绕月飞行？反正马斯克也不是第一次吹牛皮-王宇波
【文/观察者网专栏作者 王宇波】
马一龙（国内粉丝对埃隆·马斯克的称呼）这周又搞了一个大新闻，他在27日表示，SpaceX将于2018年12月使用重型猎鹰运载火箭搭载“龙”飞船运送两名私人游客绕月飞行，在完成绕月飞行后还将继续飞向深空，然后再返回地球，整个旅途耗时约一周时间。
并不陌生的飞行轨道
根据相关资料表明，马一龙的绕月计划，将采用称之为“自由返回”（Free return）的“地-月-地”飞行轨道，当然相比正常的地月“自由返回”轨道，SpaceX计划飞船在脱离月球引力之后，或者说在利用了月球的引力弹弓之后，进行一定的转向，然后继续向着远离地球的深空飞行，直至抵达50至60万公里的远地点之后返回。如果该计划成功，那么这将是人类所达到的离开地球最远的距离。
在整个飞行过程中，飞船将处于电脑的自动控制之下。由于不需要进入绕月轨道，马一龙所谓绕月飞行，就是在较远的距离上从月球旁擦过。因而在整个飞行过程中，飞船只需要进行细微的轨道修正，来保证飞船不会被月球的引力弹弓甩得过远，或者在返回地球时着陆地点偏差过大。
嫦娥5号T1飞行器走的就是一条标准的“自由返回”地月轨道
说到这里，笔者不由得想起来中国在2014年发射的嫦娥5号T1（CE5T1）试验飞行器。采用东方红三号平台的服务舱携带着嫦娥5号返回舱，同样使用了“自由返回”轨道进行了绕月飞行，轨道近地点200公里，远地点达41.3万公里。
整个CE5T1飞行任务中，得益于中国航天在测控技术上的进步，采用了诸如多站协同、X波段测控体制和新技术算法等手段，长三丙火箭不仅准确地将飞行器送入轨道，而且由于轨道“过于准确”，还取消了原计划中的数次轨道调整。最终东方红三号平台携带的1800公斤燃料，在完成既定任务之后只消耗了500公斤，从而服务平台能够继续进行拓展任务。
此外，不同于早期的嫦娥飞行器，CE5T1在起飞阶段就直接以快速地月转移轨道为目标飞行，因而大大缩短整个“地-月-地”飞行任务所花费的时间。
计算机模拟的阿波罗八号飞行路线，同样是“自由返回”轨道
相比之下，马一龙的绕月计划飞行轨道，实则就是CE5T1轨道的加强版：椭圆形轨道的远地点更高。
在NASA测控体系的帮助下，SpaceX的飞行轨道在技术上并没有太大的难点，飞船也不需要进入实际的月球轨道进行环绕，因而飞船在月球附近并不需要进行点火减速亦或是在绕月轨道上点火返回地球。对于航天大国来说，尤其对于曾经完成载人登月的超级大国来说，这样的绕月飞行轨道可以说是航天测控基本功。
表面上看似激进的马一龙，实际选择的却是相对保守的飞行路线。
载人绕月，新鲜吗？
众所周知的是，美国是世界上唯一一个完成载人登月的国家，马一龙的绕月飞行相比之下有些“小巫见大巫”。不过“阿波罗”计划毕竟是美国在最为疯狂的冷战时期，拼尽全力完成的。在商业航天日渐成熟的21世纪，马一龙的绕月旅行似乎又显得有些新颖和实惠。
阿波罗八号是整个冷战美国登月计划中首次载人接近月球的飞行，其飞行轨道即是“自由返回”，飞船载着三名宇航员从离月球1200公里处划过。
俄罗斯大量用于空间站往返任务的联盟号飞船其实也具备绕月飞行能力
比起巨大的土星火箭和阿波罗飞船，相对小巧的俄罗斯联盟号宇宙飞船实际上也具备地月往返能力。
目前的俄罗斯的联盟号宇宙飞船是国际空间站运输人员的唯一选择，加上在冷战时苏联航天工业自己的航天飞行任务，联盟号已经执行了上百次近地轨道载人航天任务。长久以来似乎“联盟”号给人的印象就是天地往返飞船。
实际上在前苏联载人登月计划中，联盟号飞船的职责便是地月往返，不幸的是由于N-1火箭从未试射成功等原因，苏联的载人登月计划以失败而告终，联盟号的活动范围就此被限制在近地轨道。
相比联盟号，马一龙的“龙”飞船看上去现代化不少
