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走进贝佐斯的秘密火箭工厂

来源:南方都市报     2016年04月10日        版次:GB02    作者:宇

    贝佐斯站在火箭发射台前。

    工程师正在组装新谢泼德乘客舱。

    继伊隆。马斯克和理查德。布兰森之后,又有一位技术大亨瞄准了太空旅游。亚马逊创始人杰夫。贝佐斯的太空旅行公司蓝色起源于4月2日再次成功发射并收回二次使用的火箭,朝着可重复使用航天器又迈进了一部。日前,一直很神秘的蓝色起源公司首次对记者们敞开大门,并由老板贝佐斯亲自担任导游。

    神秘的蓝色起源

    在西雅图郊外的一片工业区的道路尽头有占据了半个街区的机库式建筑,外面围着高高的围墙,而且看不到任何的标志或名称。这里就是亚马逊网站首席执行官杰夫。贝佐斯的航天公司蓝色起源(B lu eO rigin)的总部。虽然不能称为绝密项目,但对外界而言这家公司依然非常神秘。多年来,对于媒体而言它就像个封闭的神秘国度,直到两周前,蓝色起源才首次邀请记者进入总部参观它建造飞船和火箭的地方。身穿蓝白格子衬衣和牛仔裤的杰夫。贝佐斯走进房间,他将亲自担任导游。

    作为亚马逊网站创始人,贝佐斯不但推动了网络零售业发展,根据2016年《福布斯》富豪排行榜他还是世界第五富有的人,但太空却是他的最爱,从5岁开始,他就梦想建造火箭,到太空旅行,蓝色起源正是这个梦想杰出的果实。

    蓝色起源总部占地近30万平方英尺,由原来的波音公司厂房改造而成。上个世纪,用于开凿英吉利海峡海底隧道的钻头就诞生在这里。从正门进去是一幢标准的办公大楼,但增加了一些技术公司的玩具。比如在二楼和三楼之间的中庭摆放着根据科幻作家儒勒。凡尔纳的构想制作的飞行器模型。中央空间零散地陈列着贝佐斯个人收集的科幻题材和航空纪念品。

    这是一座真正的工厂,在我们参观过程中时时能听到工具发出的嗡嗡声。技术人员正在研制两个新谢泼德推进模块,同时,3D打印机和其他的先进生产机器正在生产其他更多零件。公司计划先建造6个新谢泼德太空舱,但可能根据需求提高产量。现在蓝色起源还没有开始售票,甚至没有给机票定价。

    工厂地板上摆放着两个新谢泼德太空舱。它们最终将装载乘客进入太空。由于完全自动化,无需飞行员,内部的6个躺椅都是乘客座位。不同于正在测试中的这款,这两个新的版本开了窗户。

    按构想,6名太空游客将自己绑在太空船内的,乘坐火箭升入距离地面62英里(100公里)的空中。他们的飞行速度还不足以进入亚轨道,但能体验几分钟的失重,并在飞船返回大气层之前观赏到在黑色太空映衬下的地球曲线。

    6个太空舱并不能全部投入商业服务,其中一部分可能在测试中报废。在2015年4月的失败着陆尝试中已经有一个推进模块被毁。贝佐斯说,第二个推进模块依然可能遭遇类似的不测。今年晚些时候,它将被用于乘客舱紧急逃生测试。贝佐斯预测,如果一切进展顺利,蓝色起源将于2017年开始载人飞行测试。最早可以在2018年开始载客。但这位52岁的技术大亨表示,他并不着急,“我坚决认为,太空(项目)不能有任何的投机取巧。”

    可重复使用火箭

    工厂一半的空间被两个大厅占据,里面装满了各种车床、磨具以及其他用于制造引擎、火箭和飞行器零件的机器。几乎每台机器都有几层楼高。其中最大的4台机器由日本著名的机床制造商山崎马扎克制造,每台的大小都不亚于一幢房屋,售价约100万美元。这里生产的零件立刻会被送到工厂的另一边进行组装。

