往下壓。
只有在結(jié)構(gòu)減重已經(jīng)做到一定水平后,才有可能談“回收復(fù)用”。因為回收必然增加干重:落腿、格柵翼、隔熱罩、控制系統(tǒng)……以及額外的返回制動燃料,這些全是又要往 m? 里塞的,后果就是火箭的發(fā)射質(zhì)量又要變大——這是一個惡性循環(huán)!
那么馬斯克為什么“成功”了呢?這里有均衡點!
馬斯克之所以能讓獵鷹9號復(fù)用“成功”,并不是火箭方程對他格外開恩,而是他抓住了一個均衡點。首先,SpaceX 在結(jié)構(gòu)減重上下了狠功夫,用鋁鋰合金貯箱、整體焊接工藝和高效發(fā)動機(jī),把干重比例壓得足夠低,給復(fù)用留下了余地。
其次,他們選擇多攜帶一部分推進(jìn)劑來完成減速和著陸,這確實讓有效載荷減少了約兩三成,但換來的卻是一級火箭可以多次使用。對比一次性火箭,一級的制造成本往往占總成本六七成,單次造價上千萬美元,而多帶的燃料成本不過幾百萬。
這樣算下來,只要能保持高發(fā)射頻率,節(jié)省下來的制造費用遠(yuǎn)大于性能損失和額外結(jié)構(gòu)投入,經(jīng)濟(jì)賬就劃算了。換句話說,馬斯克成功的秘訣是先做到極致減重,再通過犧牲部分性能換取復(fù)用,用市場規(guī)模和高頻率把成本攤開,這才讓復(fù)用火箭從“物理上的不劃算”變成“商業(yè)上的可持續(xù)”。
但要注意W在寫馬斯克“成功”的時候,這個“成功”是帶引號的。
馬斯克的“成功”之所以要打上引號,是因為這背后更多是一場資本敘事下的階段性均衡,而非鐵板釘釘?shù)纳虡I(yè)閉環(huán)和工程邏輯上的閉環(huán)。
獵鷹9號的確在技術(shù)上實現(xiàn)了復(fù)用,但它能否真正跑通市場賬本,卻遠(yuǎn)沒有那么清晰。一方面,SpaceX 為了搶占市場主動壓低發(fā)射報價,單次 6000 萬美元的數(shù)字里到底包含了多少翻修、檢測和攤銷成本,并不透明;
另一方面,高頻次發(fā)射更多依賴自家的 Starlink 任務(wù)消化產(chǎn)能,而不是外部客戶的充分需求。更關(guān)鍵的是,一級理論上可以復(fù)用十幾次,但每一次回收和翻修都要花錢,這部分成本在財報里并未完全展現(xiàn)。之所以 SpaceX 能持續(xù)前進(jìn),本質(zhì)上還是因為資本市場愿意買賬,源源不斷的融資讓“均衡點”暫時成立。至于猛禽和星艦?zāi)芊裨谖磥碚嬲龘纹鹩?,還真不好說。換句話說,馬斯克的“成功”,目前更多是一種資本驅(qū)動下的表演,而不是徹底跑通的商業(yè)邏輯。
你看這里資本就作為秦始皇出現(xiàn)了——“我是秦始皇,給你打錢”。
但為什么W君說我們國內(nèi)民營火箭公司的氣動減速水平降落更不靠譜呢?這并不是“外國人搞不成中國人也搞不成的邏輯”。
任何事情在工程學(xué)上都是有最優(yōu)解的。例如五代機(jī),最終都像F-22了,尤其是我們的殲-35和F-35都是有幾乎雷同的外觀——這就是最優(yōu)解的大方向。
航天技術(shù)也是如此,而氣動減速水平著落則有點偏離大方向了。
以高超音速的速度墜入大氣減速?!火箭以高超音速大攻角鉆進(jìn)大氣層,靠所謂“氣動減速”來剎車,然后再水平著陸。聽上去很酷,畫在 PPT 上很拉風(fēng),但工程學(xué)上就是逆天難度。高超音速再入時,整根火箭筒子都得承受劇烈氣動加熱。航天飛機(jī)的機(jī)頭和機(jī)翼已經(jīng)搞到過百萬塊隔熱磚,維護(hù)一次要幾個月,成本極高。你一個細(xì)長的火箭筒子全面迎風(fēng),熱流量比航天飛機(jī)更狠,熱防護(hù)的材料和維護(hù)基本不可解。
是不是看到這個先例呢?不得而知。不過W君放話,space X的這個星艦著落的方式也是大概率不會成功的。一樣的原因——馬斯克最終也會折在隔熱問題上。而且星艦本身是貨運(yùn)飛船,并不是運(yùn)載火箭。更別忘了,星艦本質(zhì)上是一艘貨運(yùn)飛船,而不是一枚純粹的運(yùn)載火箭。它要兼顧人員與貨物的再入安全,就必然要做復(fù)雜的氣動減速和隔熱體系,這種設(shè)計方向天生就注定了高成本、高維護(hù)。而對于一個返回來重新利用的燃料罐子,水平減速的意義并不大,而且加劇了結(jié)構(gòu)設(shè)計難度。結(jié)構(gòu)設(shè)計難度增加最終的問題就又指向m?了。
另外一個燃料罐子干嘛非得水平著落?中二??!為了達(dá)到水平著陸的目的還加六個發(fā)動機(jī)?
