剛剛,“太空狂人”埃隆·馬斯克亮出了SpaceX最新的動作:計劃將“星際飛船”送往火星,第一批去火星的任務可能會在2020年完成,并重點介紹了這個可載百人長期星際旅行的星際飛船。


2002年6月,“硅谷鋼鐵俠”埃隆·馬斯克(Elon Musk)創辦了SpaceX。


2008年9月28日,獵鷹1號從馬紹爾群島的瓜加林環礁發射升空,首次成功進入地球軌道,這是第一枚私人公司研發的液體燃料運載火箭。


到目前為止,SpaceX已經成功進行了78次發射,并開發出世界上唯一可重復使用的軌道類火箭和航天器——能夠發射到太空,返回地球,然后再次飛行。


11年后的今天,馬斯克為大家介紹了SpaceX最新的動作:計劃將“星際飛船”(Starship)送往火星,第一批去火星的任務可能會在2020年完成,并重點介紹了這架“星際飛船”。


SpaceX發布史上最強星際飛船和火星城市構想,2024年殖民火星不是夢


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星際飛船


史上最強大的宇宙飛船,將人類送上月球、火星及更遠


美國德州的 Boca Chica,剛剛組裝完成的Starship MK1 試驗機和獵鷹 1 號火箭并排豎在一起,馬斯克站在兩個龐然大物前面開始了他的演講。


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馬斯克解釋了星際飛船設計理念的諸多變化和原因,詳細介紹了新的設計細節、參數和結構。


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星際飛船MK1高度為 50米,直徑 9 米,重 85 噸,有效載荷 150 噸,推力高達 1200 噸,典型返程載荷 50 噸。


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組裝完成的星際飛船 + 超級重型火箭高度高達 118 米,其中火箭 68 米,飛船 50 米。


MK1配備三個猛禽(Raptor)發動機,將首先瞄準20 公里的高度測試飛行,并最終進行軌道測試飛行。


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而運送星際飛船的超級重型火箭Super Heavy擁有 37 個猛禽發動機,6 條著陸腿,長度 68 米,直徑 9 米。


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猛禽是一種全流量、多級燃燒型火箭發動機,由低溫甲烷和液氧作為燃料。


馬斯克表示,星際飛船將攜帶150噸有效載荷進入軌道。它將在軌道上停留,為前往“月球、火星或更遠的地方”的旅程補充燃料。


雖然將一艘燃料飛船與軌道上的另一艘飛船連接起來聽起來很復雜,但馬斯克表示,在軌道上補充燃料是“SpaceX對空間站所做事情的簡化版”。


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星際飛船由兩部分組成:一枚巨型火箭和一艘客用飛船。由于地球存在巨大引力,需要火箭助推器才能將巨大的星際飛船送入太空。


為了離開地球軌道,需要另一艘星際飛船提供幫助。當第一艘載客星際飛船停在地球附近時,另一枚超重運載火箭需要發射第二艘星際飛船充當 “加油機”,里面裝滿了推進劑。然后,“加油機” 可以與已經在軌的星際飛船會合,并將推進劑轉移給后者,為飛船提供超過100噸的足夠前往月球或火星的燃料。


星際飛船的側翼是不銹鋼設計,完全可復用。


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月球基地


馬斯克還描述了未來的月球基地和火星城市,星際飛船將為月球基地和火星城市的建設運載大量的物資和人員。


馬斯克說,星際飛船將成為歷史上最強大的火箭,能夠將人類送上月球、火星以及更遠的地方。


一兩個月內,星際飛船 MK1 將進行 20 公里高度的亞軌道飛行,并且將垂直著陸回收。


最終,星際飛船將搭載多達100人,進行長時間的星際飛行。


星際飛船的進化:從火星“殖民運輸車”到“星艦”


馬斯克早就非常清楚地表明,SpaceX的目標是將人送往火星,長期以來,他一直在討論建造巨型飛船和火箭來實現這個目標。在2010年代早期,馬斯克首先將當時的神秘的火星車稱為“火星殖民運輸車”(MCS),并給它起了個綽號BFR,是“大型獵鷹火箭”的縮寫 。但沒人知道BFR的工作原理和外觀是什么樣。


