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目标火星,以及更远——SpaceX星舰计划拉开序幕

星舰飞船和第一级火箭分离示意图。 资料图片

近日,美国太空探索技巧公司(SpaceX)宣布了新一代火箭的蓝图:被称为“星舰”(Starship)的下一代重型运载火箭,将成为人类有史以来最大年夜的航天运载器。

在新计划宣布会上,SpaceX展出了已建成的星舰第二级全尺寸原型机MK1。SpaceX开创人埃隆·马斯克(Elon·Musk)颁发演讲称,SpaceX计划在年内进行MK1的无人飞行测试。此外,原型机MK2也在建造中,之后还有MK3、MK4……SpaceX正竭尽全力地推进星舰计划。

按照SpaceX官网的说法,“星舰”将用于前往“地球轨道、月球、火星和更远”。马斯克频频强调,他创立SpaceX的目标主如果为了赞助人类移夷易近火星。从星舰的设计参数上,显然是瞄准这一目标的。那么,史上最强运力、史上最多发念头数量、轨道燃料加注、火箭重复应用……这些寻衅人类技巧极限的黑科技,会实现吗?人类的火星计划,会成为现实吗?

迭代中的星舰 从设想走到现实

在SpaceX的官网首页,并排显示了4个项目。前两个项目是“猎鹰9号”和“猎鹰重型”两个现役的运载火箭项目,第三个项目是“龙”飞船,这是SpaceX的“运输机”,已成功向国际空间站输送物资,明年或将进级为载人飞船,向国际空间站输送宇航员。着末一个项目则属于未来。它有一个科幻气息浓厚的名字——“星舰”。

按照SpaceX的构想,“星舰”的客舱可容纳百人,其第一级“超级重型”,也有着空前未有的超大年夜推力。马斯克在9月曾评论说:“星舰”系统将是人类在火星上建立能够自我保持城市的最快道路。

被称为“狂人”的马斯克频频强调,他创立SpaceX的目标主如果为了赞助人类移夷易近火星:2016年,马斯克公布了“行星际运输系统”(ITS)设计观点——它将专门用于太阳系里手星间的运输。马斯克当时说,他的终极计划是每26个月向火星输送1000人,目标是在50—100年内在火星上建立一个百万人城市。

SpaceX也在反复调剂设计和系统的名称。比如,2017年时刻,ITS就被改名为BFR(大年夜型猎鹰火箭),设计指标也有所缩水。而之后,更名为BFR项目又赓续更新设计,险些规复了ITS最初的水准。

2018年9月,SpaceX公布了首位购买BFR绕月飞行“机票”的游客——日本大亨前泽友作。他计划于2023年前往月球。

2018年11月,SpaceX发布,BFR计划正式更名为“星舰”。这一运输系统中,第一级/助推器被称为“超级重型”火箭,上面级/太空飞船被称为“星舰”。两者构成的系统也被统称为“星舰”。

令人赞叹的是,“星舰”如斯之快地进入现实。SpaceX快速地临盆并测试了数个“星舰”原型机,以致包括全尺寸原型机MK1。

光阴回到2019年7月。SpaceX在美国得克萨斯州南部的博卡奇卡测试场对星舰飞船原型——“星虫”(Starhopper)进行自由悬浮测试,创造了150米飞行高度的新记载。

到2019年9月末,SpaceX在宣布会上展出了“星舰”上面级的全尺寸原型机MK1。这个高50米、直径9米的巨型飞船安装3台“猛禽”发念头,飞得比“星虫”更高。宣布会上,马斯克说,MK1大年夜概会在1个月以落后行20千米高度的试飞。

另一台原型机MK2也在临盆中,估计比MK1稍晚下线。MK3和MK4估计会在6个月今后建成并且进行首次轨道飞行。MK5也在计划中。

航天工程博士毛新愿对南方日报记者表示,这种速率恰是SpaceX的特色:经由过程优秀的治理手段低落试错资源,实现技巧和产品的快速迭代。“这确凿是它的另类之处,也是它能够击败浩繁对手、取得现有成就的条件。”

全国空间探测技巧首席科学传播专家庞之浩也表示,SpaceX多次变化“星舰”项目的技巧参数,显示其技巧还远不敷成熟,但其大年夜胆采纳新技巧、新规划,不惧怕掉败,赓续在实践中改进的做法值得借鉴。

史上最多 第一级火箭有37台发念头

马斯克在SpaceX的宣布会上先容,星舰系统的上面级,高50米,直径9米,干重200吨,未来有望优化到120吨。装有6台“猛禽”发念头,近地轨道运力终极将达到150吨;返回地球的载荷重量为50吨,推进剂加注量1200吨。星舰的舱内空间达1100立方米,可载运100人。

第一级“超级重型”火箭的指标更夸诞。它的直径达9米、高68米,装有37台“猛禽”发念头,起飞推力约7500吨,相称于“土星五号”火箭的两倍——“土星五号”是阿波罗载人登月计划应用的火箭,是人类历史上最大年夜推力的火箭,现已退役。