要我說啊,真不值當(dāng)?shù)?。這幾個發(fā)動機(jī)僅僅是保證了火箭水平著陸,在整個飛行過程中并無其他用處,也就是結(jié)構(gòu)干重了。反而不如人家垂直著落的方案,共用一個發(fā)動機(jī)來的實在。
如果大家再仔細(xì)想想,如果這個大燃料罐子保持垂直著落,是不是連火箭側(cè)邊的隔熱瓦也可以不用裝了?
所以,這時候再去看所謂的“氣動減速水平著落”是不是就不那么香了?
仔細(xì)琢磨琢磨吧……這種設(shè)計在商業(yè)上也沒什么競爭力,即便是增加了額外的發(fā)動機(jī)、隔熱瓦,優(yōu)化了結(jié)構(gòu)承受力,讓躺下來著陸這件事最終可行,但每次發(fā)射大量的燃料用于“中二”表演,投資人真會認(rèn)頭打錢?要知道別人發(fā)射一公斤貨物要500塊錢,你發(fā)射一公斤貨物收人家501塊錢,人家都不會在你這里看表演?!?strong>這是很簡單的商業(yè)邏輯吧?
后記:為什么W君把今天這個內(nèi)容發(fā)到公開領(lǐng)域而不是放在收費的咨詢中呢。其實,我們面臨著一個新興的藍(lán)海市場——就是航空航天領(lǐng)域。這個領(lǐng)域本身是依靠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆e累和小心的求證,而不是靠PPT忽悠投資人。但最近十幾年時間里,時不時的就冒出一堆高端的宇宙術(shù)士在一個很多普通人都不熟悉的航空航天領(lǐng)域兜售概念,騙的是外行的錢,耽誤的是產(chǎn)業(yè)的時間。
其實,在幾年前這種“宇宙術(shù)士”的路數(shù)在國外還要更盛一些。SABRE 發(fā)動機(jī)、Skylon 單級入軌飛行器……幾乎清一色的套路:開局一張餅,能把投資人的錢卷成山;幾年后熱度散了,項目就默默爛尾。PPT 和渲染圖永遠(yuǎn)領(lǐng)先火箭方程二十年。
而最近幾年,隨著私人航天在國內(nèi)放開,類似的戲碼也開始上演。什么“太空計算”“超音速客機(jī)”“可回收火箭”……概念一個比一個玄乎,民間炒得熱火朝天??葱麄鞯臉幼?,好像我們航空航天技術(shù)的真正瓶頸,不是材料、不是動力學(xué)、不是試驗驗證,而是PPT 模板和 3D 動畫軟件的熟練度。
所以,一個時代有一個時代的術(shù)士,一個時代也有一個時代的“仙丹”,換湯不換藥,只是道具從金丹換成了 3D渲染圖,敘事的邏輯卻一脈相承。歸根結(jié)底,欲望制造需求,認(rèn)知形成缺口,術(shù)士編織神話,資本掏出真金白銀,直到笑話徹底揭穿。區(qū)別只是:古代術(shù)士好歹還得花大價錢打一口丹爐,如今連丹爐都省了,一臺筆記本就能忽悠天下。
現(xiàn)在有人買你一枚“仙丹”你覺得大概率是一個騙子對吧,但現(xiàn)在要你投資航空航天說自己能搞出什么酷炫概念的,其實也可以完完全全的當(dāng)作專門騙傻子的騙子先審視一下。至少不能光看ppt,還得看他們真正做過什么。
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