第261章 火箭回收

  李水旺新一期视频：

  所以今天的主题是可重复使用火箭—— 一项正在大幅降低发射成本的新兴技术。我们还会討论我们使用的一些燃料，包括金属氢—— 一种可能性能大幅提升的新型燃料。金属氢最近备受关注，也像往常一样被大肆炒作，但它对火箭和太空飞行而言，確实有成为顛覆性技术的真正潜力。所以我决定在今天的討论中加入它。

  一次常规的火箭发射要花费数亿美元。事实上，我们估算，太空梭项目如果把全生命周期成本都算上，再除以总发射次数，平均每次发射约 15 亿美元。太空梭通常能运送不到 3 万千克的货物和人员载荷。如果用这个数值去除 15 亿美元，我们会得到每千克约 5 万美元的发射成本。

  我们常说，將载荷送入太空的主要成本是燃料，但事实並非完全如此。燃料的原始成本虽然很高，但通常不到发射成本的 1%，真正昂贵的是火箭本身。发射一枚火箭可能要消耗 10 万加仑液氢，但这只需要几十万美元，而不是几亿美元。假设一次发射的燃料成本为 300 万美元，那么每千克成本也只有约 100 美元，和我们在这个系列中了解过的一些更优系统差不多。

  火箭的问题確实和燃料有关，但不是燃料本身的稀有成本，而是与携带燃料、燃烧燃料、提升速度相关的所有成本。一枚常规火箭助推器可能要花费 1 亿美元，而实际燃料可能只值 100 万美元。不用说，如果我们能重复使用那枚火箭，加满新燃料，成本会大幅下降。

  这么一个简单又显而易见的省钱办法，人们本该立刻就付诸实施。这正是太空梭项目背后的理念，它的大部分部件都是可重复使用的。我们稍后会以它为例，但在此之前，我想强调火箭所承受的力和压力有多么惊人，並把它和汽车做个对比。

  假设汽油在你的车辆使用周期內平均每加仑 2.5 美元，你花 2.5 万美元买了这辆车，油耗是每加仑 30 英里，也就是每升约 50 公里。我们还假设你把车开到 30 万英里（约 50 万公里）才报废，另外花了 2.5 万美元用於保养，贷款的保险和利息又花了 2.5 万美元。

  大多数人往往认为车辆的主要使用成本是燃料，但按照这个里程和油价，车报废前你会用掉 1 万加仑燃料，总共花 2.5 万美元。顺便说一句，这些燃料的质量是 2.8 万千克，大约是车重的 20 倍，这个比例和大多数火箭的燃料与所发射载荷的质量比相当接近。

  基於这些数字，你总共花 10 万美元开了 30 万英里，平均每英里 33 美分，每公里 20 美分，其中只有四分之一是燃料成本。汽车算是我们拥有的可重复使用性最高的机械之一，即便如此，燃料成本也只占总成本的四分之一。

  火箭也是一种消耗数千加仑燃料的设备，但它只在几分钟內就烧完，而且必须做得超轻以减少燃料消耗，同时还要能承受如此快速燃烧燃料带来的应力，还要以惊人的速度飞行。

  我们来看看太空梭的外燃料箱 —— 它是太空梭唯一不可重复使用的部分。它有著泡沫隔热层那种標誌性的锈橙色，非常好认。我们过去把它漆成白色以反射光线，但很快就决定没必要这么做，去掉油漆能省下不少重量。那层油漆重近 300 千克，而且它並不是特別厚重的油漆，只是这个燃料箱实在太大了。把它侧著放在美式橄欖球场上，能占掉大约一半的场地。

  要知道，这个燃料箱空重约是油漆重量的 100 倍，加满燃料后约是油漆重量的 2000 倍。这能让你明白，火箭上每一克重量都多么宝贵。

  我们討论让火箭可重复使用时，显而易见的思路是给火箭增加坚固结构，但这会引发一个恶性的燃料质量比循环，我们稍后会讲到。

  这个燃料箱里装的是液氢和液氧的混合物，需要保存在极低温度下，极地冰层都会为之颤抖，我们会把它们点燃 —— 有趣的是，燃烧產物是水蒸气 —— 同时以让喷气式飞机看起来像乌龟的速度衝破大气层。

  想像一下，你打开引擎盖，放掉冷却液和机油，然后掛空挡让引擎空转直到没油。想想这会给引擎带来多大的应力，请务必只是想像，不要真的这么做，因为至少几分钟內你就会毁掉引擎。