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距大批人类登上火星只剩7年马斯克的第二版火星梦_[#第一枪]

发布时间:2021-06-07 11:41:18 阅读: 来源:切带机厂家

火星,一直都是“硅谷钢铁侠”Elon Musk一个最大的梦想。

雷锋网(公众号:雷锋网)讯:3天前,在澳大利亚的阿德莱德举行的第 68 届国际宇航大会上,SpaceX 的创始人、CEO 兼 CTO,Elon Musk发表了一个主题演讲,第三次、第二版也是最详细地阐述了他心目中人类如何移民火星的计划。用Elon Musk自己的话来说:

人类能否走出地球,变成一个星际物种,这决定着人类的未来。

究竟Elon Musk在这次主题演讲中说了什么?其中又有哪些特别值得关注的点?雷锋网也专门对整场演讲进行了整理,快来欣赏下人类史上完成度最高的火星移民计划吧。

缩水的“星际运输系统”土星5号火箭

事实上,40年前的人类曾经有过一波热浪滔天的“太空开发浪潮”。虽然那次浪潮背后有着国家竞争、时代因素等契机,但它的最终落幕的确说明了一点——如何提升火箭的运载效率,对于太空开发至关重要。

而这恰恰是SpaceX一开始计划,并且已经在可重复利用的Falcon 9火箭上部分实现的核心。

不过将卫星或者少量物资运到太空的Falcon 9火箭明显无力承担以火星为目标的探险,所以在去年在墨西哥城举行的第 67 届国际宇航大会,Elon Musk发布了一个名为“星际运输系统(ITS,Interplanetary Transport System)”的全新设计。

这套系统中包含两个核心部件,一个被称为BFR(Big Fxxking Rocket,好一个大火箭),另一个则是运输飞船(Mars Colonial Transporter,火星殖民运输者)。

他们加起来,总高度达到了122米,直径12米,整体重量达到1.05万吨,理论可以将550吨的物资搜昂上地球低轨道(LEO)。但庞大的尺寸也给动力设计带来了困难,BFR底端被设置了足足42个SpaceX新一代Raptor引擎,后者的能力约为SpaceX目前在Falcon 9火箭上的Merlin系列引擎的3.5倍。

如何保证如此之多的引擎正常工作?如此密集排布的情况下是否会影响单个发动机的可靠性?最终,Elon Musk选择了在今年对整套ITS系统进行一定的“缩水”:

高度从之前的122米缩减为106米;

火箭直径从之前的12米缩减为9米;

最关键的是:有效的LEO载荷从之前的550吨下降到150吨;

整体理论载荷下降到原来的4分之一,为什么会出现这么明显的缩水?原因还是在于整体结构设计:发动机数量少了、火箭部分长度缩短了,但是运输飞船的个头基本没变。换个角度说,整套ITS系统实际上都以运输飞船为中心进行了一定的妥协。

在此次演讲中,Elon Musk也简短介绍了飞船在修整后的全新布局。头部依然是载荷部分,但是内部有所划分,乘员舱大概会由40-50个舱室组成,每个舱室里面一般坐2-3人,最大可以挤进4-5人。同时飞船还直接设有可供躲避“太阳风暴的舱室”,之后才是专门用来存放货物的舱室。

在运输飞船的最后部,则是燃料舱和发动机引擎。值得一提的是,在发布会现场,Elon Musk也展示了一小段视频,SpaceX利用自行发明的全新碳纤维结构,打造了一个燃料仓的试验品。它在灌入液氧之后进行相应的压强测试,完全能够满足飞船设计过程中的理论要求。

运输飞船的底部则一共有6个Raptor引擎,其中4个用途为在真空(宇宙)中提供推进力,剩下的两个集中分布在中部,作为运输飞船在火星降落/起飞、地球降落的动力。在飞船的底部外侧,还有两个“Delta Wing”,用来作为运输飞船在大气中的控制面。

与上一个版本的运输飞船蓝图相比,这一版运输飞船显得更加简练,但在内部设计上更加细致。事实上,这其中也潜藏了一个玄机,我们留到下文再进行解析。

至于目前整个系统完成程度,Elon Musk在演讲中表示:

我们目前也正在紧锣密鼓的建造中,相信明年第三、第四季度可能会有相关的成品展示。

经济性和太空补给策略

普通人看SpaceX,或许只会觉得它们能够把火箭回收回来再发射是“黑科技”。但事实上,这种黑科技最终影响的还是整体的发射成本。在本次主题演讲的过程中,Elon Musk也对这方面进行了集中的“炫耀”。

他先后展示了两幅图,第一张是目前世界上现有的航天火箭的运载能力,第二场是这些火箭的发射成本。需要注意的是,在这两张图中Falcon Heavy和BFR的数字仍为理论值。但我们依旧能够很明显的看到,运载能力略逊于中国长征5号的Falcon 9,事实上在利用火箭回收技术之后,已经成为了目前世界上单次发射成本最低的火箭。并且根据Elon Musk的推算,ITS系统因为个头优势,很可能会打破这一纪录。

