发布时间：2024-03-13 22:04:21   来源：安博电竞

  北京时间2月10日上午消息，美国国家工程院（National Academy of Engineering，NAE）发布2021年度国家工程院增补院士名单，此次共有111名院士及22名外籍院士入选。其中，特斯拉以及SpaceX CEO埃隆·马斯克入选。

  关于获选原因，美国国家工程院写道，SpaceX创始人、首席执行官和首席工程师马斯克，在可重复使用的运载火箭和可持续运输和能源系统的设计、工程、制造和运营方面取得了突破。

  同样入选的还有许多来自我们熟悉的公司及院校的人物，如北京的源码资本公司的投资合伙人，同时也是凯雷投资集团高级顾问、清华大学智能产业研究院（AIR）卓越访问教授的张宏江博士，因在多媒体计算领域的出色技术贡献，当选了2022年的工程院外籍院士；

  中国科学院院士、来自北京理工大学先进结构技术研究院的方岱宁教授，凭借他对铁电/铁磁材料力学和极端条件下的轻型多功能结构的研究贡献，也被评为了2022年美国工程院的外籍院士。

  公开资料显示，美国国家工程院是美国工程科技界顶配水平的学术机构，同时也是世界上较有影响的工程院之一，当选该院院士无疑是工程领域专家的最高专业荣誉之一。

  马斯克在一些人眼中的形象，总与炒币、社交网络话痨等关键词挂钩。但他在产业领域上的成就，可以说毋庸置疑。

  美国太空探索技术公司（SpaceX）成立之初就瞄准了火星殖民，而火星殖民最基本的前提就是大规模的航天发射。早在20世纪初，全球平均每千克的发射价格超2万美元，这让大多数人质疑SpaceX公司只是妄想，但是SpaceX公司并没有动摇和改变这一目标，而是不断调整和优化，推动自身技术和能力的进步。

  为了降低发射价格，SpaceX公司坚持采用“重复使用运载火箭”这条技术路径，并在攻克和应用了垂直起降技术后，多次实现突破。现今的火箭回收对象主要是指一级和二级火箭助推部，主体就是发动机舱段。而主流的回收方案有以下两种：

  伞降回收其原理，是航天飞机在达成目标后再入大气层时，通过无动力滑翔水平降落在机场跑道，其两个大型固体助推器与火箭芯级分离后上升到最高点，然后再入大气，先放出引导伞再拉出减速伞。助推器下降到一定高度时，减速伞分离并放出辅助伞和主伞，最终助推器以25 m/s左右的速度溅落在海上。

  这种方式的优点是技术相对简单，可靠性高，且回收系统不会过多挤占发射载荷。但缺点同样明显，如对天气因素依赖性过强，着陆精度很差。另外，即使增加了缓冲系统，与伞降系统配合，火箭发动机舱段着陆时的冲击力还是太大，这就破坏了火箭发动机的完好性和重复使用价值。

  传统一次性使用运载火箭均为垂直发射进入空间，在不对运载火箭构型进行彻底改变的条件下能够最终靠增加气动控制机构系统、着陆缓冲机构系统和反推控制管理系统等对运载火箭进行垂直降落方式的回收。

  该方案的优点是火箭着陆点非常精确，在火箭设计上也省略了伞降系统，降低负担。不过这种回收方式也不乏缺点，除了对感知、控制管理系统要求严苛外，因为火箭子级需要再启动返回和着陆减速，必须保留很大一部分燃料，这就势必造成火箭运载能力的损失。据相关资料显示运载能力损失可高达40%以上。

  SpaceX公司则经历了伞降回收和垂直起降两个大的阶段。前者在猎鹰－1发射任务和猎鹰－9前两次发射任务中进行了试验，但是并没有走通。到2010年底猎鹰－9第二次发射任务，一子级在返回过程中再次因承受不住力/热载荷而损毁。伞降回收技术经历7年发展未果之后，SpaceX公司便将焦点转移到垂直起降技术。

  不过，伞降回收技术并没有被该公司放弃，2019年被成功应用于整流罩的回收复用计划中。而在垂直起降技术方面，SpaceX公司创始人马斯克在2011年9月正式披露猎鹰－9火箭垂直起降返回着陆方案，