根据苏联的设计，联盟号不止能完成绕月飞行，其储备的速度增量还能使用飞船进入绕月轨道飞行，在绕月轨道上完成任务后，再次点火飞离月球进入月地返回轨道。
在SpaceX的声明中，2018年的绕月飞行选择的是重型猎鹰运载火箭和载人“龙”飞船这样的组合，根据SpaceX公布的火箭和飞船性能参数，这一组合完成此次任务所需要的速度增量是足够的。甚至只要马一龙想，龙飞船还能利用速度增量冗余，来进入真正的绕月轨道。
在这一点上，马一龙又是保守的。
真的保守吗？
马一龙要把龙飞船顺利送入“地-月-地”飞行轨道，计划使用的重型猎鹰运载火箭是最核心因素。
早在2011年，马一龙信誓旦旦的表示，重型猎鹰（FH）将于2013年首次发射。转眼六年过去了，SpaceX依然在折腾普通版的猎鹰-9。截止至目前，猎鹰-9共发射17次，成功15次，成功率88%。这样的成功率用作载人航天，似乎并不能令人放心。
CBC构型的基础是三个同样的芯级并联，提供更大起飞推力的同时降低火箭制造成本，然而大部分CBC构型的火箭都没有安装如此数量之多的发动机
猎鹰-9火箭迄今发射成功率为88%，美国空军发射昂贵的间谍卫星都嫌它不安全，更别提载人航天
在猎鹰火箭身上，马一龙个人保守与激进的矛盾也有所体现。作为一款以煤油为动力的运载火箭，猎鹰-9的梅林发动机结构并不激进：相比俄罗斯的液氧煤油高压补燃循环发动机，仅采用简单燃气循环的梅林发动显得颇为保守。
重型猎鹰从猎鹰-9发展而来，从外观上可以看到F9H在一级阶段采用三个猎鹰-9芯级并联的方式（简称CBC构型）来获得巨大的起飞推力和载荷能力。俄罗斯和美国都有CBC构型的运载火箭，由于芯级和助推器采用一样的箭体和发动机，CBC构型通常能降低火箭的制造成本。
一向抠门的马一龙在节省成本而这一点上更是表现的淋漓尽致，2017年重型猎鹰首射采用的芯级是新造的，但是助推器来自早先回收的猎鹰-9一级段翻新。为了追求火箭性能，猎鹰的箭体设计，例如长径比和干质比等相比其他运载火箭激进许多。在此基数上三个这样的芯级进行并联，将加剧本就冗余度不高的箭体强度问题。
目前重型猎鹰已经完成单芯级地面测试，根据SpaceX测试台的能力，该火箭将不会在测试台上进行并联点火测试，而是直接在卡角的发射台上进行该测试
你啥时候见过托尼·斯塔克忽悠别人帮他做钢铁侠战衣的试验？
此外，由于梅林发动机推力较小，即便是最新的梅林-1D进一步改进型号，其海平面推力仅有845KN（约85吨推力），普通猎鹰-9为了保证起飞推力，就已经采用多达9台梅林发动机。在早期的猎鹰设计还因为发动机布置问题导致箭体共振，SpaceX后来改进发动机布置方式后共振问题才得以解决。
在采用CBC构型之后，重型猎鹰的起飞阶段发动机数量达到27台，如此数量庞大的发动机容易让人想起前苏联的登月火箭N-1。N-1由于发动机数量过多导致的箭体共振，四次发射均以爆炸告终。但是相比N-1大部分发动机固定安装和差动节流，只有少数几个可以单向摆动的设计，猎鹰9的每台发动机都能单独节流和双摆。
加之现今计算机仿真技术发达，无论是猎鹰还是重型猎鹰的整体设计相比苏联暴力堆砌的N-1，稳定性必然高出许多。不过真实的发射环境和地面测试以及计算机模拟难免会出现偏差。然而根据马一龙的计划，今年完成重型猎鹰的首射之后，明年就要发射载人版重型猎鹰，还是飞往月球，在仅有一到两次可靠性验证飞行的情况下，就把人送上天，跟走钢丝又有什么区别？
不过回顾马一龙的个人发展史，他似乎就是一路走钢丝走过来的，只不过这一次的钢丝，别人拿命给他走。真正的钢铁侠都是以身试险，马一龙这位“钢铁侠”，什么时候自己上一次天？
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