龙飞船是怎样省钱的？颠覆常识的设计方案，节约成本敢为人先

FF4620et7ind9l 2021-11-19

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龙飞船，标准的美国产品，过时的中文翻译。飞船名称dragon，跟中国龙没有什么具体关系，dragon是一种带翅膀能喷火的怪物。但是中国早期的翻译都把龙和dragon对应起来，dragon飞船自然也就翻译成龙飞船了。现在，中国龙的标准英文应该是Loong。至于dragon翻译成中文应该怎么叫，我也说不好，不知道大家有没有什么好主意？

龙飞船虽说是美国私营公司的产品，却深得中国产品的精髓——物美价廉。它的设计思路直接挑战中美俄三国官方载人飞船的设计原则，从节约成本上下足了功夫，可谓是初生牛犊不怕虎啊。当然，严格来说，龙飞船的设计方案，也是得到了美国官方航天机构NASA许可的。我们重点看看龙飞船是怎样节约成本的。

一、思路新奇，敢为天下先

1.运货飞船也能回收

除了龙飞船，全世界所有的货运飞船都是不可回收的，包括中国的天舟飞船。货运飞船只负责往空间站送货，然后带着空间站里的废弃物返回大气层烧毁。似乎这是一个最佳的选择。但是龙飞船的老板马斯克偏偏不信邪，他不仅要让火箭能回收，还要让货运飞船能回收。

为什么中国、俄罗斯、欧空局、日本的货运飞船都采用不可回收方案，龙飞船非要用可回收方案呢？因为龙飞船从一设计，就是客货两用的飞船。拉货可以不回收，载人绝对不能不回收啊。客货两用的飞船，用一套设计，实现两种功能，其实节约了设计成本，用相同的生产线，又节约了生产成本。中国的新一代载人飞船也可以实现客货两用。

货运飞船可回收，到底可以省多少钱？相关报道不多，不好评价。但货运飞船可回收给国际空间站带来了福利，要知道国际空间站上进行了大量的科学实验，有很多的太空产品和科学仪器有回收的价值，而一般载人飞船一次性也就可以往回运输一百公斤左右的货物，甚至更少。龙飞船，一次性可以带回来3吨左右的货物，其运力非常可观。比如2014年4月，龙飞船就从国际空间站带回来了将近1.6吨的货物，这些货物包括大量科学标本和一些科学仪器。这些货物如果换成载人飞船往回捎，恐怕需要运送十多回吧。

货运龙飞船

这样一算的话，也许货运飞船本身回收再利用的价值不是特别高，送货的收入也不算太高。但是往回带货的收入应该相当不菲，毕竟它的竞争对手是载人飞船，而载人飞船的成本可不是一般货运飞船可以比的。

此外，龙飞船在载人之前，先做可回收的货运飞船，不仅可以发挥自己的特长，同时也为载人版飞船锻炼回收技术，载人版飞船还没有试飞，就已经获得了丰富的回收经验。更甚者，货运飞船可重复利用，也会为载人飞船可重复利用积累经验。总之，综合算下来，这笔买卖还是很划算的。

2.重复利用，节约成本

马斯克是个会讲故事的人，他打了一个最简单的比方。大家可以想想，如果我们街上跑的汽车全部都是一次性的，开一次就得扔掉，那估计全世界也没有多少人能消费得起。载人飞船，虽然不是个人消费品，但一次性使用的成本还是非常高的，高频使用的话，对一个国家来说也是不小的负担。如果能重复使用，还是有希望把载人航天的成本降下来一部分的。

虽然重复利用的理念早就有了，但在此之前只有美国的航天飞机真正实践过重复利用。通过航天飞机的实践，人们发现了一个可怕的事实，航天飞机重复利用所需要的维护成本非常高昂，并不见得比俄罗斯一次性的飞船便宜，而且还发生了两次无法挽回的航天灾难。于是，人们对航天产品的回收再利用开始变得谨慎起来。

货运龙飞船

马斯克却不信邪，他先是实现了火箭一级的回收再利用，后来又实现了飞船的回收再利用。正常来说，美国航天工业工人的工资比中俄等国要高很多，原材料价格也不见得比中俄等国的便宜。但是，通过回收再利用，龙飞船的乘员船票价格远远低于俄罗斯给美国的报价。这里面不得不说，龙飞船相对于航天飞机来说维护更简单、使用更安全。

2017年，SpaceX公司第一次实现货运飞船的重复使用；2021年，实现了载人飞船的重复使用，每一次重复使用都给世界一个惊艳的示范。据文献记载，货运龙飞船大概重复使用3次，载人龙飞船设计重复使用10次。

3.不加压的货仓

龙飞船另外一个创新是充分利用飞船的空间，不仅要利用好飞船乘员舱（加压舱段），更是充分利用了非加压部位，把一些无需加压的部位也设计成货舱。这些非加压货舱可以运送一些不需要加压保护的货物，大大提高货物运输量、明显降低运货成本。在返回的时候还能利用这些非加压货舱运输一些废弃物，减少内部空间的占用。比如，2017年第一次重复使用的货运飞船，非加压舱就运送了1吨的货物。

下部为不加压货舱

二、突破底线，敢吃螃蟹

1.芯片敢用奔腾

除了重复利用以外，龙飞船最大胆的一项改进，就是使用普通电脑芯片来代替航天级芯片。正常来说，卫星、飞船、空间站、火箭都应该使用航天专用芯片，因为航天专用芯片是为航天高辐射环境和极端温度环境使用设计的，使用这种芯片能尽可能地减少操控错误，保证航天安全。但是由于航天芯片需要专门设计、专门生产，而且产量很低，所以这类芯片的生产成本非常高，售价自然也非常高。

