科學探索:你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?
發布時間:2021-03-04
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科學探索:你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?
你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

撰文 | 矩陣菌 ◈ 配圖 | 柯雪妹


許多人都喜歡憧憬未來,但有的人卻不限於(yu) 憧憬,而是會(hui) 努力伸手,將未來拉向自己,埃隆·馬斯克便是其中之一。

觸及未來的唯一的途徑,無外乎一次又一次地創造曆史,而他恰恰擅長於(yu) 此。

譬如兩(liang) 天前,他名下的SpaceX公司與(yu) NASA合作,采用"私人製造"的火箭與(yu) 飛船將兩(liang) 名宇航員送上了國際空間站,成功完成了人類第一次商業(ye) 載人航天發射任務。

這預示著人類正式步入了商業(ye) 載人航天的時代,"買(mai) 張船票上太空"的科幻情節也終於(yu) 由夢想升華成為(wei) 了現實。

在普通人看來,這已經是值得驕傲一輩子的成就了,但是在埃隆·馬斯克的眼裏,這早已是"好漢不提當年勇"的曆史了——他的目光始終鎖定在更未來的未來

畢竟,他的終極目標是將當代的人類移民到火星,開辟一個(ge) 新的家園。與(yu) 此相較,送幾個(ge) 好奇的遊客去太空轉悠幾圈這種"小事兒(er) "確實不值一提。

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

 

這個(ge) “拯救人類”的宏偉(wei) 目標聽上去猶如天方夜譚,但埃隆·馬斯克並不像許多人所想的那樣在說瘋話,他是動了真格的,也就是認認真真地在發瘋

當然,開荒一顆新的行星是極其艱難的,試圖繁榮發展更是難上加難,那麽(me) 在正式啟動這項瘋狂的計劃之前,就必須完成大量的前期鋪墊。

比方說,吼一嗓子口號:

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

 

沒錯,我要說的就是“修路”!

如果沒有一條合適的道路能自由快捷地輸送物資和人員,哪怕在地球"本土發展"都不敢奢求繁榮,要想在火星如此遙遠的星球上建立一座繁榮的城市,當然就更需要一條快捷便利的“星際大道”咯。

目前人類使用的運載火箭或飛船,無論飛行速度還是運載能力,顯然都難以滿足埃隆·馬斯克的訴求,於(yu) 是,更加強大的宇宙交通工具便順理成章地被納入了spaceX的重點研究隊列中。

在2019年的1月6日,埃隆·馬斯克就曾公布過一張被稱為(wei) "星艦"的圖片,有許多人或許已經見過那張圖片了。

但是嘛……

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

你品,你仔細品!

不知道你有什麽(me) 感受,反正我想說的是:這哪是什麽(me) 星艦?不就是一個(ge) 鍍銀版的V2火箭嗎?

如果對外宣稱的是要造一艘星艦,結果整出個(ge) 加大號的V2火箭來,"矽穀鋼鐵俠(xia) "一定會(hui) 被人笑掉大牙——機智如我的埃隆·馬斯克當然也能意識到這一點(沒錯,我就是這麽(me) 不要臉)。

所以,這並不是SpaceX最終會(hui) 推出的星艦。這胖胖的玩意兒(er) 在當時被定名為(wei) 大獵鷹火箭(BFR | Big Falcon Rocket),充其量隻不過是一根"粗大版"的獵鷹係列運載火箭而已。

依靠這麽(me) 個(ge) 玩意兒(er) ,往返於(yu) 地月之間或許還不錯,往返於(yu) 火星和地球之間,那就有點差強人意了。

那麽(me) SpaceX的星艦到底是個(ge) 啥玩意兒(er) 呢?