2016年,在墨西哥瓜達拉哈拉舉行的國際宇航大會(IAC)會議上,馬斯克終于揭開了其火星概念車的第一個形象。本次展示的火箭和飛船的組合高度超過400英尺,寬37英尺。該系統將使用42臺新引擎提供動力,最多可搭載100名乘客前往外太空。


由于馬斯克聲稱這款運輸工具的運送范圍不止是火星,將其更名為“星際運輸系統”。這是有史以來人類制造的最強大的火箭,令美國宇航局的土星V號火箭黯然失色,正是后者將人類送上了月球。


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2018年版“星際飛船”的藝術渲染圖  來源:SpaceX


一年后,馬斯克縮小了這款系統的規模。在澳大利亞阿德萊德舉行的IAC上的另一場演講中,他又展示了更窄、更短的火箭和飛船,該系統只需要31臺發動機,而不是之前的42臺。馬斯克表示,這次推出的飛船和火箭將更容易獲得融資。“在去年的演講中,我們確實在尋找解決資金問題的方法。”馬斯克在2017年于IAC表示。


“我們曾有過各種各樣的想法,甚至考慮去Kickstarter上眾籌,結果都沒有成功。但馬斯克聲稱,SpaceX最終會將公司全部資源投入到新火箭的建造中,有朝一日將取代公司現有的運載能力,但現在我們已經找到了解決成本問題的辦法,就是縮小飛船的大小。整個系統也用回了原來的名字“BFR”。


重新設計架構只用了一年時間。2018年9月,馬斯克宣布了第一位商用火箭乘客,日本億萬富翁前澤友作(Yusaku Maezawa),并對飛船設計進行了更新。SpaceX決定在飛船上增加三個大鰭片,并調整了其底座的引擎排布。此后不久,飛船的名字也改了。在2018年11月,馬斯克宣布這艘船現在將被命名為——星艦'',并將其帶入太空的火箭命名為“超重型”。


從那時起,這艘飛船的材料從碳復合材料換成不銹鋼,諸多設計細節進一步變化。系統的設計仍然非常流暢,今天的新消息也就不足為奇了。


馬斯克:我們應該努力成為一個多行星的物種,現在就該這樣做!


雖然現在距離太陽膨脹、地球過熱之前還有“數億年”時間,但馬斯克并沒有忽視這一點,他指出,地球已經存在了大約45億年,但是人類從出現至今只占了這45億年的很小一部分。


“從進化的角度來看,如果有意識的生命在地球上進化所需的時間延長百分之十,那么它根本不會有機會進化成功,因為已經被太陽焚化了。”這位SpaceX的首席執行官在演講最后時說道。


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2019年9月28日,伊隆·馬斯克(Elon Musk)在活動上發表演講


“意識是非常稀有和寶貴的東西,我們應該采取一切可能的步驟來保持意識。直到現在,在45億年之后,這個窗口才剛剛打開。等待這個窗口的打開需要很長時間,而且可能不會打開長時間。我天生樂觀,但是這個窗口不會長期開放,我認為當它開放時,我們應該成為一個多行星文明。”


在馬斯克的眼中,推動人類成為多行星文明、并“將意識擴展到地球之外”的方法,此刻正聳立在他的身后。這架Mk1 星際飛船有朝一日將將人類送上月球和火星。馬斯克表示,最早明年,這架星艦就將能夠載著人類飛上軌道。


馬斯克在德克薩斯州博卡奇卡的SpaceX測試場進行演講。博卡奇卡是墨西哥邊境以北的小鎮,SpaceX始終在這里為星際飛船建造大量的測試硬件,馬斯克在演講期間以這些閃爍著銀光的硬件設備為背景。此外,我們還看到星際飛船的測試原型,它將在未來幾個月內進行高空測試飛行。


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六個月內入軌,明年進行載人飛行


馬斯克站在星際飛船Mk1原型前表示:“這是我見過的最鼓舞人心的東西。” 接下來,SpaceX希望能讓這個新原型飛起來,而且要飛得比StarHopper更高,在降落回地球之前可能達到20千米的高度。馬斯克說:“在那之后,我們的下次飛行可能只是帶著助推器和飛船一路飛入軌道。我們正在以最快的速度建造星際飛船,看到一大堆這樣的東西真的很瘋狂!”