另外值得特别提的一点是火星探索中的“太空燃料补给”环节。深空探索领域其实有一个悖论——想要把更多的东西运到遥远的目的地,那么就需要更多燃料,更多的燃料和负载又需要更大的火箭来装载...周而复始,火箭的尺寸变得越来越大,但是工作效率并没有提高。

对此,Elon Musk早在去年就提出了“太空燃料补给”的想法:先将载荷飞创发射到地球周边轨道,然后再数次发射燃料补给飞船与之汇合并转移燃料,最终让载有载荷的飞船以满燃料的状态飞向目的地。

Elon Musk在演讲中也用一个表格简单直观地介绍了效果:单艘飞船仅凭自己能达成150吨的运输能力,但在一次“太空燃料补给”之后就可以轻松实现200吨的运输能力,随着加油次数的增加,这个数值还能有所增加。

具体的火星计划

在介绍完这么多基础的信息之后,Elon Musk总算谈到了火星运输计划的详细情况,从整体上来说,你可以理解有这么5个步骤:

装有负载(人、货物)的运输飞船从地球起飞到达环地球轨道(火箭部分返回地球);

燃料补给飞船多次起飞,为运输飞船补给燃料(燃料补给飞船和火箭部分返回地球);

装有负载(人、货物)的运输飞船飞向火星,并最终降落在火星表面;

利用飞船携带的物资和燃料,在火星表面建立燃料工厂,生成甲烷和氧气,成为返程飞船的补充燃料;

返程飞船自行从火星表面起飞,然后在地球表面降落。

这或许看上去有“把大象放入冰箱”的即视感,但是Elon Musk在现场还专门放出了他们用计算机模拟出的飞船在火星表面下降的模拟过程,可以看到在整个下降过程中,火箭进行了大幅度的姿态调整。

当然,上面提到的只是对于单艘飞船的步骤,对于整个火星计划还略有不同。Elon Musk这次也拿出了整个火星计划中最开始的目标——在火星上落脚。

这个目标有两个关键的时间节点,一个是2022年,一个是2024年。其中2022年的规模略小,主要包括两艘货运飞船。他们的目标是为后续飞船打前站,甚至会放下机器人确认水的存在。2024年的规模则是4艘飞船,其中两艘为载人飞船。这批首先出发的“火星人”将利用4艘飞船上面的物资,在火星表面建立最基础的基地,并且完成火箭燃料生产工厂的建设。

Elon Musk也在演讲的现场展示了他们对于火星基地扩张过程的设想,你可以看到整个基地随着飞船数量的增加和时间的推进变得越来越庞大。这实际上也解释了上文中的一个疑问,为什么在整个ITS计划缩水的情况下,运输飞船为什么没有怎么缩水。答案实际上在于少数运输飞船将成为整个火星基地的一部分,他们可能永久都不会再离开火星,因此内部的空间大小保证相当重要。

随着时间的推移,你可以感觉到Elon Musk的火星计划变得愈发仔细,各种各样的细节正在逐渐被勾勒出来。

其他彩蛋:月球基地、地球火箭客运

相比大力建设的火星基地,月球基地的介绍就要简单的多,ITS飞船完全能够在更少次数的补给情况下飞到月球,并且再凭借自己的燃料从月球返回地球。这也是因为月球上没有能够直接生产出火箭燃料的原料,但值得一提的是,人类其实“觊觎”月球上的氦3已久,后者很有可能会成为人类未来清洁的原子能原料。

如果说火星和月球Elon Musk都是非常严谨的在介绍,那么地球火箭客运这个环节就有点“恶搞”了。还是那个能够将人类变为星际居民的ITS系统,不过这次目的地却变成了地球上的另外一个城市,按照Elon Musk的估算,目前国际上绝大部分航线如果用火箭来运输,飞行时间都将压缩到1小时之内。

当然,前提是客人能够承受住火箭发射、降落时候的高加速度,不会对这种飞行感到恐惧,并且愿意为节约的时间付出数十倍乃至数百倍的价格。嗯,还是当成一个彩蛋好了。

雷锋网总结:神算子Elon Musk

如果在20年前,你跟一个航空航天业的人士说,你要发射一个可以回收的火箭,我敢肯定那个人肯定叫你“疯子”。但事实上,Elon Musk却早早地“看”到了这其中的机会。

根据其传记中的资料,让Elon Musk确信自己这种想法的素材实际上只是一本前苏联的火箭数据手册和其天马行空的想法。这种大胆的预测实际上谁都能做,但关键的是,Elon Musk实际上在一开始就能算出其中的可能性。而且不止一次,从Tesla到SpaceX再到OpenAI,他似乎每次都能够将可能性“算”准确。

这也让我曾数次诞生出一个想法——有生之年应该找Elon Musk算次命。

当然,无论电动车、自动驾驶,抑或是火星探索、地下交通,这些项目本身都是以人类进步为出发。即便想法的确都很“天马行空”,但万一实现了呢。

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