SpaceX发布史上最强星际飞船和火星城市构想,2024年殖民火星不是梦

来源: 新智元

刚刚,“太空狂人”埃隆·马斯克亮出了SpaceX最新的动作:计划将“星际飞船”送往火星,第一批去火星的任务可能会在2020年完成,并重点介绍了这个可载百人长期星际旅行的星际飞船。


2002年6月,“硅谷钢铁侠”埃隆·马斯克(Elon Musk)创办了SpaceX。


2008年9月28日,猎鹰1号从马绍尔群岛的瓜加林环礁发射升空,首次成功进入地球轨道,这是第一枚私人公司研发的液体燃料运载火箭。


到目前为止,SpaceX已经成功进行了78次发射,并开发出世界上唯一可重复使用的轨道类火箭和航天器——能够发射到太空,返回地球,然后再次飞行。


11年后的今天,马斯克为大家介绍了SpaceX最新的动作:计划将“星际飞船”(Starship)送往火星,第一批去火星的任务可能会在2020年完成,并重点介绍了这架“星际飞船”。


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星际飞船


史上最强大的宇宙飞船,将人类送上月球、火星及更远


美国德州的 Boca Chica,刚刚组装完成的Starship MK1 试验机和猎鹰 1 号火箭并排竖在一起,马斯克站在两个庞然大物前面开始了他的演讲。


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马斯克解释了星际飞船设计理念的诸多变化和原因,详细介绍了新的设计细节、参数和结构。


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星际飞船MK1高度为 50米,直径 9 米,重 85 吨,有效载荷 150 吨,推力高达 1200 吨,典型返程载荷 50 吨。


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组装完成的星际飞船 + 超级重型火箭高度高达 118 米,其中火箭 68 米,飞船 50 米。


MK1配备三个猛禽(Raptor)发动机,将首先瞄准20 公里的高度测试飞行,并最终进行轨道测试飞行。


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而运送星际飞船的超级重型火箭Super Heavy拥有 37 个猛禽发动机,6 条着陆腿,长度 68 米,直径 9 米。


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猛禽是一种全流量、多级燃烧型火箭发动机,由低温甲烷和液氧作为燃料。


马斯克表示,星际飞船将携带150吨有效载荷进入轨道。它将在轨道上停留,为前往“月球、火星或更远的地方”的旅程补充燃料。


虽然将一艘燃料飞船与轨道上的另一艘飞船连接起来听起来很复杂,但马斯克表示,在轨道上补充燃料是“SpaceX对空间站所做事情的简化版”。


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星际飞船由两部分组成:一枚巨型火箭和一艘客用飞船。由于地球存在巨大引力,需要火箭助推器才能将巨大的星际飞船送入太空。


为了离开地球轨道,需要另一艘星际飞船提供帮助。当第一艘载客星际飞船停在地球附近时,另一枚超重运载火箭需要发射第二艘星际飞船充当 “加油机”,里面装满了推进剂。然后,“加油机” 可以与已经在轨的星际飞船会合,并将推进剂转移给后者,为飞船提供超过100吨的足够前往月球或火星的燃料。


星际飞船的侧翼是不锈钢设计,完全可复用。


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月球基地


马斯克还描述了未来的月球基地和火星城市,星际飞船将为月球基地和火星城市的建设运载大量的物资和人员。


马斯克说,星际飞船将成为历史上最强大的火箭,能够将人类送上月球、火星以及更远的地方。


一两个月内,星际飞船 MK1 将进行 20 公里高度的亚轨道飞行,并且将垂直着陆回收。


最终,星际飞船将搭载多达100人,进行长时间的星际飞行。


星际飞船的进化:从火星“殖民运输车”到“星舰”


马斯克早就非常清楚地表明,SpaceX的目标是将人送往火星,长期以来,他一直在讨论建造巨型飞船和火箭来实现这个目标。在2010年代早期,马斯克首先将当时的神秘的火星车称为“火星殖民运输车”(MCS),并给它起了个绰号BFR,是“大型猎鹰火箭”的缩写 。但没人知道BFR的工作原理和外观是什么样。