    走过转角,突然出现一个正在涂绝缘层的巨大火箭油箱。它属于新谢泼德第3个推进模块(火箭)。第一个在去年4月坠毁,第2个已经完成两次成功发射。很快,这一个也将被卡车运往西得克萨斯发射场。蓝色起源的工厂大部分都被用于研发BE-4火箭引擎。贝佐斯终于允许少数记者探访他的火箭工厂内部很大原因可能正是BE-4(蓝色引擎4号)。蓝色起源正在和老牌航天公司Aero jetRocketdyne(喷气发动机-火箭达因)争夺为新型火神(V ulcan)火箭建造引擎。这绝非普通火箭,它将成为U LA的旗舰发射工具。ULA是“联合发射联盟”的简称,是军用航天承包商洛克希德-马丁和波音公司的合资企业,承担着美国大多数国家安全负载的发射任务。

    ULA目前的主力火箭宇宙神5号(AtlasV)完成了60次完美无瑕的发射任务。但由于采用俄制RD-180引擎,一直为人诟病。2014年,在乌克兰和克里米亚危机后,随着美俄关系恶化。国会要求ULA停止对RD-180的依赖。作为对俄经济制裁的一部分,美国国会去年颁布法令,禁止在发射美国军用卫星的火箭上使用俄罗斯引擎。

    在火神火箭引擎的角逐中,蓝色起源无疑占有优势地位。但作为老牌的航天承包商,Aerojet Rocketdyne在国会有不少的朋友。去年,蓝色起源得到ULA一笔未知数额的投资,而Aerojet Rocketdyne的AR1引擎据说得到超过5亿美元的联邦政府拨款。

    贝佐斯邀请记者走进他火箭工厂是因为他希望让世界知道,他的引擎更好,由私人资金研发,而且会比AR1引擎更早投入使用。“如果ULA选择AR1,将导致巨大拖延,”贝佐斯说,“美国将不得不继续长期依赖俄罗斯引擎。而我们4年前就已经开始这个项目,用不着仓促地赶进度。”

    蓝色起源计划在今年年底之前完成B E-4的首次完整发射试验。新引擎的推力达55万磅,动力是新谢泼德亚轨道飞行系统使用的BE-3的5倍。和体型较小的BE-3一样,BE-4同样可以反复使用,设计使用次数不低于25次。

    贝佐斯解释他的火箭研发哲学说,“我们的策略是采用高性能结构打造中端性能版本。”他的意思是俄罗斯R D-180引擎为高性能结构的高端版。它使用最佳的材料来实现最优性能。但是并非没有代价。在发射时,R D -180产生的燃烧室压力达3700 psi(磅/平方英寸)。与之相比,BE-4的燃烧室压力只有1950 psi.

    研发一款像R D -180这样的高端引擎需要十数年的时间,复杂程度相当于研发航天飞机主引擎。它要求使用昂贵的材料。这样做的好处是,引擎的重量较轻,推力重量比更高。但它的实际推力并不比BE-4优越多少,后者建造起来更容易,由于没有突破性能极限可以反复使用。这并非只是理论。4月2日,蓝色起源的新谢泼德火箭从西得克萨斯州发射场升空,抵达339138英尺(103369米)高空后返回地球,实现完美着陆,火箭携带的无人客舱在分离后也平稳降落。这已经是蓝色起源第3次成功降落一枚旧火箭。蓝色起源还计划不断发射和重新发射这枚新谢泼德火箭,每一次成功的着落都意味着朝着可反复使用火箭的目标又前进一步。

    新谢泼德火箭采用单个BE-3引擎,火箭的翻新成本只有“小几万元,”贝佐斯说,在第一次使用后,他的技术人员甚至根本没有将引擎从火箭上拆下来。“我们只是检查确证没有问题后就放行了。从一开始,它就是为了反复使用而研制的。”