第二個星際飛船原型MK2,目前正在佛羅里達州的SpaceX設施中建造。馬斯克說,Mk3原型將于“大約一個月內”在博卡奇卡開始制造,并可能在三個月內完成。他說:““這聽起來很瘋狂,但我們希望在不到六個月的時間將其送入軌道,明年就有可能看到載人飛行。使我們成為太空文明所需的關鍵突破是使太空旅行變得像航空旅行那樣常見。”


當然,對于馬斯克來說,錯過最終期限的事情時常發生。但他相信,如果目前的生產速度能夠持續下去,進入軌道的星際飛船可能是Mk4或Mk5原型。在長達一個小時的發布會上,馬斯克宣布星際飛船原型的下一次測試將在“一到兩個月”內進行。


隨后,馬斯克詳細介紹了星際飛船將如何著陸。他說:“這是一種控制火箭的全新方法,它更像是高空跳傘,而不是操控飛機。”馬斯克還解釋了鋼制隔熱罩的重要性,它的花費僅是碳纖維隔熱罩的一小部分。他說:“我愛死鋼鐵了!”


超重運載火箭將推動星際飛船進入軌道,馬斯克稱其推力將是有史以來最強大的火箭——NASA土星5號的兩倍,并配備多達37個猛禽發動機。


火箭+飛船高118米,二代原型下月測試


雖然星際飛船多年來有著許多不同的外觀和名稱,但有些關鍵因素始終保持未變。首先,整個系統依賴于SpaceX的下一代猛禽發動機。這款硬件于2016年首次進行測試,以液氧和低溫甲烷為燃料,這兩種成分可能會在火星上找到。每個發動機可提供約20萬公斤的推力,大約是為獵鷹9號火箭提供動力的Merlin 1D發動機的兩倍。


此外,星際飛船始終是個由兩部分組成的系統:一枚巨型火箭和一艘客用飛船。它們組合起來的高度為118米,其中火箭高68米,飛船高50米。超重火箭有37臺猛禽發動機,6條著陸腿。由于地球存在巨大引力,需要火箭助推器才能將巨大的星際飛船送入太空。


星際飛船將采用太空推進劑加上燃料轉移技術。為了離開地球軌道,需要另一種不同的星際飛船提供幫助。當第一艘載客星際飛船停在地球周圍時,另一枚超重運載火箭需要發射第二艘星際飛船充當“加油機”,里面裝滿了推進劑。然后,“加油機”可以與已經在軌的星際飛船會合,并將推進劑轉移給后者,以便將超過100噸的貨物送至月球或火星表面。


最重要的是,整套系統都是可重復使用的。超重運載火箭和星際飛船都應該有能力進行推進著陸,在這種情況下,它們將使用自己的引擎降落,與SpaceX回收獵鷹9號火箭的方法相同。SpaceX的星際飛船將執行大量的貨物和人員運送任務,這對于建造月球基地和火星城市至關重要。最終,星際飛船將搭載多達100人進行長時間的星際飛行。


在過去的一年中,SpaceX確實加快了其星際飛船計劃的測試。該公司始終在佛羅里達州博卡奇卡和卡納維拉爾角建造星際飛船的零件和原型,該公司的大部分火箭也都是在那里發射的。


在德克薩斯州進行了幾次發動機測試后,SpaceX于今年8月在博卡奇卡進行了首次試飛。名為StarHopper的星際飛船原型飛行器升到了大約150米的高度,而它只使用了一個猛禽發動機,然后又降落在地面上。這標志著猛禽發動機第一次將飛船推進到有實際意義的高度。


SpaceX在8月份的那次飛行測試后很快退役了StarHopper,現在專注于其下一代飛行器的組裝。博卡奇卡和卡納維拉爾角的團隊一直在相互比賽,以更快建造出更大的星際飛船原型,它們看起來都更接近最終設計。位于博卡奇卡的星際飛船原型已經接近完工,它的上半部分和下半部分剛剛匹配起來,底座上安裝了三臺猛禽發動機。


星際飛船的歷史演變


馬斯克已經非常明確表示,SpaceX的目標是把人類送上火星,他也一直在討論通過建造巨型飛船和運載火箭來實現這個目標。2008年左右,馬斯克首次將這種當時十分神秘的飛行器稱為火星殖民運輸車(MCT),并給它起了綽號“BFR”,即“大獵鷹火箭”的縮寫。但是沒有人知道它是如何工作的,也不知道它是什么樣的。