2016年,在墨西哥瓜达拉哈拉举行的国际宇航大会(IAC)会议上,马斯克终于揭开了其火星概念车的第一个形象。本次展示的火箭和飞船的组合高度超过400英尺,宽37英尺。该系统将使用42台新引擎提供动力,最多可搭载100名乘客前往外太空。


由于马斯克声称这款运输工具的运送范围不止是火星,将其更名为“星际运输系统”。这是有史以来人类制造的最强大的火箭,令美国宇航局的土星V号火箭黯然失色,正是后者将人类送上了月球。


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2018年版“星际飞船”的艺术渲染图  来源:SpaceX


一年后,马斯克缩小了这款系统的规模。在澳大利亚阿德莱德举行的IAC上的另一场演讲中,他又展示了更窄、更短的火箭和飞船,该系统只需要31台发动机,而不是之前的42台。马斯克表示,这次推出的飞船和火箭将更容易获得融资。“在去年的演讲中,我们确实在寻找解决资金问题的方法。”马斯克在2017年于IAC表示。


“我们曾有过各种各样的想法,甚至考虑去Kickstarter上众筹,结果都没有成功。但马斯克声称,SpaceX最终会将公司全部资源投入到新火箭的建造中,有朝一日将取代公司现有的运载能力,但现在我们已经找到了解决成本问题的办法,就是缩小飞船的大小。整个系统也用回了原来的名字“BFR”。


重新设计架构只用了一年时间。2018年9月,马斯克宣布了第一位商用火箭乘客,日本亿万富翁前泽友作(Yusaku Maezawa),并对飞船设计进行了更新。SpaceX决定在飞船上增加三个大鳍片,并调整了其底座的引擎排布。此后不久,飞船的名字也改了。在2018年11月,马斯克宣布这艘船现在将被命名为——星舰'',并将其带入太空的火箭命名为“超重型”。


从那时起,这艘飞船的材料从碳复合材料换成不锈钢,诸多设计细节进一步变化。系统的设计仍然非常流畅,今天的新消息也就不足为奇了。


马斯克:我们应该努力成为一个多行星的物种,现在就该这样做!


虽然现在距离太阳膨胀、地球过热之前还有“数亿年”时间,但马斯克并没有忽视这一点,他指出,地球已经存在了大约45亿年,但是人类从出现至今只占了这45亿年的很小一部分。


“从进化的角度来看,如果有意识的生命在地球上进化所需的时间延长百分之十,那么它根本不会有机会进化成功,因为已经被太阳焚化了。”这位SpaceX的首席执行官在演讲最后时说道。


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2019年9月28日,伊隆·马斯克(Elon Musk)在活动上发表演讲


“意识是非常稀有和宝贵的东西,我们应该采取一切可能的步骤来保持意识。直到现在,在45亿年之后,这个窗口才刚刚打开。等待这个窗口的打开需要很长时间,而且可能不会打开长时间。我天生乐观,但是这个窗口不会长期开放,我认为当它开放时,我们应该成为一个多行星文明。”


在马斯克的眼中,推动人类成为多行星文明、并“将意识扩展到地球之外”的方法,此刻正耸立在他的身后。这架Mk1 星际飞船有朝一日将将人类送上月球和火星。马斯克表示,最早明年,这架星舰就将能够载着人类飞上轨道。


马斯克在德克萨斯州博卡奇卡的SpaceX测试场进行演讲。博卡奇卡是墨西哥边境以北的小镇,SpaceX始终在这里为星际飞船建造大量的测试硬件,马斯克在演讲期间以这些闪烁着银光的硬件设备为背景。此外,我们还看到星际飞船的测试原型,它将在未来几个月内进行高空测试飞行。


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六个月内入轨,明年进行载人飞行


马斯克站在星际飞船Mk1原型前表示:“这是我见过的最鼓舞人心的东西。” 接下来,SpaceX希望能让这个新原型飞起来,而且要飞得比StarHopper更高,在降落回地球之前可能达到20千米的高度。马斯克说:“在那之后,我们的下次飞行可能只是带着助推器和飞船一路飞入轨道。我们正在以最快的速度建造星际飞船,看到一大堆这样的东西真的很疯狂!”


