最近一段时间，靠回收火箭红爆网络的SpaceX公司似乎淡出了公众视野，意外的销声匿迹了。而其创始人伊龙马斯克也正因为旗下特斯拉汽车的首次无人驾驶致死事故而忙得不可开交，在媒体上四处发声，应对各方的质疑和批评。事实上，这段意外的静谧只是狂风暴雨前的短暂宁静，SpaceX最近正在做一件前所未有的事情——强制带薪休假！（咦，哪儿飞来的板砖？）
SpaceX员工在经历长达数月的高负荷工作后，确实已经需要休息了。2016年已经过半，笔者曾在年初撰写过两篇文章展望SpaceX今年将带给我们的惊喜（文章链接见文末），有些预言如期应验（包括推迟的预言），有些则是意外惊喜。总之，现在是一个合适的时候来重新展望下这家只有不到5000人的私营航天公司接下来能为世界航天业带来什么样的震撼和惊喜了（内含各种爆料呦）。
1猎鹰9火箭回收的及格考试：
首先关注一下SpaceX的下一次发射任务，第九次为国际空间站输送载荷，而这距离上一次回收失败已经一月有余。
时间：北京时间7月18日 中午12点45分
载荷：CRS-9货运龙飞船+IDA-2国际通用对接口 (共6.77吨)
轨道：低地轨道（LEO），与国际空间站会合
芯级：F9-027
地点：卡角 SLC-40发射台
回收：返回陆地回收 RTLS，着陆场卡角LZ-1
CRS-9任务的非正式任务徽章
此次任务将进行久违的陆地回收方式（上次陆上回收还是去年12月份，也是首次回收成功），火箭一级在分离之后将重新点火，掉头飞回发射场，在发射台不远的LZ-1（LANDING ZONE 1）着陆场着陆，完成此次回收。
这个炫美夺目的X只有在猎鹰9的陆上回收任务重才得一见，很幸运，10天之后就有可能看到了，通常的发射只有一条亮线
图为长征七号首飞的延时叠加摄影作品，因为是一次性火箭，只有一条亮线
之所以说这是一次“回收的及格考试”，是因为CRS任务的载荷为货运龙飞船，飞船连同载荷一般不超过7吨（早期载荷甚至只有1吨多）。而且目标轨道为400km左右的低地轨道（LEO）。因此纵使返场回收浪费了大量燃料，但是火箭留给火箭一级回收所用燃料依旧富裕，加之回收过程的再入工况也不如GTO任务恶劣。火箭可以三次反推点火，宽敞而坚实着陆场的容错空间也远大于海上驳船回收。所以CRS的陆地回收是一次非常宽松的回收考试——排除了一切影响回收的不利因素，充分考验火箭本身的VTVL能力。
位于卡纳维拉尔角的LANDING ZONE 1（LZ-1）着陆场，够宽敞吧，SpaceX还要再加两个着陆场，以应对未来重型猎鹰火箭三发同时回收的壮观景象
另外两个着陆场正在当地进行环评公示，但愿当地居民不要为难SpaceX
除此之外，此次CRS-9任务其实还有一个更加至关重要的任务，就是非加压货舱将搭载IDA-2国际通用对接口，这种安装了这种对接口，未来载人龙和星际线两款新一代载人飞船才能与国际空间站顺利对接，如果对接口无法如期送达国际空间站。那么考虑到新的IDA的制造周期和发射事故调查的延误，明年的载人龙首次发射（DEMO-1）必将化为泡影，而载人龙任务的推迟又使得新一代载人龙飞船的逃逸/着陆用发动机——SuperDraco无法得到充分验证，后续又将对2018年的红龙任务造成造成巨大影响，可谓环环相扣。所以这次任务明显是不容有失。
此次发射主角，IDA-2对接口
由于SpaceX在CRS-7任务中打飞了IDA-1对接口，NASA只能把IDA-2挪下来顶替，IDA式对接口的设计和制造规范已在网上公开，有兴趣的可以找来看看
