第261章 火箭回收（3 / 3）
显然，我们没有这样的神奇燃料。火箭燃料的比冲通常在几百的区间，大多数市售模型火箭的比冲甚至不到 100。
火箭发射的很多细节会导致，有时使用比冲更低的常规燃料反而能获得更好的性能，而且海平面和太空真空环境下的表现往往不同，这也是第一级助推器通常和第二级使用不同燃料的部分原因。
举个例子，液氢液氧是比较常用的推进剂之一，比冲为 451 秒。最常见的燃料依然是液氧作为氧化剂，搭配 rp-1—— 全称是火箭推进剂 1 號，或精製石油 1 號，本质上是改性煤油，我们也大量使用。它的比冲比液氢低，只有 353 秒。
猎鹰 9 號用的就是这种燃料，大多数火箭也是，原因是它比液氢更容易、更安全地处理、储存和使用。
顺便说一句，最早的火箭燃料之一是乙醇（酒精），比冲 338 秒，只比 rp-1 低一点。所以没错，你可以用生物燃料运营太空项目。
有史以来测试过的比冲最高的火箭燃料是上世纪 60 年代某团队尝试的氟和氢组合，达到 542 秒，但这种燃料被认为不实用。儘管如此，它在过去半个世纪里保持著火箭燃料的纪录。
现在这个纪录正受到挑战，有一种物质叫金属氢，几年前开始受到关注，最近频频登上新闻。我们来简单聊聊它。
这不是一种新物质，最早在 20 世纪 30 年代就被理论预测。我们认为，在木星、土星等行星的大气层深处，足够强的压缩力能把氢从气体变成液体，最终变成固体。
这种物质有很多惊人的潜在特性，包括室温超导性。最近哈佛大学的研究人员认为他们在实验室里製造出了它。近年来这一领域的主要研究者是哈佛大学的艾萨克?西尔维拉，我会附上他几年前为 nasa 写的一份关於其火箭燃料潜在用途的简短报告，以及在此之前他一份討论基本理论的报告。
它的理论比冲不是其他火箭燃料的 300 到 500 秒，而是1700 秒。我们花点时间感受一下这个数字。
还是用刚才的单级火箭例子，如果发射台处总质量还是 11 万千克，最终乾重会达到 68000 千克，同样假设燃料箱重 8000 千克，那么有效载荷就是 60000 千克，而不是最初例子里的 2000 千克。
如果这枚火箭造价 1 亿美元，送入近地轨道的成本仅为每千克约 667 美元，而不是太空梭的每千克 5 万美元，也不是我们之前算的、用酒精燃料、比冲 337 秒的火箭的成本 —— 便宜了 30 倍。
更重要的是，这让单级火箭的想法再次成为可能 —— 能起飞、著陆、加油，不需要多级火箭带来的所有问题，还能採用坚固结构，让轻鬆重复使用成为选项。
基本上就是太空飞机，仅靠內部燃料就能起飞入轨，释放乘客和货物，著陆后再次执行任务。
不用说，我们距离將金属氢用作燃料还有很长的路要走，而且从长远来看，它可能没有我们想像的那么好，或者实际使用並不现实。
我们畅想一下：如果能工业化量產石墨烯製造宇宙飞船，用金属氢作为燃料，那么太空探索就不需要其他任何新技术了 —— 因为你能设计出仅需 40% 质量作为燃料就能抵达近地轨道的飞船，而石墨烯这种材料能让飞船造得更轻、更耐用、更可重复使用。
当然，同样的材料也能让我们造出长长的非旋转天鉤，即便可靠性还达不到太空电梯的要求，到时候你只需要约 25% 的燃料，飞船也不需要那么坚固。
最终你会拥有一套载荷质量超过燃料、火箭和飞船总质量的火箭系统，普通人终於能带著家人坐火箭去轨道度假，或者去月球迪士尼乐园。
我们聊了很多发射系统，顺便说一句，它们大多数都和我们今天谈到的理念完全兼容。但这种经典的火箭技术仍然有很大的发展空间，尤其是如果有人能找到金属氢的量產、储存和安全用於火箭发射的方法。
如果我们能降低火箭製造成本，或者降低回收和翻新成本，再搭配金属氢这类新型超级燃料，发射成本会暴跌到接近我们之前討论过的一些发射辅助系统能达到的水平。
可重复使用火箭会取代它们、让它们变得多余吗？不，就算有金属氢也不会。你始终受限於火箭方程的动力学，所以其他方案依然能取得更好的效果。
而且很多方案也能从火箭的技术进步中受益：比如用金刚石般坚硬的石墨烯製造火箭壳体，会让火箭更轻、更可重复使用，但同时也会让天鉤或太空电梯变得更可行，道理是一样的。
像金属氢这样可能实现的常温超导体，也会让质量驱动器或太空炮更可行。
但它们確实有很大希望让当下的太空旅行变得更便宜，同时通过降低成本打开市场，让太空旅行的需求上升，从而支撑我们討论过、以及未来会討论的一些理念所需的巨额研发和资本投入。
我不认为它们是太空旅行的真正未来，但它们很有希望成为一扇大门，最终打开让普通人能负担得起太空度假、让太空商业和工业利用成为经济主要板块的技术。
