二向箔与降维攻击---FH成功的技术逻辑链及对我们后续工作的启示(3) 理念世界的影子

这些年来，不少火箭也已经在第二个维度上有所进展，但也只有SpaceX，做到了纯二维。今天我们承认，和SpaceX有差距，从更高观点看，原来我们是经受了降维打击。出路在哪？在于用工业文明重新武装自己。...

2018年2月9日：FH（Falcon Heavy）首飞成功后，心情比较复杂，写了两篇文章，一篇关乎技术，一篇关乎心情。现在想来，也许可以跳出当时的心境，以更高一点的视角来看待这个问题。不讲管理模式，就讲技术，当前说的动力冗余，助推返回，通用芯级，在技术上零散的点，有没有清晰的逻辑链？它们的本质是什么，并将对我们后续工作有什么启示意义。

今天大家都在讲跨越式提升。跨越式提升事后看来，其起点都很简单，是从一点开枝散叶，最终形成一个庞大的体系。譬如基于光速不变演绎出狭义相对论；基于时空弯曲演绎出广义相对论；基于布尔代数演绎出今天的计算机。今天大家说FH是跨越式提升，是因为天赋异禀，技术上全百花齐放到他家，还是从本源的一点一点长大的呢？如果是，本源的一点是什么呢？

经过梳理，的确技术上有本源的一点，那就是发动机变推力和多次启动。并形成了一条清晰的链条：发动机具备多次启动能力+变推力 -> 可在任务后进行扩展回收试验 -> 试验成功具备回收能力 -> 回收箭体复飞成功 -> 价格降低并有库存箭体 -> 具备利用库存箭体攒一发重型开展试验 -> 很幸运，当然也是超强实力，FH没有像Falcon1和一级返回一样多次失败，而是一次就取得了成功。

且看，SpaceX发展中的几个重要关口是怎么跨过去的。第一关，2008年，falcon1第三次失败。musk觉得人生灰暗极了。他是多么渴望成功，这一时刻的成功代表了生存。幸运的，NASA拉了他一把。

第二关，入轨火箭地面反推回收是无人探过的关口，属于无人走过的道路。在这条道路中，其实SpaceX走的很累，甚至一度被蓝色起源逼得乱了阵脚。但依靠不影响主任务的扩展试验这个法宝，以及私人公司领导人超强的决心和快速的迭代周期，最终他成功了。其中三个重要的因素，一是扩展试验，一是干的决心，一是快速迭代。第一个是根本，后两个则属于很多初创公司的属性。这时候的musk急切地希望成功，为了明天。

第三关，从Falcon9到重型，利用的是两枚回收箭体，新的一级（发动机是新的旧的未知），二级，成本不算很高。除了怕在发射台爆炸，其它的他都不怕。成功了全世界瞩目，不成功也不损失什么，此时musk成竹在胸。这一刻，他仍期待这成功，为了荣誉，以及为了从ULA口里夺取更多资源。

除了第一次，是对musk实实在在的考验，其它的两次，也许再也不会那么刻骨铭心，falcon1第4次飞行终取成功的狂喜感受再也找不回了。人就是这样的动物，成功之后却难掩不满足感，就像婚姻一样，即使再美满，也不会找到初恋的感觉。

musk也许会想念那种感觉，但他肯定不想再经历，好在有法宝在手。

变推力真是个好东西，它可以帮助火箭返回；在FH首飞时也可以通过节流，降低过载，降低大风区载荷，现有箭体不用怎么改，也不会在飞行中解体；同样，还可节流芯级，让芯级多飞一会儿来提升运载能力。多次启动也真是个好东西，它可以通过滑行提高运载能力，也可以一遍遍启动来实现助推返回的功能。