有人算了一笔账，具体数据可能会有一些变化，但大概的数值还是可以参考的。一个飞船使用的控制器芯片，一片的价格大概是500万人民币，飞船上有14个系统需要类似的芯片，而且所有航天产品都会有冗余设计，也就是为了提高安全性，往往给每一个系统放两块以上一样的芯片，多余的作为备份，以防万一。这样算来，仅这种控制芯片就需要至少28块，算下来1.4亿人民币。就这，还不包括其他电路系统所需要的航天级芯片和电路板。这个成本着实不容忽略啊。

龙飞船偏就不信邪，毅然决然使用了普通电脑用的芯片，据说是Intel工业级奔腾双核芯片，一片价格只有几百块钱。全部芯片替换下来，花费只有2.6万元，节省了99.98%的芯片成本，省了一个多亿。

芯片虽贵，航天芯片更贵万倍

当然了，换芯片可不是闹着玩的，一旦出事故，那可就得不偿失了。可以想象换用普通芯片肯定会增加发生事故的概率的。到底有多危险呢？太空中充满了宇宙射线，宇宙射线能量非常高，一旦照射到芯片上，有可能让芯片上正在运行的数据出现错误，本来应该输出一个0，被宇宙射线一照，变成1了，整个计算就都错了。这在航天飞行中，是不允许出现的错误，通过使用航天芯片再加上冗余设置，可以有效避免这种故障的发生。

龙飞船换了一个角度来解决这个问题。一个芯片来计算，肯定很容易出现错误，两个芯片计算就能相互印证，纠正一些错误，但在辐射的影响下，出错误还是大概率的。怎么办？6个芯片一起计算，全都进行完全一样的计算，少数服从多数。虽然说太空里宇宙射线很多，但具体到几个芯片大小的面积上，芯片被宇宙射线照射上的机会并不是特别大的，六块芯片同时被照射的机会很小，甚至两块芯片同时被照射的机会也不大，往往只有一块被照上，这时候就可以让另外5块芯片来纠正这块被照射过的芯片所犯的错误。

原理就是这么个原理，具体操作就是用三块奔腾双核芯片来计算，每块芯片上两个核心，也就是有6个核心各自独立计算，相互印证，中间哪个核出错了，就安排它重新启动更改数据。经过龙飞船和猎鹰火箭几年实践下来发现，这个策略是可行的，目前还没有发生严重的事故。后面，也许真会有其他飞船跟风采用这样的方案。

2.动力装进飞船里，省钱就全面省钱

中国飞船、俄罗斯飞船、还有其他多数飞船，往往都是飞船之外安装动力，为了航天员的安全，尽量让动力系统离航天员远一些，万一发生事故，尽量不要牵连到航天员。

龙飞船却反其道而行之，把动力系统直接装到返回舱里面。这样的设计当然增加了安全隐患，发动机燃料有毒，还有爆炸风险。但也有几个明显的好处，关键是可以节约很多成本。

首先，发动机可以回收了。作为飞船成本的重要组成部分，发动机如果扔掉的话，会明显增加再次发射的成本的。其他主流的载人飞船回收的过程中，直接把服务舱扔掉，也就扔掉了整个动力装置，包括发动机，下一次发射的时候需要生产全新的动力系统。龙飞船则不用，动力系统直接装进了返回舱，下次发射只需要简单维护一下发动机，重新加注燃料，就可以再次使用。

其次，可以省掉外接的逃逸装置。中国神舟飞船、俄罗斯载人飞船、还有美国正在建造的猎户座飞船，在发射的时候都会在头顶上安一个看起来像天线的东西，那个东西是一种特殊的火箭叫做逃逸装置。就是在火箭发生危险的时候，逃逸装置能迅速把飞船拽跑，避免航天员受到伤害。但是这个逃逸装置成本还是挺高的，如果能在保证安全的情况下不用，还是很有诱惑力的。龙飞船的动力装置就可以替代逃逸装置，遇到危险自己从尾部喷火就可以离开火箭，不必要再额外借助一个逃逸装置。如果不发生故障，自己的动力就可以用来正常变轨实现与空间站的对接，一套动力两种用途。

再次，可以省掉整流罩。整流罩虽然不算很贵，但也不算便宜，能省下来还是很值得一试的。龙飞船自己的外形设计就符合整流罩的要求，不必要额外增加整流罩。

此外，未来还可以尝试垂直动力反推降落。虽然由于垂直反推降落取得NASA认证比较困难，龙飞船暂时放弃了这个功能，但是将来经过充分论证以后，还是可以再次启用这个功能的。有了垂直降落功能以后，飞船的适用范围还可以扩大。

三、其他省钱策略

要说SpaceX真是变着花样研究怎样节省费用，能省钱的地方绝对不多花钱。比如，发动机用3D打印技术生产，软件操作系统直接使用成本低廉的Linux系统定制，尽可能节约生产成本；值钱的仪器设备包括动力装置都收藏进回收舱，能不浪费绝不浪费。除了非密封舱、太阳能电池板、防烧蚀外壳、降落伞系统等很难回收再利用的部件以外，能回收都回收，尽量减少浪费。成本就是这么一点一滴节省下来的。

再比如，空间利用最大化除了体现在货运飞船上以外，还体现在了载人飞船上。飞船设计的空间足够大，一次最多可以运送7名航天员，跟航天飞机一样。虽然跟NASA签订合同一次最多运送四名航天员，但是以后为普通人服务的时候，还是可以启用7座方案的，这样就可以有效降低每个乘客所需承担的费用，让更多人能承担得起太空旅游的费用。