从这个角度来说，可重复使用火箭无疑是很长一段时间以来太空探索领域最棒的进展之一。 ↑返回顶部↑
火箭发射的很多细节会导致，有时使用比冲更低的常规燃料反而能获得更好的性能，而且海平面和太空真空环境下的表现往往不同，这也是第一级助推器通常和第二级使用不同燃料的部分原因。
举个例子，液氢液氧是比较常用的推进剂之一，比冲为 451 秒。最常见的燃料依然是液氧作为氧化剂，搭配 rp-1—— 全称是火箭推进剂 1 號，或精製石油 1 號，本质上是改性煤油，我们也大量使用。它的比冲比液氢低，只有 353 秒。
猎鹰 9 號用的就是这种燃料，大多数火箭也是，原因是它比液氢更容易、更安全地处理、储存和使用。
顺便说一句，最早的火箭燃料之一是乙醇（酒精），比冲 338 秒，只比 rp-1 低一点。所以没错，你可以用生物燃料运营太空项目。
有史以来测试过的比冲最高的火箭燃料是上世纪 60 年代某团队尝试的氟和氢组合，达到 542 秒，但这种燃料被认为不实用。儘管如此，它在过去半个世纪里保持著火箭燃料的纪录。
现在这个纪录正受到挑战，有一种物质叫金属氢，几年前开始受到关注，最近频频登上新闻。我们来简单聊聊它。
这不是一种新物质，最早在 20 世纪 30 年代就被理论预测。我们认为，在木星、土星等行星的大气层深处，足够强的压缩力能把氢从气体变成液体，最终变成固体。
这种物质有很多惊人的潜在特性，包括室温超导性。最近哈佛大学的研究人员认为他们在实验室里製造出了它。近年来这一领域的主要研究者是哈佛大学的艾萨克?西尔维拉，我会附上他几年前为 nasa 写的一份关於其火箭燃料潜在用途的简短报告，以及在此之前他一份討论基本理论的报告。
它的理论比冲不是其他火箭燃料的 300 到 500 秒，而是1700 秒。我们花点时间感受一下这个数字。
还是用刚才的单级火箭例子，如果发射台处总质量还是 11 万千克，最终乾重会达到 68000 千克，同样假设燃料箱重 8000 千克，那么有效载荷就是 60000 千克，而不是最初例子里的 2000 千克。
如果这枚火箭造价 1 亿美元，送入近地轨道的成本仅为每千克约 667 美元，而不是太空梭的每千克 5 万美元，也不是我们之前算的、用酒精燃料、比冲 337 秒的火箭的成本 —— 便宜了 30 倍。
更重要的是，这让单级火箭的想法再次成为可能 —— 能起飞、著陆、加油，不需要多级火箭带来的所有问题，还能採用坚固结构，让轻鬆重复使用成为选项。
基本上就是太空飞机，仅靠內部燃料就能起飞入轨，释放乘客和货物，著陆后再次执行任务。
不用说，我们距离將金属氢用作燃料还有很长的路要走，而且从长远来看，它可能没有我们想像的那么好，或者实际使用並不现实。
我们畅想一下：如果能工业化量產石墨烯製造宇宙飞船，用金属氢作为燃料，那么太空探索就不需要其他任何新技术了 —— 因为你能设计出仅需 40% 质量作为燃料就能抵达近地轨道的飞船，而石墨烯这种材料能让飞船造得更轻、更耐用、更可重复使用。
当然，同样的材料也能让我们造出长长的非旋转天鉤，即便可靠性还达不到太空电梯的要求，到时候你只需要约 25% 的燃料，飞船也不需要那么坚固。
最终你会拥有一套载荷质量超过燃料、火箭和飞船总质量的火箭系统，普通人终於能带著家人坐火箭去轨道度假，或者去月球迪士尼乐园。
我们聊了很多发射系统，顺便说一句，它们大多数都和我们今天谈到的理念完全兼容。但这种经典的火箭技术仍然有很大的发展空间，尤其是如果有人能找到金属氢的量產、储存和安全用於火箭发射的方法。
如果我们能降低火箭製造成本，或者降低回收和翻新成本，再搭配金属氢这类新型超级燃料，发射成本会暴跌到接近我们之前討论过的一些发射辅助系统能达到的水平。
可重复使用火箭会取代它们、让它们变得多余吗？不，就算有金属氢也不会。你始终受限於火箭方程的动力学，所以其他方案依然能取得更好的效果。
而且很多方案也能从火箭的技术进步中受益：比如用金刚石般坚硬的石墨烯製造火箭壳体，会让火箭更轻、更可重复使用，但同时也会让天鉤或太空电梯变得更可行，道理是一样的。
像金属氢这样可能实现的常温超导体，也会让质量驱动器或太空炮更可行。
但它们確实有很大希望让当下的太空旅行变得更便宜，同时通过降低成本打开市场，让太空旅行的需求上升，从而支撑我们討论过、以及未来会討论的一些理念所需的巨额研发和资本投入。
我不认为它们是太空旅行的真正未来，但它们很有希望成为一扇大门，最终打开让普通人能负担得起太空度假、让太空商业和工业利用成为经济主要板块的技术。
从这个角度来说，可重复使用火箭无疑是很长一段时间以来太空探索领域最棒的进展之一。 ↑返回顶部↑