第二个星际飞船原型MK2,目前正在佛罗里达州的SpaceX设施中建造。马斯克说,Mk3原型将于“大约一个月内”在博卡奇卡开始制造,并可能在三个月内完成。他说:““这听起来很疯狂,但我们希望在不到六个月的时间将其送入轨道,明年就有可能看到载人飞行。使我们成为太空文明所需的关键突破是使太空旅行变得像航空旅行那样常见。”


当然,对于马斯克来说,错过最终期限的事情时常发生。但他相信,如果目前的生产速度能够持续下去,进入轨道的星际飞船可能是Mk4或Mk5原型。在长达一个小时的发布会上,马斯克宣布星际飞船原型的下一次测试将在“一到两个月”内进行。


随后,马斯克详细介绍了星际飞船将如何着陆。他说:“这是一种控制火箭的全新方法,它更像是高空跳伞,而不是操控飞机。”马斯克还解释了钢制隔热罩的重要性,它的花费仅是碳纤维隔热罩的一小部分。他说:“我爱死钢铁了!”


超重运载火箭将推动星际飞船进入轨道,马斯克称其推力将是有史以来最强大的火箭——NASA土星5号的两倍,并配备多达37个猛禽发动机。


火箭+飞船高118米,二代原型下月测试


虽然星际飞船多年来有着许多不同的外观和名称,但有些关键因素始终保持未变。首先,整个系统依赖于SpaceX的下一代猛禽发动机。这款硬件于2016年首次进行测试,以液氧和低温甲烷为燃料,这两种成分可能会在火星上找到。每个发动机可提供约20万公斤的推力,大约是为猎鹰9号火箭提供动力的Merlin 1D发动机的两倍。


此外,星际飞船始终是个由两部分组成的系统:一枚巨型火箭和一艘客用飞船。它们组合起来的高度为118米,其中火箭高68米,飞船高50米。超重火箭有37台猛禽发动机,6条着陆腿。由于地球存在巨大引力,需要火箭助推器才能将巨大的星际飞船送入太空。


星际飞船将采用太空推进剂加上燃料转移技术。为了离开地球轨道,需要另一种不同的星际飞船提供帮助。当第一艘载客星际飞船停在地球周围时,另一枚超重运载火箭需要发射第二艘星际飞船充当“加油机”,里面装满了推进剂。然后,“加油机”可以与已经在轨的星际飞船会合,并将推进剂转移给后者,以便将超过100吨的货物送至月球或火星表面。


最重要的是,整套系统都是可重复使用的。超重运载火箭和星际飞船都应该有能力进行推进着陆,在这种情况下,它们将使用自己的引擎降落,与SpaceX回收猎鹰9号火箭的方法相同。SpaceX的星际飞船将执行大量的货物和人员运送任务,这对于建造月球基地和火星城市至关重要。最终,星际飞船将搭载多达100人进行长时间的星际飞行。


在过去的一年中,SpaceX确实加快了其星际飞船计划的测试。该公司始终在佛罗里达州博卡奇卡和卡纳维拉尔角建造星际飞船的零件和原型,该公司的大部分火箭也都是在那里发射的。


在德克萨斯州进行了几次发动机测试后,SpaceX于今年8月在博卡奇卡进行了首次试飞。名为StarHopper的星际飞船原型飞行器升到了大约150米的高度,而它只使用了一个猛禽发动机,然后又降落在地面上。这标志着猛禽发动机第一次将飞船推进到有实际意义的高度。


SpaceX在8月份的那次飞行测试后很快退役了StarHopper,现在专注于其下一代飞行器的组装。博卡奇卡和卡纳维拉尔角的团队一直在相互比赛,以更快建造出更大的星际飞船原型,它们看起来都更接近最终设计。位于博卡奇卡的星际飞船原型已经接近完工,它的上半部分和下半部分刚刚匹配起来,底座上安装了三台猛禽发动机。


星际飞船的历史演变


马斯克已经非常明确表示,SpaceX的目标是把人类送上火星,他也一直在讨论通过建造巨型飞船和运载火箭来实现这个目标。2008年左右,马斯克首次将这种当时十分神秘的飞行器称为火星殖民运输车(MCT),并给它起了绰号“BFR”,即“大猎鹰火箭”的缩写。但是没有人知道它是如何工作的,也不知道它是什么样的。


