世界最強“星艦”即將登場 馬斯克能否改寫太空探索?


美國東部時間周一8點(北京時間周一20點),SpaceX的“星際飛船”將迎來它的首次軌道級試飛。這次發射任務至關重要,它不但關系到馬斯克的火星夢,還會影響美國的重返月球計劃。馬斯克有些迫不及待。


星際飛船今晚首次軌道試飛

Twitter上,馬斯克已經把它在2019年9月發佈的一條推文置頂。這條推文圖文並茂,配圖是夜色中的星際飛船,文字則是“狂憤怒,對光明的消逝而憤怒”(Rage, rage against the dying of the light)。


馬斯克的置頂推文

這句話出自威爾士詩人狄蘭·托馬斯(Dylan Thomas)的最著名作品《不要溫和地走進那個良夜》。在2014年的高分電影《星際穿越》中,佈蘭德教授引用這首詩,他在憤慨自然的殘酷,不希望人類屈服於命運,要奮力抵抗,把人類這個物種延續下去。


《星際穿越》中的佈蘭德教授

緊接著,馬斯克又在下面發佈一條預告推文,“明天(周一)試飛”。圖片顯示,星際飛船和超重型火箭已經完全堆疊在一起。


馬斯克預告發射時間

世界最強火箭

美國宇航局(NASA)局長比爾·納爾遜(Bill·Nelson)曾炫耀,該局的“太空發射系統”(SLS)是世界上最強大的火箭。SLS高322英尺(約合98米),比紐約自由女神像還要高。

但是在星際飛船面前,SLS還是略遜一籌。星際飛船的高度達到近400英尺(約合122米),第一級配備驚人的33個發動機,產生的推力接近SLS的兩倍。而且,星際飛船是可回收火箭,能重復使用。相比之下,SLS在把有效載荷送入軌道後將在海外墜落,無法再利用。


星際飛船與SLS

根據SpaceX在2020年發佈的一份用戶指南,在完全可重復使用的配置下,星際飛船將能夠將超過100噸的貨物送到月球,並可以將更多貨物送到近地軌道。

相比之下,NASA的數據顯示,當前版本的SLS隻能將27噸貨物送到月球上。即便是即將升級,它也隻能將有效載荷重量增加到38噸。

美國三位天文學傢和物理學傢在《今日物理學》雜志上發表的一篇文章中預測說:“如果星際飛船發射成功,它將極大增強我們的太空能力,從質的角度改變天體物理學任務的構建方式。太空天體物理學任務一直受到發射器能力的嚴格限制,這在20年裡沒有發生實質性變化。”


星際飛船與SLS的高度對比

美國國傢科學、工程和醫學院在去年的一份報告中稱,“星際飛船可以容納的有效載荷比傳統NASA行星任務載荷大得多、重得多,大大減少傳統NASA有效載荷要花大價錢縮小尺寸和質量的需求。”

“你的整個開發過程,整個設計過程,變得如此簡單,”哈佛和史密森天體物理中心的高級天體物理學傢馬丁·埃爾維斯(Martin Elvis)在接受采訪時說,“這會節省大量成本。”

而且,星際飛船的發射成本還要比SLS便宜。目前還無法對星際飛船的成本進行準確估計,但馬斯克此前曾表示,在未來幾年時間內,它的每次發射成本可能會低於1000萬美元。


星際飛船

SpaceX致力於讓星際飛船實現完全可重復使用,這意味著它可能每年發射幾次。“它可能會從根本上極大地改變太空經濟,以及我們可以在太空中放置多少東西,以及為什麼要這麼放置。”哈佛商學院太空經濟教員佈倫丹·羅索(Brendan Rosseau)稱。

相比之下,NASA的SLS火箭對納稅人來說成本高昂:自2006年該項目啟動以來,它的開發成本已達500億美元。這枚23層樓高的火箭最初計劃在2016年發射,但足足推遲6年才在去年完成首次試飛。由於SLS的每次發射成本都超過40億美元,而且NASA每次發射都要重新建造一枚火箭,所以它在短期內不會變得便宜。