近期SpaceX发射的主发动机关机（MECO）和飞行参数汇总，可以发现，每次回收和发射都有所微调，证明SpaceX正在摸索当前技术状态下猎鹰9火箭回收的极限
上月双星发射任务回收着船的最后动画，由于液氧彻底耗尽，可以看到火箭最后时段突然失去动力，一屁股坐在了甲板上，升起滚滚浓烟，由于中途的发动机失效，可见此次回收基本榨干了火箭的性能
此次IDA-2将放置于货运龙飞船的非加压货舱内
考虑到CRS-7任务的惨烈失败，SpaceX公司在后续CRS任务中为货运龙飞船添加了紧急开伞程序，如果再发生类似的火箭解体，货运龙飞船可以像再入大气层一样自动开伞，平稳着陆海面，拯救飞船加压舱内的货物和补给。这也是目前为止为国际空间站送快递的5款货运飞船中唯一能够实施紧急自救的一款，这正是因为货运龙飞船是目前现役货运飞船（包括我国的天舟）中唯一具有货物下行能力的飞船（就是将货物从太空带回地面，其他几款飞船都是在大气层中燃烧自毁）。
只有货运龙飞船才有再入的这一幕
至此，细心的读者会惊讶地发现，如果SpaceX只是一家想靠CRS合同敛财混日子的发射承包商的话，可以再入返回的龙飞船完全是自找麻烦。返回式飞船需要开发舱内环控系统，额外的飞控软件，防热大底，降落伞，建立回收和遥测体系等等，听听都头大。像轨道科学公司学习多好，廉价的NK33发动机攒一个火箭，再来一个易拉罐飞船，拿着CRS合同高枕无忧，赚得盆满钵满。SpaceX何必自己跟自己过不去，非要开发一款能再入的飞船？如果说非要让着一切看起来合理，那么这么做只能解释为——情怀！
对，情怀！
设计台词：你说啥？情怀？买情怀送手机还是买情怀送火箭？
2情怀满满的2018红龙任务：
大家都知道SpaceX有很多吹过又圆不回来的牛，比如重型猎鹰火箭（简称FH）的交叉燃料输送，猎鹰9火箭二级的回收。但是抛开这些，我们只要对已经和即将完成的技术革新做一个简单梳理，SpaceX的整个技术路线就霎时间清晰起来，各项技术和航天器之间前后相继，各种技术环环相扣，这些技术和试验早已超越了一个靠给国际空间站送食品、小白鼠和笔记本的公司所应该具有的水平。所以这一切还是只能解释为情怀——昭然若揭火星情怀。而这种火星情怀最好的例子就是今年4月份公布的2018年红龙火星技术验证任务。笔者已经多次撰文介绍此次红龙任务（详见文末链接）。之所以再一次拿出来深入介绍这次任务，不知是因为更多的内幕消息，也是因为任务本身有着如下开创性的特色：
第一次由私人企业自行筹资发起的火星无人探索任务；
第一次采用全程反推的方式进行火星EDL（进入、下降、着陆）；
第一次由NASA“技术入股”的深空探索任务；
SpaceX火星殖民计划的关键技术验证载具。
2018年，重型猎鹰火箭搭载红龙飞船正式启程火星
说起SpaceX的火星殖民大计，堪称航天领域最出名的“大饼”了。但事实上说起航天领域的大饼，可谓是家家都有，波音也有，ULA也有，蓝源也有。如果粗看起来，都堪称宏图远景，电推核推，地月空间站，小行星采矿，各种黑科技层出不穷。但是这些大饼的共同特点就是——少有哪家真的从发射利润中挤出钱来自费进行一次颇具风险又无人买单的测试任务。而是基本上都在不断细化方案，深入论证，制作更漂亮的PPT，最后坐等NASA给钱，否则一动不动。所以如果我是马斯克，等着NASA拨款来验证这项技术不是更好？不用花钱还能赚钱，搞砸了也不会怎么样，我只是个承包商，NASA背锅专业一百年！