今兒(er) 個(ge) ,咱們(men) 就來撩一撩埃隆·馬斯克真正想要的星艦——

STARSHIP

STARSHIP星艦的終極使命就是搭載貨物或人員,頻繁地往返於(yu) 火星和地球之間,相當於(yu) 架設在太空中的一條"高速幹線"。但它也可以將衛星、探測器或宇航員送入地球軌道、月球或國際空間站等距離較近的地方。

總而言之一句話:

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

 

從(cong) 這個(ge) 意義(yi) 上來說,一旦星艦完全成熟,很可能會(hui) 逐漸取代獵鷹係列運載火箭。

因為(wei) 按照埃隆·馬斯克的最終設想,星艦不僅(jin) 可以像獵鷹係列火箭一樣垂直降落回收,且返回地麵後還不必修複,隻需要重新加注燃料就能立刻再次發射,發射邊際成本遠遠低於(yu) 目前任何一種運載火箭。

鬼才知道這東(dong) 西怎麽(me) 可能在劃過大氣層時不被燒壞,反正埃隆·馬斯克就是醬紫想的。他對自己和手下工程師的一貫態度就是:別談是否可行,去尋找實現的路徑。通俗來講,就是"我不要你覺得,我要我覺得"。

也正是基於(yu) 這種"沒有行不行,隻有我想不想"的張狂態度,埃隆·馬斯克才造就了特斯拉鋁合金車身、獵鷹火箭定點垂直降落、一箭發射六十顆衛星、私人公司商業(ye) 載人航天項目等一係列看似遙不可及的神話。

不過,這些事都與(yu) 我們(men) 今天的話題無關(guan) ,下麵我們(men) 就回到正題,來看看SpaceX星艦的全貌。

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

 

這是目前SpaceX官網給出的STARSHIP星艦的最新外觀,我猜你看完後肯定是一臉的懵逼:我去,這不還是根兒(er) 火箭嗎?

其實,上圖是整套星艦係統的完全體(ti) ,它包含了兩(liang) 大主體(ti) :星艦(STARSHIP)和超重(SUPER HEAVY)。

"超重"實際上是一個(ge) 超大功率的助推器,作用是將星艦送入地球軌道,然後會(hui) 脫離星艦並返回地球——如果沒有它的輔助,星艦需要以更大的推力及燃料消耗來抵抗萬(wan) 有引力。

你可以把星艦的助推器理解成目前運載火箭的第一級。事實上,它的外觀也的確與(yu) 獵鷹9號運載火箭的第一級有些相似,高度則相當於(yu) 獵鷹9號整體(ti) ;但它的直徑遠大於(yu) 獵鷹9號火箭。

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

 

按照SpaceX的設計,“SUPER HEAVY”助推器和“STARSHIP”星艦都會(hui) 裝配有史以來最早實現全流量分級燃燒循環的超級引擎——

猛禽 | RAPTOR

“猛禽”引擎的功率十分強悍,單台推力可達到2000kN(千牛),這比目前獵鷹係列使用的單台推力為(wei) 845kN的"梅林(MERLIN)"引擎要強大得多。

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

 

不過,引擎和助推器並不是我們(men) 今天的主題,我們(men) 真正要的主角兒(er) 是這套超級運載係統的核心主體(ti) ——星艦。

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

 

上圖就是正兒(er) 八經的SpaceX星艦了。它就相當於(yu) 一艘太空貨船,貨艙容積為(wei) 1100立方米,近地軌道運載能力(LEO運載力)也將大於(yu) 目前最強壯的"土星5號",一旦正式投入使用,它將成為(wei) 有史以來運載能力最強的"星際大油輪"。

星艦就跟目前的"龍"飛船一樣,總共有兩(liang) 個(ge) 版本:客運版和貨運版。

兩(liang) 者的外觀基本上是相同的,隻有前端略微有些不同:客運版的腦袋上是一麵柵格狀的大窗戶;而貨運版是密不透光的"悶罐車",隻有一個(ge) 可開合的艙蓋。

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

 

至於(yu) 它兩(liang) 的內(nei) 部結構有何迥異嘛,這屬於(yu) SpaceX的商業(ye) 機密,咱也不知道,咱也不敢問,就不去管它了,咱們(men) 來撩一撩星艦的功能。