所有這些都讓SLS難以抗衡星際飛船這枚閃閃發亮的新火箭。

美國登月利器

羅索表示,星際飛船周一的發射不僅是對該公司旗艦飛行器的一次試驗,也是對NASA冒險將商業公司納入其航天器開發中心環節的一次關鍵考驗。

與“阿波羅”登月任務不同,SLS不會把宇航員一路帶到月球上。宇航員將乘坐SLS頂部的“獵戶座”飛船到達月球軌道。與此同時,星際飛船將單獨發射,成為登月任務的月球著陸器。一旦任務完成,星際飛船將在返回地球的途中將宇航員帶回獵戶座飛船,之後宇航員將在月球軌道上放棄星際飛船。


星際飛船將承擔美國登月任務

這就意味著,NASA計劃讓SpaceX打造的星際飛船成為自1972年以來首次把人類送上月球的火箭。“如果你是NASA局長納爾遜,你真的會密切關註星際飛船的此次試飛,因為它現在是你基礎設施的關鍵部分。” 羅索表示。

NASA對星際飛船的依賴顯而易見。據報道,納爾遜曾向SpaceX總裁格溫·肖特韋爾(Gwynne Shotwell)詢問,馬斯克收購Twitter是否會影響SpaceX承擔的NASA任務。肖特韋爾向他保證,他“沒有什麼可擔心的”。


美國登月宇航服

NASA對SpaceX的支持不會止步於執行登月計劃的“阿爾忒彌斯3號”任務。該局已經讓SpaceX為“阿爾忒彌斯4號”任務設計著陸器,將NASA的投資再增加12億美元,以便設計一個系統讓火箭停靠在NASA計劃中的月球門戶(Gateway)上。

“我認為,這表明NASA相信SpaceX有能力讓星際飛船在那之前投入正常使用。鑒於我們甚至還沒有對該系統進行完整的軌道飛行測試,這顯然是相當不起的。”羅索稱。

爆炸陰影

不過,馬斯克上月在投行摩根士丹利舉行的一場會議上曾表示,星際飛船首飛的成功率為50%。換句話說,失敗的可能性也達到50%。

“我不敢說它能進入軌道,但我保證它會令人興奮,”他說,“不會無聊的。”

星際飛船原型爆炸引發的火球

星際飛船原型爆炸引發的火球

在這之前,SpaceX曾對星際飛船(不包括超重型火箭)進行幾次小測試,讓它飛到大約6英裡(約合10公裡)高的空中,然後再返回地球。在這期間,星際飛船曾發生過幾次爆炸。

2020年8月,SpaceX發射SN8版本的原型星際飛船。在到達幾英裡的高空後,星際飛船關閉發動機,完成“腹部朝下”的翻轉動作,以水平姿態向地面墜落,但是它並未實現軟著陸,飛船墜毀,燃燒成一個火球,火箭碎片散落在著陸點上。

此次失敗沒有造成人員受傷。馬斯克稱,這次試飛是一次“很棒的測試”。

馬斯克依舊認為“試飛很棒”

馬斯克依舊認為“試飛很棒”

2021年2月,SpaceX再次嘗試發射SN9原型飛船。這一次,飛船達到6英裡的高度,但是再次墜毀,燃燒成一個火球。

當時,SpaceX的首席集成工程師約翰·因斯普魯克(John Insprucker)認為,這是一次不錯的飛行。但他補充說,“我們需要在著陸方面多花點功夫”。

2021年3月,SpaceX進行第三次嘗試,發射SN10原型飛船,原本以為成功。“俗話說,事不過三。”因斯普魯克當時表示,“一次漂亮的軟著陸。”

不過,飛船當時仍在噴出縷縷煙霧,而且明顯傾斜。在著陸大約8分20秒後,飛船再次爆炸,並被彈回到空中,原因很可能是因為燃料泄漏。


再次爆炸

幾周後,SpaceX依舊沒有碰到好運氣。該公司在大霧中對SN11進行發射測試,依舊發生爆炸,把殘骸留在著陸場中。

這是SpaceX試飛的第四次失敗。“至少撞擊坑在正確的地方。”馬斯克當時似乎在安慰自己。他後來說,事故的原因是其中一個發動機上發生小規模甲烷泄漏,他發誓問題會得到解決。

2021年5月,SpaceX終於成功實現SN15的回收,後者在著陸場輕輕地著陸。


終於成功

就在這次成功試飛的幾周前,NASA授予SpaceX一份價值29億美元的合同,使用星際飛船將宇航員送上月球。這為周一的SpaceX首次全堆疊(加入超重型火箭)試飛鋪平道路。(作者/簫雨)


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