    按照计划,下一步是为一个更大的飞行器研制推力更大的引擎。2014年,蓝色起源在开始开发B E - 4引擎约两年后和U LA建立合作。由于U LA需要更强劲动力。BE-4的推力从40万磅提升到55万磅。另一家公司O rbital A T K(轨道A T K)也开始和蓝色起源合作,开发第二级火箭的引擎。“世界领先的火箭公司选择了我们的推进方案,确实让我们感到欢欣鼓舞,我想这是因为B E -3在亚轨道实验中证明了它的先进性,”贝佐斯说,“首先,它采用的是最难驾驭的氢燃料。其次,它可以调节推力大小。”

    蓝色起源还计划以B E -4引擎为基础自己建造更大的火箭。它将能抵达近地轨道,目前暂时被称为V eryBigBrother(超级大哥)。蓝色起源计划用更大的火箭来发射卫星、将人送入轨道。而V eryBigBrother只是一个开始。“为了实现我们的目标,拥有更大型的发射装置将更有效率,”他说,“它将比我之前所建造的任何东西都大。我们不会止步于此。”

    私人航天业的激烈竞争

    除了蓝色起源之外,还有几家美国公司在争夺私人航天业务,其中包括伊隆。马斯克的SpaceX和英国富翁理查德。布兰森的维珍银河(Virgin Galac-tic)。贝佐斯并不在乎是否能成为第一家向公众提供太空旅行服务的私人公司。他真正的目标是不断完善公司设备,实现每年100次亚轨道飞行,他说安全是首要目标,其次是不断削减航天发射的成本,最终让建造火星基地成为可能。关键在于建造可以反复使用的太空飞船,这也是蓝色起源的重要目标。“用一次就扔掉硬件绝不是持之以恒的办法。”

    就在几个月前,蓝色起源的竞争对手SpaceX的一枚Fal-con9(猎鹰9号)火箭降落在佛罗里达卡纳维拉尔角的发射台上。两者所取得的成就有着显著区别:SpaceX的火箭是从近地轨道返回的,而蓝色起源的火箭最远只抵达距离地表约100公里,即区分太空与地球大气的卡门线(K arm anline)。显然从近地轨道返回更困难。SpaceX表示可能不会再次使用成功返回的“猎鹰9”火箭,现在这枚火箭已经变成某种历史遗产,但他们正在测试它究竟能否承受第二次使用。

    总之,重复使用能力是所有私人航天公司共同奋斗的目标。如果火箭可反复使用,航天成本将大幅削减,每次太空旅行只需花费燃料费,不再需要耗资几千万美元重新建造一枚飞行器。在近期,这将大幅缩减向国际空间站运送物资的成本。但蓝色起源表示,他们的最终目标是让数百万人在太空工作和生活。贝佐斯说,“在航天旅行开始以来,半个世纪过去了,最多人类同时停留太空的记录才13人。我们有很长的路要走。要探索整个太阳系,首先要打好基础,这正是我们所作的。”

    蓝色起源不仅是只为富人服务的高价太空旅游公司。它希望通过旅游和娱乐推动太空旅行和火箭发射技术。贝佐斯将太空旅行比作航空时代之初的飞行巡回表演。这些飞机在美国城市之间飞来飞去,邀请人们感受乘坐飞机的感觉,让公众熟悉飞机这种新的交通工具。“虽然只是娱乐,但同时也推动了航空的发展,”贝佐斯说,“在早期,飞机并没有太多实际的用途。这些巡回表演飞机也无法承担重任。但娱乐用途推动了飞机的使用,让很多飞机得以制造,进而推动了飞机的设计和制造技术。然后才出现航空邮递和其他真正实用的服务。”