我们下面举个例子，近日素来以垄断著称的联合发射联盟（ULA）刚刚公布了自己的太空大饼，笔者截取几张以飨读者。
ULA最新公布的“大饼”是在2045年左右通过四步走计划把1000人送入地月空间生活，工作
通过采集月壤生成往返运输的推进剂，使得低成本建立月表及轨道太空工厂，太空太阳能电站（下图），及开发旅游业成为可能
计划主要依靠两级可重复使用火神火箭（尤其是魔改ACES）来担任运输拖船任务
ULA大饼概无例外，除了火箭都不是自己的，包括PPT里面的三款航天器，坐等NASA和其他小白鼠上当拿钱
我们书归正传，相对于这些“花里胡哨”的大饼，SpaceX的红龙任务已经在自己曾经挖过的大坑中填上了第一锹土。近日据外媒“”传闻，SpaceX公司的内部团队已经基本完成了2018红龙飞船的软件开发，转入测试阶段（Testing the automation of Red Dragon's systems is supposedly underway.）。由于这是一次“情怀满满”自掏腰包任务，据马斯克推特宣称红龙发射所用的重型猎鹰火箭（简称FH）将从未来商业发射回收的FH火箭中遴选出状态较好的箭体实施。FH从首射开始就是芯级助推级全回收的，只要FH顺利，攒出来是没问题的。而红龙飞船又是从未来回收的载人龙飞船基础上改造而成。可以说，SpaceX只需要制造一个全新的二级，而且还是SpaceX自己生产的，几乎是成本价，就可以完成这次任务。此外还可以选择收费搭载一些小国家或其它科研机构的载荷（好吧，就是NASA），这次任务虽然谈不上利润，但是现金上根本没什么压力。由此可见，马斯克的成本压缩能力和复用思路威力，同为火星探索任务的好奇号花费高达25亿美元，老马则要用好奇号零头的钱一口气送上去两个好奇号重量的载荷！老马也通过这种方式使得自己的情怀有了施展的空间，否则情怀就真变成吹牛了。
SpaceX的火星之路显然已经从红龙开始了
国外网友制作的红龙进入火星大气层的仿真模拟，红龙直接进入火星大气，因为没有足够的燃料进入火星环绕轨道，要说风险还真是有一些
3令人惊喜的载荷清单：
说起NASA，之前NASA专门拨款了3000万美金用于资助此次红龙任务，但近期有消息指出这3000万美元很可能是用于研发载荷的，不是支付给SpaceX公司的快递费。因为根据分析，要支持这批载荷的研发，NASA要花这3000万在不少地方：工程师意见、数据仿真、分析结果、DSN（深空数据网络）等等。此外据美国《航空周刊》的消息，NASA已经初步拟定了一份红龙的科学载荷清单。这份清单的重要意义在于NASA真正和SpaceX在火星项目上合作了，不再死守根本通不过国会审批的DRA架构，NASA首次开始了倒插门式的技术入股，因为NASA内部狂热的“火星派”也深知一件事——靠该死的国会是去不了火星的。
可能的载荷包括：
一个火星无人机原型机，预计2020年在火星上使用，用于拍摄火星表面的航空照片。因为，在火星的稀薄大气环境中能否顺利起飞并且正常受控飞行，这都是需要实地验证的，火星轨道上已有的轨道器虽然范围很广，但是精度较低。火表的巡视器虽然精度足够，但是探测范围又有所不足。基于太阳能的小型无人机则正好弥补两者之间的空隙，可以大范围筛选着陆点周边的地形和地貌，为未来的着陆场选择和火表探索提供充足的数据支撑。
该原型机正在由NASA旗下著名的喷气推进实验室进行研发 （Jet Propulsion Laboratory，简称JPL，电影《火星救援》中为拯救马克而殚精竭虑地那个部门）