前文已經提到過了,星艦本質上是一個(ge) 多功能運輸飛船,而它最大的特點就是貨運版具有自動拋射係統,這使得它不僅(jin) 可以運輸貨物,還能執行定點拋投任務。

譬如用它來投放衛星,它可以在到達既定位置後,打開艙門,一腳將衛星踹到軌道上去,然後再屁顛屁顛返回地球。

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

 

當然,並不是所有的貨物都能隨便亂(luan) 踹的,例如送一箱82年的拉菲,就必須輕拿輕放……

emmm……不對。

例如要運送一批物資去國際空間站,你橫不能走到空間站附近就直接扔出去,對麽(me) ?畢竟太空中也沒個(ge) 速遞易的箱子給你存快遞,所以它必須具有送貨上門的能力。

想象一下,在國際空間站裏工作的宇航員忽然肚子餓了,在美團外賣點了一份小龍蝦,他要怎麽(me) 才能吃到嘴裏呢?

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

 

emmm……沒關(guan) 係啦,錢不是問題,問題是沒錢。

既然不是真的有錢,那咱們(men) 想吃就吃唄。

這事兒(er) 並不難辦,隻要飯店接單之後,打個(ge) 電話給埃隆·馬斯克:"小哥,過來取餐!"

馬斯克再把取到的小龍蝦塞進星艦裏,然後:"3、2、1,走你!"

星艦就會(hui) 自個(ge) 兒(er) 飛到太空去跟國際空間站對接,醬紫,一份香噴噴的小龍蝦就送到宇航員的手中了。

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

星艦與(yu) 國際空間站對接

除了發射衛星和運送貨物到空間站這些"兼職"之外,星艦的本職工作還是在其他行星和地球之間隨意往返,以便把地球上的物資送到行星,或者把行星上的土壤樣本取回地球。

這個(ge) 過程就有點類似於(yu) 你去海邊玩耍,然後"吧唧"一下在沙灘上扔了個(ge) 易拉罐兒(er) ,離開時又隨後抓了一把沙子帶回家。

請原諒我用了這麽(me) 沒有素質的案例來作比喻,我真正想說的是,埃隆·馬斯克研發星艦的主要目的,就是為(wei) 了把星球之間的往返變得像去海邊旅行一樣簡單。

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

星艦垂直降落在行星表麵

這就需要星艦必須完成一項技術革新了——至少在月球或火星的引力條件下,不需要發射架的輔助就能直接升空。

以往的登月設備,是分為(wei) 上升級下降級兩(liang) 段的,下降級在降落到月球時能充當起落架使用,起到緩衝(chong) 作用;而任務完成後,它又成為(wei) 了一個(ge) 簡易的發射架,輔助上升級離開月球。

這種結構設計就注定了目前人類已有的登月設備,下降級全都是帶不走的,隻能遺留在月球表麵——每去一次就得扔掉一個(ge) ,頗不劃算不說,還特不環保。

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

 

當年美國的阿波羅計劃就在月球表麵扔了一大堆"起落架",而埃隆·馬斯克的預想就是把這件事變得像飛機起降一樣"幹淨"——讓星艦不僅(jin) 能安然無恙地降落,還能完完整整地離開。

可是,如何才能做到這一點呢?

對不起,咱也不知道,咱也不敢問。反正埃隆·馬斯克始終就是那句話:別談是否可行,去尋找實現的路徑。

值得一提的是,從(cong) 地球到火星的距離十分遙遠,哪怕是理論上的最近距離也有5460萬(wan) 公裏;現實中實際遇到過的最近距離則有足足5600萬(wan) 公裏。

旅程長一些不是問題,問題是三桶油的業(ye) 務還沒有拓展到太空,星艦上天之後油不夠怎麽(me) 辦呢?