    网络大亨的太空殖民梦

    作为互联网零售业务的先锋,贝佐斯是一位无情的竞争对手。他曾挑战沃尔玛等企业巨头,并大获全胜。但在这位网络大亨心中依然藏着一个孩童。在对话过程中他不时发表有趣的评论,还时时开怀大笑。在自己的火箭工厂里,他就像是一个拿到玩具的孩童。

    从蓝色起源办公楼展示的贝佐斯收集的纪念品就可以发现是什么在推动他的太空殖民梦。这些大型玩具见缝插针地摆放在二、三层楼,其中包括《星际迷航》三部曲影片中使用的宇宙飞船的模型、还有上世纪70年代驻守俄罗斯拜科努尔航天中心(俄罗斯的第一枚卫星就在这里升空)的一名苏联士兵收藏的相册。几年前,贝佐斯还将自己收藏的阿波罗11号火箭引擎捐献给史密森航天博物馆。

    显然,像很多同时代的人一样,他也是在对太空的憧憬中长大。孩童时代的贝佐斯读着科幻小说,看着《星际迷航》想象在当自己长大后,人类已经飞出月球,踏足太阳系更远的地方。虽然创建亚马逊让他累积了大多数人难以想象的财富,美国缩减载入航天规模撤回近地轨道的决定依然让他深感失望。于是,他于2000年自己创建了蓝色起源。最初,公司只有他和6名工程师。一开始,他们曾尝试研究新型化学火箭,但似乎找不到更好的摆脱地球重力的方法。他意识到,冯。布劳恩(阿波罗计划之父)在上世纪五六十年代就已经找到了完美配方。但是,冯。布劳恩没有电脑模拟流体动力或3D打印等先进工具。贝佐斯相信在这些新工具的帮助下,能够造出可重复使用的火箭和航天器。几乎每个星期三他都会到蓝色起源,或是巡查工厂,或是研究技术细节。贝佐斯相信,有一天,N A SA(美国宇航局)和其他的传统航天公司将会不得不接受他和伊隆。马斯克和其他新航天产业领导人开创的廉价航天模式。然而必须有人来带头。于是贝佐斯站了出来。

    “我认为,最终,我们所有的航天公司都会盈利。我喜欢盈利的东西,这意味着可以持续。只要有必要,我会一直资助下去。当然有更容易的赚钱方式。如果根据风险回报可能性来投资,没有人会选择航天。但是与此无关。选择它就像肩负起一项使命。因为你认为这对人类很重要。我的构想是让数百万人能够在太空中工作和生活,”不只是为了娱乐或冒险,而是为了保护地球。“人均能耗正以每年约2%的速度增长,并且这一趋势已经持续多年……我们都从中获利。”他举例说,“比如在自己家中,在邻居的帮助下用传统方式生下孩子,相比去医院生产显然更节能,但是医院出生的婴儿存活率显然更高。在我看来,我们生活的世界相比100年前要好多了,而100年前显然比200、300年前更好,这在很大程度上要归功于能源的利用。”

    “即使使用节能技术,我们的能耗依然在不断增加。按照2%的增长速度,200年后必须将全部地球表面覆盖上高性能太阳能电池,才能满足人类的能源需求。我们现在已经知道,至少在太阳系内,地球是唯一适合人类生存的星球……我们无法找到另一颗地球,我们也无法让地球表面布满太阳能电池。因此,我们只有几百年的时间来解决这个问题。”

    “当然,”贝佐斯补充说“有一些激进的解决方案,比如人口控制,但我认为更为理想的情况是逐渐向太阳系其他星球发展,将地球留给居住和发展轻工业,尽可能地保持这颗伟大星球的生态,将所有的重型工业搬离地球,搬到能源和资源更充足的地方。我谈的是未来几个世纪的构想,但对于整个人类而言,这其实并非很遥远的未来。”即使抛弃这些使命,太空探索本身就是非常有意思而且有意义的事情,他说,“谁会不愿意去太空旅行呢?”

    编译:宇

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