SpaceX的红龙任务大大提前了火星无人机的测试进度，也算是倒逼了NASA一把
2. 一个火星气象监测站，包含火星尘、紫外线辐射及其它气象传感器。由于火星部分地区会发生沙尘暴，火星沙尘暴风速可以达到50-100千米每小时，并在整个火星南半球夏季不时发生，并随着南半球秋季的到来而逐渐消亡。与地球上的极端天气一样，有些年份沙尘暴几乎不活动，有些年份则可能在全火星肆虐，但是一般来说，北半球春季、夏季和秋季的天空总是晴朗无云的。所以掌握火星表面沙尘暴的活动规律，对于避免重蹈前苏联探测器一头扎进沙尘暴之间的悲剧是极为有用的。
3. 一个压缩机原型，为2020年火星ISRU（原位资源利用）实验提供验证。ISRU又称“原位资源利用”，是指勘测、获取和利用地外天体的天然或废弃的资源， 用于维持人类可长期在地外生存的产品和服务的技术。 降低发射质量、成本和风险。堪称载人深空模式的一次变革，传统的探索模式我们称之为地球基地模式，这种方式中大到返回地球所需要的推进剂，小到宇航员的日常饮水和三餐零食都需要从地球携带过去，并且在目的地长期贮存。液体燃料的贮存受到燃料自然气化的影响。一吨的液氢到达火星后只剩下一半左右，再考虑到火星表面任务时间，蒸发量更大。这是极大的浪费发射的有效载荷。如果充分运用ISRU设备，以载人月球探索为例，如果在月球上生产1000kg的氧，用于推进剂和生保支持，则可节省8000kg的发射重量。ISRU技术主要是利用地外星体的原始资源， 提炼所需要的推进剂、水和氧等消耗品， 以及土壤建筑材料等。
刚发布不久的火星大气资源利用装置的研究进展报告，公开下载，有兴趣的可以下来看看
关于这个压缩机，文中提到它有可能可以被整合到SpaceX未来自行研发的ISRU工厂，而NASA本身接受了疯狂的祖布林博士的一些思想，正在一本正经地开发着ISRU装置（但是测试进度并不容乐观，所以SpaceX又倒逼了NASA一把）。此外，媒体消息称为了稳妥起见，SpaceX很可能选择一个已经NASA探测器已经着陆过的地区，因此红龙和火星车在火星表面的汇合并不是科幻小说。
在ISRU体系中，最引人注目的当属ISPP了，ISPP是指就地生产从火星返回地球所需的返程推进剂。根据估算，需要近80吨的液氧甲烷，其中60吨左右液氧、20吨左右甲烷。从地球运去这些燃料非常困难，我们要数次发射，花费巨资，然后在深空还要蒸发掉一大部分。但是如果改为从火星大气中取之不尽用之不竭的二氧化碳入手呢？很多人告诉我们，二氧化碳与氢气不反应，实际上，18世纪就已被发现并被人类成熟运用的甲烷化反应会告诉你，解决这个问题很简单。甲烷化反应，又称为萨巴蒂尔反应，反应式如下：
甲烷化反应原理CO和CO2，在一定的温度和甲烷化催化剂作用下，与H2发生反应，生成CH4和水蒸气。甲烷化反应是体积缩小、强放热过程。工业上常用于提纯氢，航天上用于处理二氧化碳。通过使用昂贵的高效催化剂，例如钌，我们可以让它用于生产甲烷。生成的水电解后，氧压缩后以液态保存，氢再次产于反应。甲烷化反应/电解反应联合进行，得到一个总反应式
由于甲烷化反应是放热反应，这意味着它可以做的很小。祖布林博士的公司曾经花费不到2万美元完成了演示系统，包括以甲烷氧气为动力的压缩机，总重量不到0.5吨……火星表面有充足的二氧化碳，生产20吨甲烷，纵使考虑到液氢的损耗，我们仅仅需要带上火星6吨液氢而已。这使得我们不仅能轻松返回火星轨道，甚至可以直接返回地球。或许你已经发现了，虽然甲烷发动机在比冲和密度比冲上并不占优势，但是正因为甲烷是在火星最易于获得的燃料之一，同时对火箭发动机的复用更加友好，甲烷机堪称载人火星探索目前阶段最适宜的发动机形式。
