星際飛船原本計劃今年載人飛行,SpaceX離火星還有多遠

星際飛船原本計劃今年載人飛行,SpaceX離火星還有多遠

4月21日消息,美國東部時間週四上午,SpaceX的星際飛船系統在得克薩斯州升空,讓全世界得以一瞥太空旅行的未來。但飛船在發射後僅4分鐘就發生爆炸,這表明,要實現SpaceX最大的雄心壯志——將人類送上月球及更遠深空,公司還有很長的路要走。

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SpaceX工程師們正在調查這艘無人駕駛的飛船究竟出了什麼問題。在飛船升空過程中,超級重型火箭助推器所搭載的33部猛禽發動機中有幾部似乎熄火了。星際飛船升空後三分鐘,飛船和火箭助推器本應完成分離,但未能按計劃進行。整艘星際飛船開始在天空中瘋狂翻滾旋轉,然後就爆炸了。SpaceX後來表示,這是地面控制人員向火箭和助推器發送飛行終止指令故意觸發的。

雖然此次發射測試提前結束,但SpaceX確實取得了一些重大成果。這是超級重型火箭助推器第一次真正升空,這個巨大的圓柱形燃料箱裝滿了飛船擺脫地球引力所需的推進劑。SpaceX公司仍在收集有價值的飛行數據,用於星際飛船系統的下一次試飛。

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SpaceX首席執行官埃隆·馬斯克(Elon Musk)在推特上說:“祝賀SpaceX團隊開展了一次激動人心的發射測試。”“(我們)吸取了很多經驗,爲未來幾個月的測試做好了準備。”

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商業火箭初次發射即完美成功的情況很少。SpaceX自家的第一枚火箭“獵鷹1號”經歷了四次發射才終於成功進入軌道。

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不過,能夠與助推器分離,是星際飛船才能開啓自主飛行。發射測試中出現的問題,突顯了星際飛船面臨的巨大挑戰。要將人和貨物運送到月球或更遠的深空這一終極目標變爲現實,可能還需要數年的時間和數十億美元的投入,並需要世界上前所未有的工程技術進步。

在進行載人飛行之前,SpaceX需要證明星際飛船可以安全返回地球並着陸。公司還需要開發一種生命支持系統,能夠提供氧氣、水和人類生存所需的一切資源。最大的挑戰可能是弄清楚如何在外太空爲星際飛船加註燃料,這一計劃涉及將裝滿燃料的飛船發射到軌道上,然後完善一種在微重力環境下工作的方法,將燃料分兩步轉移到載人飛船上。

這些都不是易事,但馬斯克表示,完全可重複使用的飛船可以接二連三地進行多次飛行,大大降低進入軌道的成本,並提供一條可靠的通往深空的途徑。

美國爲星際飛船的研發投入了大量資金。美國國家航空航天局(NASA)已經投資至少290億美元,幫助將星際飛船開發成爲阿爾忒彌斯登月計劃的運載工具,把NASA宇航員帶到月球表面。此外,星際飛船也是實現SpaceX最終目標的關鍵設備,即讓人類在太陽系其他行星定居並實現太空商業化。

“祝賀SpaceX完成星際飛船的首次綜合飛行測試,”NASA局長比爾·納爾遜(Bill Nelson)在週四飛船發射後發佈的一條推文中說,“歷史上每一個偉大成就都存在一定的風險,因爲巨大的風險才能帶來巨大的回報。”

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星際飛船未來的發展也是對馬斯克本人的一次考驗。這位直言不諱的億萬富翁將特斯拉打造成爲全球最大的電動汽車製造商,成爲了名人和世界上最富有的人之一。但最近,由於收購推特引發的混亂,導致該平臺出現了大量令人不悅的惡意言論等內容,他的聲譽受到了損害,很多支持者也紛紛疏遠了他。通過將SpaceX變成美國最多產的發射服務供應商,以及唯一一家有能力將宇航員送往國際空間站的美國私人公司,馬斯克已經證明了他在太空行業中的超出其他億萬富翁的實力,例如理查德·布蘭森(Richard Branson)和傑夫·貝索斯(Jeff Bezos)。確保星際飛船充分發揮設計潛力將讓他更加獨樹一幟。

太空諮詢公司Quilty Analytics研究主管凱萊布·亨利(Caleb Henry)表示,SpaceX是“整個航天業變革的推動者”,“星際飛船是他們改寫發射故事的機會。”

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得克薩斯州上空

SpaceX的獵鷹9號火箭已經取得了令人難以置信的進步,可用於向太空發射衛星、貨物和人員,但週四的發射測試標誌着SpaceX首次嘗試發射一種未來能將人類運送到其他星球的運載工具。此外,星際飛船從設計角度來講是完全可重複使用的。相比之下,獵鷹9號火箭在發射後只有一部分可以返回地球。

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目前我們很難估計SpaceX在星際飛船項目上到底花費了多少資金,也無法預估要實現馬斯克的雄心壯志還需要多少資金。馬斯克曾在2018年表示,他預計總開發成本不會超過100億美元,但迄今爲止沒有再次公開預測,公司也沒有發佈任何有關星際飛船的財務信息。在本週的一次訪談中,馬斯克被問及SpaceX在開發星際飛船上花費了多少資金,但他並未直接回答。