这两天的思考，我换了个角度来重新审视上面的逻辑链，发现存在一个有趣的，当然，也许是牵强的另类解释。

发动机为火箭提供动力和控制力。如果从控制的观点，这两个维度都可以控制。

第一个维度为控制力的控制。控制力即通过喷管摆动让箭体姿态稳定，同时让轨道发生需要的偏转，再发射到需要的轨道。这一维技术已经十分成熟。

第二个维度为动力的控制，恒定的推力即无控。发动机什么时候关机，即推力从1变为0，是一种控制。发动机变推力也是一种控制，是从1到（0，1）中间变量的一种控制。

焦点就在第二个维度，动力的控制维度。

在这两个维度中，探空火箭什么都不占，因此为0维，最为简单。

所有运载火箭全部具备控制力的控制能力，所有运载火箭弹道设计的核心都有一个变量，就是程序角，也就是火箭要怎么转弯才能最省能量地到目标轨道，因此运载火箭全部至少为1维。

焦点就在第二个维度。这些年来，不少火箭也已经在第二个维度上有所进展，但也只有SpaceX，做到了纯二维。而它的种子，其实在前苏联时代已经萌芽，可惜科罗廖夫的过世，没有将苏联的红色暴力美学发挥到淋漓尽致。

第2维早已有萌芽，如发射GTO轨道的滑行段。但这离纯二维仍有很大距离，因为滑行段即推力为0，推力只有两档，且两档的接力关系需要地面配置好。

再看看美国的宇宙神3、5火箭，发动机具备连续变推力能力。看其过载曲线的间断点特别多，大风区变变推力，芯级再节节流多飞会儿，关机前降降减少过载。用法很多，但基本上还是地面先设计好，姑且称之为1.5维吧。

宇宙神3A火箭从发射台起飞时只用RD-180发动机最大推力的74%；起飞后的3min飞行时间，RD-180发动机的推力从额定推力的74%上升到87%，然后又降到65%，之后再回升到87%，当飞行达到最大加速度4g时，发动机将推力连续下调到47%以保持期望的5.5g加速度水平。到了Falcon9，在助推返回时，天知道在偏差下还剩多少推进剂？箭体有多重？发动机在什么时候开多大推力？开多久？才能在落地一瞬间速度到0，角度到0。一切都交给更高一层次，更为聪明的算法吧。完美地达到了纯2维。

2维的种子，在前苏联的N-1火箭时其实就有了，发动机变推力进行姿态控制，这不就是妥妥的纯2维吗？一台发动机坏了其它发动机调节推力再飞。这些才是真正的原始创新呀。

在设计上，从单纯程序角的1维设计，提升到程序角+变推力的2维设计，技术上看起来很简单。但如果结合历史看，它最终演绎出了SpaceX十年成功路。

今天我们承认，和SpaceX有差距，包括ULA，和SpaceX都有了差距。是技术，是管理，从更高观点看，原来我们是经受了降维打击。在1维情况下，做得再好，当受到2维攻击时，犹如农业文明遇到工业文明，失败再所难免。再依靠农业文明想取胜？只会被越甩越远。出路在哪？在于用工业文明重新武装自己。农业文明被我们做到了极致，工业文明我们也在向极致进发，时间在勤奋、聪明的中国人这儿。Musk说，不发布专利是怕中国人抄袭，他是怕升维后无法抵挡吧？

好了，那么进入2维，我国现在具备这个能力吗？是只需要整合，还是需要从头研发。我们具备条件，并可以两步走。

参数设计上，由清华大学航天航空学院开头，参加最初由NASA牵头举办（后每一轮由优胜单位举办）的轨道设计大赛后，已经屡创佳绩。这个大赛大部分都在优化的就是星际探索中推力和控制力双优化问题，就是典型的2维设计。产品上，发动机具备变推力能力。

再说两步走。怎么走，先摸家底，再晒朋友圈。

家底怎么摸？用！将现有能力用到淋漓尽致！在发展中成功，在成功中发展，相辅相成，缺一不可。

朋友圈怎么晒？人家有光粒，有二向箔（见《三体》），可以学二向箔并最终超越它。但同时也要有思考，我们的三向砖在哪儿呢？所谓跨越式提升、超越式发展，说的不正是这个意思吗？

求中国航天的三向砖！

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背景简介：本文2018年2月13日年发表于微信公众号  理念世界的影子 （二向箔与降维攻击---FH成功的技术逻辑链及对我们后续工作的启示(3)），风云之声获授权转载。

责任编辑：孙远

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