2016年,马斯克终于在墨西哥瓜达拉哈拉举行的国际宇航大会(IAC)会议上公布了他的火星飞行器第一个概念。他展示了巨大硬件的动画,火箭和飞船组合起来高达122米,直径超过11米。42台新的火箭发动机将被用来为该系统提供动力,它将能够将多达100名乘客运送到太空目的地。这种飞行器甚至有了个新名字——星际运输系统(ITS),因为马斯克声称它的运输范围可能远远超出火星。这将是有史以来最强大的火箭,轻而易举地盖过了美国宇航局将人类送上月球的土星五号火箭(Saturn V )。


2017年,马斯克缩小了上述系统的规模。在IAC的另一次演示中,他展示了更薄更短的火箭和飞船组合,而且它只需要31台发动机,而不是42台。马斯克当时指出,较小的版本将使其更容易筹集资金。


马斯克表示:“在去年的演示中,我们真的在寻找支持这个项目的资金。我们提出了各种想法,但都没有成功。不过现在,我们认为我们已经找到了方法,那就是研发更小的飞船和火箭。”马斯克声称,SpaceX最终将把所有资源投入到新火箭的研发中,将来它将取代该公司所有的现有火箭。


只花了一年时间,计划就再次发生了变化。2018年9月,马斯克宣布了该计划的第一位商业乘客,即日本亿万富翁前泽友作(Yusaku Maezawa),并对火箭和飞船设计进行了更多改进。SpaceX公司决定在飞船上增加三个巨大的鳍翼,并调整底部引擎的布置。不久之后,这个系统名字也改了。2018年11月,马斯克宣布,这艘飞船现在将被命名为“星际飞船”,将它送入太空的火箭将被称为“超重”(Super Heavy)。


从那时起,细节发生了更多变化,飞船的建造材料从碳复合材料转向不锈钢。系统的设计仍然非常灵活,马斯克对其进展给予断断续续的更新。


星际飞船的未来


马斯克对星际飞船项目寄予厚望,不仅仅希望其把人们带到火星上。马斯克提议使用星际飞船帮助建立月球基地,甚至利用它以亚轨道飞行速度将人们送到全球各地,这一概念被称为“点对点旅行”。他还指出,星际飞船不仅可以帮助运送乘客,也可以被用来将大量的卫星部署到轨道上,或者为国际空间站提供补给。


这一切都显得雄心勃勃,而马斯克为这些计划制定的时间表更是大胆。他设想星际飞船最早在2022年进行第一次轨道飞行,人们将在2024年搭乘其飞往火星。这些都令人有些难以置信,特别是因为超重运载火箭部分甚至还没有开始制造。然而,SpaceX的总裁格温·肖特韦尔(Gwynne Shotwell)去年确实准确地预测称,星际飞船原型将在2019年年底前进行高空测试,而这个预测即将成为现实。


关于SpaceX的太空雄心,仍然有很多问题没有得到答案,特别是涉及到维持人们在太空和其他世界生存所需的内部基础设施时。到目前为止,我们只听说了飞行器推进系统的规格,但诸如栖息地和对抗深空辐射的方法之类的细节还没有成为关注的焦点。马斯克今天没有提及到这些事情,但在任何人乘坐星际飞船之前,这些问题都需要提前解决。


SpaceX其他项目


SpaceX的下一代火箭和登陆火星任务显然已经引起巨大关注,但该公司也在与美国宇航局合作开展“商业宇航员”项目,即将宇航员从美国本土送到国际空间站。在最新新闻发布会之前,美国宇航局局长吉姆·布里登斯汀(Jim Bridenstine)似乎给SpaceX泼了一盆冷水,他指出该公司的商业载人项目远远落后于原定计划。


在发布会后的问答环节中,马斯克给出了简短回应。他说:“从SpaceX的角度来看,我们的资源主要集中在猎鹰火箭和龙飞船身上,目前公司制造星际飞船占用的资源比例确实相当小。”


马斯克没有详细说明SpaceX商业载人项目取得的进展,但指出推进该项目的确存在困难。最近公司测试载人龙飞船时发生爆炸,推迟了SpaceX在年底前将宇航员送上国际空间站的计划。现在看来SpaceX首次载人发射将在2020年进行,美国宇航局表示未来的发射日期正在审查中。

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