小伙终于想明白SpaceX的下一代猛禽发动机为啥是甲烷机了吧？因为SpaceX很可能在下一盘大棋，大棋党威武！
NASA研发的ISRU原理样机，图中红圈处即为萨巴蒂尔反应器
ISRU和ISPP的成熟和组合运用，可以极大程度扩展人类对于火星这种“资源丰富”行星的探索能力。大幅度延长任务时间。如果能在火星发现可以开采的液态水（浅层地下水），甚至可以构建一个资源自持的火星生存基地，这都是有可能的。比如《火星救援》中马克为了生存在火星种植土豆，之所以植物能在火星土壤生长，并不只是因为那一砣那啥的神奇功效，而是因为火星土壤中基本具备了地球类似的植物生长必备的各种元素。事实上，这也称之为是一种原位资源利用。
火星鲁滨逊既然可以在这里挨过500天，那么在这里长期生存也不是不可能的
ISRU是个很大的话题，今天暂且就此打住，有机会再详细说，让我们书归正传。其实SpaceX这条鲇鱼最重要的并不是研发一种新式航天器，而是挖掘出一条新的航天商业模式——载荷无关的红龙模式。
4火星探索的新模式——红龙模式：
通常的美国的火星探测计划中科学载荷是经费的大头，也是整个航天器设计的核心。斯奎尔斯的《登陆火星》算是一个好例子，对比美国所有的火星着陆任务，正是因为载荷不一样，再入火星大气的载具和方法各异，截至目前几乎没有一次是完全相同的（机遇、勇气这种备份任务不算）。但是红龙这次正好相反，它是载荷无关的。所以红龙任务甫一公布，笔者就预言SpaceX可以探索一种新的模式，以后所有的科学载荷都要尽可能包络在红龙内，尽可能减少因为载荷而对红龙做修改，把所有资金都集中在载荷上，不需要再花一分钱在专用载具上。甚至可以把红龙的运力和空间分块，明码标价，由所有有兴趣的客户购买，比如韩国人送个火星车多少钱，火星学会送个ISRU装置多少钱，NASA送个大气监测器多少钱。这也是一种盈利模式，更是极大程度减小火星探测成本和门槛的方式，所以我说马斯克压缩成本很厉害，指的也是这种模式。
等于说，老马开了个火星无人快递，好一个老司机
当然以上都是笔者的推测，不过事实果不其然，此后不久，NASA就宣布如果2018年红龙任务成功，NASA将在2020年SpaceX发射的两枚红龙飞船中正式出价购买其中一艘，用以搭载一系列正式的科学载荷。而不是2018年任务中这些廉价试验载荷。除此之外，相对于预计花费60亿美元的MSR（火星采样返回任务），廉价而成熟红龙方案的胜出概率正在不断加大。可以说，红龙的这种模式已经越来越多的被人们所考虑了。
NASA的Ames研究中心的红龙采样返回方案，正如笔者所说，MAV和ERV等载荷都完整包络在红龙舱内
传统的火星采样方案，总成本高达60亿美元，如果使用红龙方案，成本至少节省三分之一，甚至更多
因为或许NASA也认为这是一个绝佳的平台，红龙自带一个充满氮气的低限度环控系统，这样内部载荷只需要适应火表环境即可，对载荷研发人员而言光是深空高低温实验就能省好多，热控保温上的重复设计也全省掉了。另外载荷可以分为出舱和不出舱两种，比如火星车，出舱虽然麻烦，因为龙飞船的门设计的比较高（舱体底部要安装SuperDraco发动机和燃料箱），但是可以借鉴玉兔的落地法;不出舱的载荷可以直接借用红龙的通讯和电力系统，更能节省很多重复设计，比如火表痕量气体监测器，只要把对接口换成气体收集器，着陆后打开盖子就可以工作了。虽然红龙本身产生很多限制，但是其4吨的最大运力已经尽可能弥补了这些缺陷。