37台发念头组成的第一级,也是一个记载。今朝,SpaceX的“猎鹰重型”是现役天下上推力最大年夜的运载火箭,发射时27台“梅林”发念头并联事情。

当时,在“猎鹰重型”发射前,外界纷繁对这种“推力不敷,数量来凑”的火箭事情要领表示担忧。27台“梅林”发念头并联事情,飞行中可能因孕育发生共振而爆炸,一度是该型火箭最大年夜的技巧寻衅之一。马斯克本人也表示只要火箭没有在发射台上爆炸,就已经算是成功。好在“猎鹰重型”成功发射。更早的时刻,苏联为了实现载人登月,采纳了30台发念头串联事情的第一级火箭设计,然则4次发射均告掉败。

“多台发念头一路事情确凿有风险。假如有一两个发念头掉效且与之对称结构的发念头没有顺利关闭,或者是哪怕一个爆炸的话,就会摧毁全部火箭。”毛新愿说。

“比如说N1火箭,从理论上讲并不是完全弗成行,然则关键就在于,为了同时应用这么多发念头,必要很多帮助的举措措施,包括各类燃料供应、电子电路和布局节制系统等。例如若何设计泵轮回合理分配燃料的系统,以及这些发念头若何开和关的节制系统,很多环节都必要共同好。”毛新愿先容。

SpaceX在多台发念头火箭设计上显得颇有心得。毛新愿表示,SpaceX已经经由过程自己的实际例子,证清楚明了技巧的可行性。“‘猎鹰重型’火箭第一级有27台‘梅林’发念头,几回发射都取得了成功。”

“SpaceX对付火箭燃料系统的分配、节制系统、帮助系统的钻研是异常深入的。尤其是当一枚猎鹰火箭一级/助推器收受接收的历程中,并不是9台发念头一路事情,是赓续分步骤地按照不合的数量去事情。这表现了异常高超的火箭发念头节制水平。”毛新愿表示,“星舰”由37台发念头组成第一级对照可行,并不会成为技巧瓶颈。

此外,毛新愿提到,SpaceX的设计在资源上也有上风。“小型发念头可以大年夜规模量产,资源远远低于应用几个大年夜型发念头。再加上‘星舰’也可以做收受接收,以是今朝的规划,也是SpaceX基于现有技巧下能够做到的,以致是最优解了。”

“太空加油” 让飞船走得更远

大概我们将很快见到“星舰”的发射。SpaceX表示,“星舰”首飞或将于2021年实现,但早期飞行将是无人飞行,可能用于通讯卫星发射等。

至于前往月球和火星,就要进行“太空加油”。马斯克在宣布会上具体先容“星舰”的“轨道补给”计划。按设想,载人飞船先飞到地球轨道待命,然后再发射第二艘满载燃料的飞船充当“加油机”,两艘飞船会集,实现在轨燃料转移加注,然后载客飞船再奔赴月球或火星。马斯克表示,“星舰”对接要比现在“龙”飞船对接国际空间站更简单,“这是在月球或火星上建立基地的另一个关键。”

毛新愿评论道,“太空加油”技巧难度很高。一方面是任何载荷发射到太空都很繁杂;另一方面,掉重情况下进行大年夜规模液体传送,技巧难度也很高。

不过毛新愿觉得“太空加油”对付人类“远航”的意义很紧张。“实现‘太空加油’就意味着可以极大年夜地低落资源。比如说可以经由过程多次义务赓续地去补给燃料,这样的话,单次义务所需的伟大年夜的载荷就可以分散开来,整体上低落资源,前进成功率。”

无论若何,我们间隔实现火星登岸,生怕还有一段不短的光阴。

根据此前NASA的筹划,美国政府主导的载人登火星项目估计在21世纪30年代中期展开,马斯克的计划则激进得多,号称2024年载人前往火星。不过鉴于SpaceX中经久筹划的一直性跳票,很少有人把2024年火星计划当真。

“按照现有的蓝图,‘星舰’脱离地球,用于对照成熟的月球探测和初步的火星探测,是没有问题的。”毛新愿说,“然则寻衅载人登岸火星的话,照样异常艰巨。”

毛新愿表示,载人登岸火星一个紧张的寻衅是若何返回。“斟酌到火星的大年夜气阻力,若何登岸上去,再若何返回,险些是一个目昔人类弗成能完成的义务,包括‘星舰’也是。”

“假如寻衅载人登岸火星,就必要做大年夜量的其他技巧的开拓,以致是在火星上临盆火箭燃料,由于从地球带以前是异常不现实的。这也意味着伟大年夜的资金资源和技巧寻衅,以致像美国、俄罗斯、中国这些零丁一个国家都不太可能完成。”毛新愿表示,“可以把它看作是人类的一个宏伟计划,但目昔人类离这一步照样差很远的。”

南方日报驻京记者 王诗堃 统谋划划:张志超

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