  在后续的技术验证中，通过渐进方式一步步地对发动机重启、返回弹道、姿态控制、推力调节、着陆支撑等技术做验证，最终成功开启了火箭回收和复用的历程。

  如今作为SpaceX公司的主力火箭，猎鹰－9（Falcon－9）凭借其重复使用能力带来的超低发射价格，无论是在商业发射领域，还是在军用和民用发射领域，都建立起了极大的竞争优势。

  正如前文所说，Space X成立的目标，便是降低太空运输的成本，并进行火星殖民。显然马斯克并没有忘记自己的初衷。

  在马斯克获选院士两天后，SpaceX举行了又一次新闻发布会，会上向大家重点介绍了人类史上最强火箭星舰（Starship）的最新进展，与今年的几个重要规划。

  在演讲中，马斯克谈到SpaceX至今已经取得了144次发射的成功，并有106次成功着陆，发射次数多到他几乎得了发射“PTSD”，同时他还希望今年SpaceX能够直接进行50次发射任务，未来能够达到每天发射3次的目标。

  此外，用于向月球和火星发射货物和人员的下一代大型火箭——星舰（Starship）作为一种不锈钢火箭，被设计成可重复使用。燃料储备量达到了1200吨，推进力为1500吨，有效载荷能力则为100-150吨，未来可每天飞行三次，能够同时将150吨物品或100人送入太空。

  SpaceX的成名绝技是低成本、可复用、高可靠性的猎鹰9号系列火箭。之所以做到这些，根源就在于它的墨林（Merlin）系列发动机，尤其是成熟的1D版本。

  多次重复启动、可变推力调节、超高推重比、多发动机并联工作等特点，使得猎鹰9号和猎鹰重型系列均使用这一款量产型发动机，火箭成本由此大幅降低。

  在测试中它的推力已经提升到了惊人的230吨，且整体结构大幅优化、更加紧凑高效，成本反而会降到初代版本的一半左右。在未来的研发中，预计它的推力还会促进增加。

  猎鹰系列火箭的火箭一级（助推器），作为现役唯一可复用的火箭，回收方式可选用地面定点平台和海上定点平台。自2015年12月实现首次成功回收之后，回收技术越发成熟，目前已成功回收超过100次，有4枚助推器突破了10次重复使用，这个数据还在持续不断的增加。相应地，回收精度也在显著提升。

  于是，采用更强推进系统的星舰干脆计划采用一个更大胆的回收方案：通过巨大的机械臂在空中接住降落回来的火箭，马斯克本人在社会化媒体更是把这个巨大的钢铁结构叫做“筷子”（Chopsticks）。

  这种设计的好处显而易见：火箭不要设计巨大沉重的着陆腿，火箭整体运输效率更加高；火箭直接回收到发射塔架，无需经历转运、维护和再组装等过程，复用周期能极大缩短。

  不过缺点也很明显，万一在回收过程中出现什么意外，整个发射塔架将一同报废。

  星舰的目标是全箭回收，这在某种程度上预示着飞出大气层已经入轨的飞船本身也必须再入大气层并完整飞回地表，难度远超现有的仅回收火箭一级。

  此前最为成功的策略是同样可复用的航天飞机，它的核心在于遍布底部和关键部位的隔热瓦/毯。重量低、体积小却能隔绝上千摄氏度高温，也导致这种小小的瓦片价格极高且维护更换成本暴增。

  正因如此，隔热瓦也是星舰研发中的核心技术。过去几年，SpaceX在这方面的研发取得了一系列突破性进展，NASA和美国空军也都给予了研发合同支持。据马斯克透露，该隔热瓦是可重复利用且自动化的。

  有了更加强劲的发动机、更有效率的回收计划和更安全有效的火箭搭建外层，马斯克在会上声称，未来SpaceX将能够日均制造一台猛禽发动机，每架星舰的制造费也将降低至几百万美元，单次发射成本将低于1000万美元。他还表示，希望Starship未来可以运送大量物资，在火星上建造一个能够自给自足的火星城。