红龙究竟是不是一个好平台，还是要看后续的任务表现了，如果后续意向搭载的载荷源源不断，任务一个接一个，那么红龙的成功就不言而喻了；反之，如果再无下文，那就确实是失败的运载工具了。此外，马斯克是硅谷出身，要想真去火星必然要建立自己的一套盈利模式，否则永远走不远的。SpaceX很可能在用自己的快速技术迭代倒逼NASA逐步采用他的发射和火表投送服务。并且将SLS这枚本来就很尴尬的火箭至于更尴尬的境地。
我们设想中东某土豪国家X要送个500kg火星车上去，现在他有两个方案选择:（以下数据为粗略估计，别细究）
搭载SpaceX的FH+红龙，根据其现有发射报价，综合红龙飞船的价格，总价3-4亿美元，由于有其他载荷分担发射报价，X国仅需支付1.5亿美元，X国除此之外仅需要设计一个火星车；
自己单干，就算全分包出去，也至少需要解决运载火箭，深空飞行航天器，火星再入，减速，着陆(EDL)用机构一系列问题，至少好几家分包商，全盘下来没个5-10亿美元绝对搞不定，而且有些问题还要自己解决。
如果你是X国的领导人，请问要你你选哪个？
说了这么多，SpaceX和NASA还要在这次任务中进行一系列的数据换服务。根据外媒消息，首先NASA会向SpaceX公司提供以下支持和服务：
使用深空网络DSN用于红龙飞船的跟踪及通讯
使用NASA以往着陆器收集的着陆场地数据
NASA专家的技术支持，针对任务的各个方面
关于如何应对国际星球保护条约的指南
导航及弹道设计的辅助
火星大气及再入热量的数据库开发
通用的星际航行的任务及硬件咨询和建议
而NASA在提供者一系列友情服务后，将通过此次任务得到：
火星大气内超音速反推的数据。双程来回火星登陆数据交换。
SuperDraco引擎的喷焰的流体动力学特性，包括如何扩散和表现的细节。
反推着陆对于火星着陆处地表的影响。飞船/地表的交流数据。
NASA希望这能帮助SpaceX在火星表面一次性投送20吨以上的载荷，其实这也是NASA认为的载人火星任务所必备的一次性投送能力。但是NASA依旧认为这是一个私人公司的任务，他们只是在帮忙。所以这还是SpaceX公司的情怀的一部分，没有国会的拨款，没有筛选。一切都是为了殖民火星所进行的前期验证任务。
对于红龙之后的事情，笔者不敢私自踹度，哪怕是国外知名航天论坛NSF的L2付费浏览区也不能给出肯定的答案。但我们可以在九月拭目以待，看看老马的这张情怀大饼究竟是怎么烙出来的？
虽然发布会只有一个小时，但是9月份的国际宇航大会（IAC 2016）基本上将成为SpaceX的独家秀场，发布会后将举办记者会透露更多的火星殖民计划技术细节，真的要为SpaceX之后的演讲者默哀了
百人级别的MCT飞船透视图，看看就好，到底什么样，我也不知道
火星计划大众之所以知之甚少，是因为SpaceX内部消息说只有很少一部分人在项目里进行初期BFR/MCT设计，现在还属于秘密状态，知晓具体方案的人员只有十余人（众多网友根据Linkin领英和内部消息分析得出），公司剩下的4000多名员工绝大多数不知道详情。
下一期跟大家扯一扯载人龙飞船和千呼万唤始出来不出来的重型猎鹰的那些故事，敬请期待。
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