為(wei) 此,埃隆·馬斯克製定了一套與(yu) 眾(zhong) 不同的發射方案。

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

 

上圖就是星艦在火星往返一趟的航線圖,你可能看不清楚上麵的字,我來詮釋一下。

首先,星艦在超重助推器的輔助下升空,並進入地球軌道。

在助推器脫離返回的同時,另一艘星艦會(hui) 被發射升空。

這艘後發射的星艦既不是貨運版,也不是客運版,而是一輛特製的“油罐車”——大致形狀就是星艦砍去頭部。

加油艦會(hui) 在進入地球軌道之後,與(yu) 先發射的那艘主艦"追尾",加注完燃料後又會(hui) 脫離主艦並返回地球。

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

兩(liang) 艘星艦在地球軌道對接加油

如此一來,燃料充足的星艦就能精力充沛地飛向火星了;而從(cong) 火星返回地球之前,則會(hui) 利用火星上天然存在的H2O和CO2資源重新加注燃料。也就是說,返回地球所需的燃料可以從(cong) 火星直接開采,而不必從(cong) 地球運往火星。

由於(yu) 火星的引力低於(yu) 地球,星艦不需要消耗太多燃料來抵抗引力,所以灌滿燃料之後,它可以直接返回地球。

這種"空中加油"的雙艦接力發射模式,又是"矽穀鋼鐵俠(xia) "的一大創新,為(wei) 了盡快將人類送到火星,他也真算得上是絞盡腦汁了。

不過,在運送人類登陸火星線路之前,星艦還需要對載人飛行進行測試。SpaceX目前公布的首次測試線路是繞月旅行,也就是是載著乘客環繞月球飛行半圈又返回地球。在這條短暫的旅程中,加油艦也就派不上用場了。

有意思的是,按照SpaceX當前的計劃,星艦首次載人飛行的測試人員不再是NASA的宇航員了,而是下麵這個(ge) 瘦小的日本人。

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

 

前澤友作是日本富豪排行榜上位居第14位的土豪,也是著名的收藏家及全球公認的藝術策展人。在2018年的9月18日,SpaceX就曾對外公布,前澤友作將成為(wei) 首位繞月旅行的私人乘客

如果這項計劃被實現,那麽(me) 在不久的將來,他就會(hui) 乘坐著SpaceX的星艦,完成人類有史以來路途最遙遠的一次"自駕遊"。

事實上,目前這艘黑科技滿滿的星艦,已經有了一艘全不鏽鋼打造而成的原型機。

你知道,下麵哪一艘是埃隆·馬斯克的太空星艦嗎?

 

而星艦的首次試飛原本就暫定於(yu) 2020年,也就是今年。不過按照目前的進度來看,感覺夠嗆,載人航天的計劃是否能在短期內(nei) 實現,更是說不清楚。

但是從(cong) 埃隆·馬斯克本人執著的性格,以及他已經創造出來的那些神話來說,無論經曆多少次的挫敗,他都絕不會(hui) 輕言放棄的。

盡管他給自己設定的一切目標都遠大得幾近瘋狂,在旁人看來他就像是一位不折不扣的瘋子,可實際上,他卻是抱著極其理智的心態,和格外清晰的思維在對待這些無比瘋狂的事情。

用他自己的話來說:"這些事情失敗的可能性遠遠大於(yu) 成功的可能性,我之所以去做,不是因為(wei) 這些事可以成功,而僅(jin) 僅(jin) 是因為(wei) 我想去做,那是我對於(yu) 世界未來的主張。"

美國商業(ye) 專(zhuan) 欄作家,資深科技記者阿什利·萬(wan) 斯(Ashlee Vance)在數次深度采訪埃隆·馬斯克過後,在埃隆·馬斯克的傳(chuan) 記《矽穀鋼鐵俠(xia) 》一書(shu) 中寫(xie) 道:移民火星是馬斯克堅定不移的人生目標,他全力以赴要把它變為(wei) 現實。

獵鷹係列火箭和商業(ye) 載人航天的成功,便是埃隆·馬斯克在追逐人生目標的過程中取得的累累碩果。

真的很慶幸在我們(men) 生活的年代,能有這樣一位懷揣著雄心壯誌的"瘋子",引領著全人類一步步走向未來。



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