去火星吗?走,别怂!

美国太空探索技术公司(SpaceX)创始人埃隆·马斯克在墨西哥瓜达拉哈拉召开的第67届国际宇航大会(IAC)上,作了名为“让人类变成多星球物种”(MakingHumansaMultiplanetarySpecies)的主题演讲,并推出了用于人类火星殖民的“火星运输系统”,SpaceX希望该系统能够将第一批人类移民送往火星。

美国太空探索公司SpaceX的CEO埃隆 马斯克(Elon Musk)站上讲台,打开视频,像开启一场苹果新品发布会一样,细致而缜密地公布了他的火星移民计划。在这个惊世骇俗的超级计划里,立志于把人类送入火星的"太空狂人"马斯克给出了一个普通人都能接受的价格--如果火星计划形成规模,每人只需花20万美元就能来一场火星旅行。他甚至已为第一艘飞船取名为"黄金之心",这个来自《银河系漫游指南》的名字,预示着未来40年到100年间,人类将成功登录火星并建造起另一个文明社会。

在演讲台上,马斯克表示在人类眼前的只有两条路,一条是老死在地球上,屈服等待灭绝;另一条是离开摇篮,殖民其他星球,而火星与地球的诸多相似性,无疑是最佳选择。马斯克也比较航空与航天运输的差别,认为如果太空运输工具能够像飞机一样重复使用,会有更多人负担得起火星旅行。

SpaceX雄心勃勃的火星殖民计划

今年9月1日,SpaceX在发射台上准备进行猎鹰9号火箭静态点火测试时,火箭突然起火爆炸,发射台连同数亿美元的以色列通信卫星一并被炸毁,SpaceX目前已暂停了一切航天发射活动寻找爆炸原因。问题只是暂时的,就在2015年6月另一次发射事故后半年,SpaceX就实现了全世界首次陆上回收太空商用火箭的壮举。马斯克追求火箭复用技术目的是希望能够降低人类进入太空的成本,而这正是SpaceX前往火星要最先实现的。仅仅15年的时间,SpaceX就从一家名不见传的私人公司,成长为引领全球航天技术发展方向的领军者。

SpaceX公司“星际运输系统”中超级火箭BFR与人体的对比图,右下角圆圈内为人体大小。

马斯克在演讲前30分钟公布了“火星运输系统”的火箭与飞船参数,SpaceX的“火星运输系统”由一枚超重型火箭BFR(非正式名称BigFuckingRocket),一艘客运版飞船MCT(非正式名称MarsColonialTransporter),一艘货运版MCT飞船组成。其中BFR火箭直径12米。MCT飞船直径17米,船箭总高度122米,MCT超级飞船使用两个超大型太阳能帆板,功率200KW。

SpaceX开发中的“星际运输系统”气罐。

按照马斯克演讲中的描述,BFR火箭箭体高度77.5米,干重275吨,推进剂重6700吨。火箭底部装备42台猛禽发动机,海平面推力128MN,真空推力138MN,可重复使用1000次,真正实现火箭复用民航飞机化。BFR超级火箭近地轨道运载能力为450吨,推进剂使用液氧和甲烷。BFR与MCT分离时速度将达8650千米/时,BFR将使用推进剂质量的7%完成返回着陆。

MCT飞船长49.5米,最大直径17米,该飞船分两种,一种是运载乘客前往火星,干重150吨,满载1950吨,可运载100名乘客前往火星;另一种是补给飞船,干重90吨,满载2500吨。其中运载乘客的MCT飞船可重复使用12次,而补给飞船可使用100次。马斯克在演讲中展示了MCT超级飞船的内景。

SpaceX认为火箭与飞船的可重复使用是在火星上建立人类城镇的关键,他们将在火星上建立发射场,并将飞船从火星上发射送回地球。

SpaceX将利用火星自身资源,原位生产MCT飞船的推进剂(液氧与甲烷),这将大幅降低返回地球的成本。SpaceX也将在火星表面兴建发射场,MCT搭载乘客从火星表面起飞返回地球。

