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土星5號(hào) 不能重復(fù)利用，NASA的太空技術(shù)已落后中國一個(gè)時(shí)代？

幾十年來，可重復(fù)使用的火箭在科幻小說中屢見不鮮。但直到2015年，當(dāng)SpaceX的獵鷹號(hào)第一級(jí)首次著陸時(shí)，這個(gè)夢(mèng)想才成為現(xiàn)實(shí)。要知道，NASA可從來沒有嘗試過像SpaceX做的事情，它們迄今為止最接近這類東西的是半可重復(fù)使用的航天飛機(jī)。那么，為什么NASA不發(fā)射可重復(fù)使用的火箭呢？
土星5號(hào) 不能重復(fù)利用，NASA的太空技術(shù)已落后中國一個(gè)時(shí)代？
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為了回答這個(gè)問題，我們需要回到60年代，當(dāng)時(shí)NASA設(shè)計(jì)了土星五號(hào)（Saturn V），并雇傭了承包商來建造它。作為阿波羅計(jì)劃（Apollo Program）的一部分，這枚巨型火箭將宇航員送上了月球。加足燃料，它的體重達(dá)到了600萬磅，相當(dāng)于400頭大象的體重，比自由女神像還高。不過，土星5號(hào)根本不能重復(fù)使用，前兩級(jí)火箭都會(huì)掉進(jìn)海里，第三級(jí)火箭將宇航員送上月球表面，而它最終的結(jié)局就是要么留在太空，要么撞向月球。
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我懷疑那些設(shè)計(jì)大型F1引擎的人究竟是否想過可以制造出這么大的可重復(fù)使用的東西。在太空計(jì)劃的發(fā)展過程中，我認(rèn)為可重復(fù)使用是一個(gè)不會(huì)考慮不到的因素。或許是當(dāng)時(shí)美國政府只專注于將第一批宇航員送上月球，從而忽略了這個(gè)問題，也有可能是兩者利弊取其重。
而NASA的工作人員還指出了土星5號(hào)是犧牲品的另一個(gè)原因。一個(gè)名叫羅伯特·弗羅斯特(Robert Frost)的飛行操作員解釋說，土星5號(hào)的發(fā)射計(jì)劃只進(jìn)行了大約12次，所以使用一次性運(yùn)載火箭更便宜。
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最后，土星5號(hào)的造價(jià)是非常昂貴的，每級(jí)火箭要花費(fèi)1.85億美元，考慮通貨膨脹因素，大約相當(dāng)于今天的13億美元。NASA的財(cái)政負(fù)擔(dān)如此沉重，以至于最初預(yù)計(jì)生產(chǎn)超過15架土星5號(hào)的計(jì)劃不得不被取消。也是直到那時(shí)，該機(jī)構(gòu)才考慮使用可重復(fù)使用的火箭。NASA高級(jí)管理人員喬治·穆勒（George Mueller）倡導(dǎo)開發(fā)一個(gè)完全可重使用的系統(tǒng)，但航天飛機(jī)從來沒有像他想象的那樣完美。工程師們發(fā)現(xiàn)，要讓它完全重復(fù)使用，不僅成本太高，技術(shù)難度也很大。于是，他們決定讓它部分可重復(fù)使用，其中有宇航員的軌道飛行器可以重復(fù)使用，而兩個(gè)固體火箭助推器也可以，它們并不是裝著主引擎燃料的大型外部燃料箱，這個(gè)東西會(huì)在地球大氣層中燃燒。
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盡管有部分材料實(shí)現(xiàn)了可重復(fù)使用，但航天飛機(jī)并未能降低成本，NASA公布每一級(jí)火箭的花費(fèi)都超過4.5億美元。然而，一些獨(dú)立的消息來源估計(jì)，實(shí)際成本約為13億-15億美元，這與土星5號(hào)差不多，但攜帶的有效載荷更少，這也使得它每磅的成本更高。其中一個(gè)原因是航天飛機(jī)需要大量的工作來準(zhǔn)備另一個(gè)任務(wù)，例如需要檢查21000塊隔熱磚塊。同時(shí)，助推器必須從海洋中打撈出來進(jìn)行翻新，所以快速扭轉(zhuǎn)航天飛機(jī)的狀況變得既困難又昂貴。再加上大量生產(chǎn)外部燃料箱的生產(chǎn)設(shè)施，一年最多只能生產(chǎn)24架，而航天飛機(jī)最終平均每年也只飛行4次。
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無論如何，像挑戰(zhàn)者號(hào)災(zāi)難這樣的悲劇也讓這個(gè)項(xiàng)目停滯了好幾年。NASA從未實(shí)現(xiàn)像SpaceX這種私企的快速可復(fù)用性，后者希望有一天太空飛行能像飛機(jī)旅行一樣常見。這是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，SpaceX用了13年的時(shí)間才成功著陸第一級(jí)。與NASA不同，SpaceX一開始的愿景是制造可重復(fù)使用的火箭，并堅(jiān)持了下來。當(dāng)然，其他公司的設(shè)計(jì)也著重可重復(fù)使用，貝索斯的藍(lán)色起源公司設(shè)計(jì)的“新格倫”將是一個(gè)可重復(fù)使用的助推器，ULA（聯(lián)合發(fā)射中心）正在考慮在空中攔截“火神半人馬”的兩個(gè)引擎，而中國也正在研制長征8號(hào)火箭的第一階段著陸。
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盡管火箭技術(shù)取得了很大進(jìn)步，但NASA即將取代退役航天飛機(jī)的新產(chǎn)品仍不能重復(fù)使用。太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）的目的是將沉重的載荷帶到月球，也許有一天，還能到達(dá)火星。它的核心部分是由波音公司制造，但火箭也使用了一些與航天飛機(jī)相同的硬件，將會(huì)丟棄航天飛機(jī)重新使用的RS-25引擎。那為什么不讓SLS可重復(fù)使用呢？NASA表示，這是為了降低成本，加快開發(fā)時(shí)間。因?yàn)橥瑯拥牡览恚粫?huì)經(jīng)常被使用，對(duì)于額外的工程，設(shè)計(jì)如此大的可重復(fù)使用的東西的額外成本與它很少被使用相比，我認(rèn)為成本的權(quán)衡大于可消耗性。它可能一年只起飛一次，而美國商業(yè)部門可是計(jì)劃在未來組織定期的太空旅行。

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