2016年,馬斯克終于在墨西哥瓜達拉哈拉舉行的國際宇航大會(IAC)會議上公布了他的火星飛行器第一個概念。他展示了巨大硬件的動畫,火箭和飛船組合起來高達122米,直徑超過11米。42臺新的火箭發動機將被用來為該系統提供動力,它將能夠將多達100名乘客運送到太空目的地。這種飛行器甚至有了個新名字——星際運輸系統(ITS),因為馬斯克聲稱它的運輸范圍可能遠遠超出火星。這將是有史以來最強大的火箭,輕而易舉地蓋過了美國宇航局將人類送上月球的土星五號火箭(Saturn V )。


2017年,馬斯克縮小了上述系統的規模。在IAC的另一次演示中,他展示了更薄更短的火箭和飛船組合,而且它只需要31臺發動機,而不是42臺。馬斯克當時指出,較小的版本將使其更容易籌集資金。


馬斯克表示:“在去年的演示中,我們真的在尋找支持這個項目的資金。我們提出了各種想法,但都沒有成功。不過現在,我們認為我們已經找到了方法,那就是研發更小的飛船和火箭。”馬斯克聲稱,SpaceX最終將把所有資源投入到新火箭的研發中,將來它將取代該公司所有的現有火箭。


只花了一年時間,計劃就再次發生了變化。2018年9月,馬斯克宣布了該計劃的第一位商業乘客,即日本億萬富翁前澤友作(Yusaku Maezawa),并對火箭和飛船設計進行了更多改進。SpaceX公司決定在飛船上增加三個巨大的鰭翼,并調整底部引擎的布置。不久之后,這個系統名字也改了。2018年11月,馬斯克宣布,這艘飛船現在將被命名為“星際飛船”,將它送入太空的火箭將被稱為“超重”(Super Heavy)。


從那時起,細節發生了更多變化,飛船的建造材料從碳復合材料轉向不銹鋼。系統的設計仍然非常靈活,馬斯克對其進展給予斷斷續續的更新。


星際飛船的未來


馬斯克對星際飛船項目寄予厚望,不僅僅希望其把人們帶到火星上。馬斯克提議使用星際飛船幫助建立月球基地,甚至利用它以亞軌道飛行速度將人們送到全球各地,這一概念被稱為“點對點旅行”。他還指出,星際飛船不僅可以幫助運送乘客,也可以被用來將大量的衛星部署到軌道上,或者為國際空間站提供補給。


這一切都顯得雄心勃勃,而馬斯克為這些計劃制定的時間表更是大膽。他設想星際飛船最早在2022年進行第一次軌道飛行,人們將在2024年搭乘其飛往火星。這些都令人有些難以置信,特別是因為超重運載火箭部分甚至還沒有開始制造。然而,SpaceX的總裁格溫·肖特韋爾(Gwynne Shotwell)去年確實準確地預測稱,星際飛船原型將在2019年年底前進行高空測試,而這個預測即將成為現實。


關于SpaceX的太空雄心,仍然有很多問題沒有得到答案,特別是涉及到維持人們在太空和其他世界生存所需的內部基礎設施時。到目前為止,我們只聽說了飛行器推進系統的規格,但諸如棲息地和對抗深空輻射的方法之類的細節還沒有成為關注的焦點。馬斯克今天沒有提及到這些事情,但在任何人乘坐星際飛船之前,這些問題都需要提前解決。


SpaceX其他項目


SpaceX的下一代火箭和登陸火星任務顯然已經引起巨大關注,但該公司也在與美國宇航局合作開展“商業宇航員”項目,即將宇航員從美國本土送到國際空間站。在最新新聞發布會之前,美國宇航局局長吉姆·布里登斯汀(Jim Bridenstine)似乎給SpaceX潑了一盆冷水,他指出該公司的商業載人項目遠遠落后于原定計劃。


在發布會后的問答環節中,馬斯克給出了簡短回應。他說:“從SpaceX的角度來看,我們的資源主要集中在獵鷹火箭和龍飛船身上,目前公司制造星際飛船占用的資源比例確實相當小。”


馬斯克沒有詳細說明SpaceX商業載人項目取得的進展,但指出推進該項目的確存在困難。最近公司測試載人龍飛船時發生爆炸,推遲了SpaceX在年底前將宇航員送上國際空間站的計劃。現在看來SpaceX首次載人發射將在2020年進行,美國宇航局表示未來的發射日期正在審查中。

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