SpaceX星际运输系统

前往火星时,BFR火箭先发射客运版MCT飞船前往地球轨道。在与MTC飞船分离后,BFR箭体将在20分钟内返回地球,随后BFR将满载燃料的货运版MCT飞船送上太空,与客运版MCT飞船对接补给加载燃料,补给完成后客运版MCT出发前往红色星球,货运版MCT飞船则返回地球。货运版MCT升空一次可补给三至五艘客运版MCT飞船。MCT从地球出发到火星将需要花费80到150天的时间。MCT每次可运输100名乘客前往火星,远期运送能力则可升至200名,而飞行时间在远期也将缩短至30天左右。

抵达火星后,MCT飞船将利用自身携带的火箭发动机减速平躺着陆。乘客可以利用之前已经投放在火星上的车辆、货物与其他硬件设备逐步建立一个可以自持的殖民地。马斯克称,在火星上建立一个拥有百万人口,自给自足的文明社会可能需要花费40至100年的时间。同时他也表示,首批火星拓荒者会有宇航员,但不会有儿童,因为在另一星球上开拓出文明是死亡风险较高的事情,而宇航员有应对死亡的心理准备。

SpaceX官方社交账号在开始后发布了一张人类透过MCT超级飞船窗口看火星的图像,并写道“这就是我们想要的”。

SpaceX官方社交账号在演讲开始后发布的状态:如果前往火星的票价高达10亿美元/人,是无法创建一个自给自足文明的。

地球-火星航班票价几许?

图为马斯克公布的猛禽发动机点火试车照片。马斯克在社交媒体表示,猛禽的设计目标是比冲达382秒,推力达310吨。燃烧室压力是目前猎鹰9号梅林发动机的三倍,但发动机大小相差不大。

用于载人火星任务的发动机雏形已试车

就在演讲前两天,马斯克在社交媒体上公布了SpaceX正在研制的新一代液氧甲烷火箭发动机--“猛禽”(Raptor)试车照片。与现在猎鹰9号火箭使用的开式循环梅林1D发动机不同,猛禽使用较为先进的分级燃烧循环方式。猛禽发动机也是首款使用液氧甲烷的“全流分级燃烧循环”发动机,这使得它非常独特。在这种设计下,涡轮机的工作温度更低,因而发动机的寿命得到延长,效率也更高。而且燃烧室的压力可以更大,支持更大的比冲。

猛禽发动机设计为300万牛(67.5万磅)推力,而相比较SpaceX的潜在对手,蓝色起源公司研制的同为液氧甲烷的BE-4发动机,单台推力为55万磅。猛禽发动机是SpaceX火星殖民计划的关键,将被应用在SpaceX载人火星任务的BFR超级火箭上。

上面讲到的“火星殖民运输器(MCT)”并不是正式名称,但这个名字听起来已经非常科幻了。作为SpaceX的创建者与CEO,马斯克对这个名字并不满意,觉得“雄心抱负”之气不足。随后马斯克在社交媒体上表示,希望SpaceX未来的新飞船能够超越火星,将人类送往火星甚至太阳系更遥远的地方。

设想2018年着陆在火星上的红龙飞船,它将是人类载人火星任务的先导。图片来源:SpaceX

SpaceX宣布与NASA合作,将在2018年用重型猎鹰火箭运送一艘红龙飞船(RedDragon)前往火星,以验证相关火星登陆技术。NASA目前已提供候选着陆点及工程方面的支持,其他支持还包括行星保护协议的政策咨询与NASA深空网的使用,后者会用于地球与飞船之间的通信。NASA之所以如此强力支持SpaceX,也是认为这项任务具有可行性。作为回报,NASA将有权使用SpaceX在红龙飞船着陆火星过程中收集的各项数据,美国宇航局认为红龙飞船使用的超音速降落方式是未来大型飞船登陆火星的关键技术。

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