馬斯克說:“其實飛船的造價並不重要。“如果你有一家肥皂廠,你的第一塊肥皂花了多少錢?嗯,1000萬美元。但這並不是一塊肥皂的實際成本,因爲重要的是批量生產時的成本。”馬斯克表示,他的目標是將每次飛行的成本降至200萬美元。

目前還不清楚這些目標何時會實現。NASA表示,要在2025年利用星際飛船將人類送上月球,而一些富人已經爲搭乘星際飛船繞月飛行付了定金。SpaceX過去已經多次推遲過星際飛船發射的最後期限,第一次載人飛行最早應該在今年進行,但現在看來似乎不太可能。目前,SpaceX沒有回覆就其支出或時間表置評的請求。

加滿燃料

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一旦星際飛船證實可以進入軌道,SpaceX計劃將其作爲把所有東西送入太空的主要運載工具。公司計劃先用飛船發射新一代星鏈互聯網衛星,大幅增加太空互聯網的規模。

但爲了讓人們前往月球、火星等深空,並最終成功返回地球,SpaceX公司需要想出一種方法,在軌道上爲星際飛船加註燃料。

星際飛船的顯著特徵就是大:從頂端到底部近400英尺(約合120米),是NASA航天飛機的兩倍多。這種運載火箭將成爲人類太空飛行歷史上推力最強大的火箭。但太大了,這就意味着僅僅進入軌道就要消耗大量推進劑。飛船還需要更多燃料才能擺脫地球引力,抵達月球,然後返回。

因此,星際飛船需要中途補給燃料,就像汽車必須進加油站加油一樣。但在微重力環境下爲飛船加註燃料是前所未有的工作,而且飛船使用的超低溫推進劑也會給這一計劃帶來巨大挑戰。

目前,SpaceX在如何爲飛船加註燃料方面仍處於早期階段,因爲公司大部分精力都花在如何讓整個系統安全矗立在發射臺上。

SpaceX公司也承認,這將是一項困難重重的任務。

今年2月份,SpaceX首席運營官格溫·肖特韋爾(Gwynne Shotwell)在華盛頓舉行的一次行業會議上說:“讓這隻野獸進入軌道一直是一個不可忽視的挑戰,在我們可靠完成這一點之前都是。但我認爲,如果純粹從技術角度考慮,加註燃料可能是下一個大挑戰。”

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爲了讓星際飛船在中途加註燃料,SpaceX設想開發三種不同型號的飛船。第一種用於儲存推進劑,發射升空後能停在近地軌道上。另一種是加註飛船,用於將推進劑從地球運到儲存推進劑的飛船中。SpaceX可能需要十幾艘加註飛船向近地軌道運輸推進劑,才能爲載人飛船往返月球提供足夠燃料,但NASA和SpaceX尚未公佈確切數據。一旦第一種星際飛船的燃料庫加滿,就該發射第三種載人星際飛船。這種飛船需要配備一個供機組人員和乘客使用的船艙,以及全套生命維持系統。這艘飛船與儲存燃料的飛船對接,爲長途旅行加滿燃料。

低溫推進劑

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星際飛船加註燃料可不像汽車加油那麼簡單。星際飛船的燃料由液氧和液態甲烷這兩種超低溫推進劑組成。爲了保持液體狀態並在需要時發揮作用,這些推進劑必須維持在零下160攝氏度到零下218攝氏度之間。如果溫度太高,推進劑就會沸騰,然後變成氣體。

在太空環境中,保持推進劑低溫是一項挑戰。當儲存燃料的飛船繞地球運行時,有一半時間處於寒冷的黑夜中,但有一半時間處於陽光直射下。爲了防止溫度升高,飛船需要適當的內部絕緣、外部屏蔽和製冷設備。此外,爲了避免飛船儲罐可能出現災難性壓力積聚,還需要堅固的閥門來排出難免會蒸發的一部分推進劑。

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SpaceX還需要將這些超低溫推進劑從加註飛船轉移到儲存燃料的飛船中,然後再轉移到載人飛船上。每次在不同儲罐間轉移都會導致推進劑升溫,工程師們以前從未在失重狀態下大規模轉移過這些推進劑。

NASA低溫流體管理組合辦公室副項目經理勞倫·阿米恩(Lauren Ameen)在接受採訪時表示:“我們還有很多不確定的地方。在太空中輸送低溫推進劑,有許多與流體物理學相關的問題屬於基本流體物理學的範疇,還沒有完全弄明白。”

到目前爲止,宇航員在國際空間站上進行了一些關於轉移和儲存類似推進劑的小規模太空實驗,但這與SpaceX有關太空中儲存和轉移推進劑的設想相比,還遠遠不夠複雜。

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SpaceX的第一步是證明可以將推進劑從一艘星際飛船轉移到另一艘。至於什麼時候實現,目前還不清楚。

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“肯定要在一次成功的飛行測試後,但可能不會早於六個月的時間,”NASA阿爾忒彌斯計劃人類着陸系統項目經理麗莎·沃森-摩根(Lisa Watson-Morgan)說。“時間可能會更長。”

太多待辦事項

有了足夠資金和工程技術,SpaceX纔有可能克服發射測試和實現最終目標之間的一系列挑戰。長期以來,批評人士一直懷疑SpaceX是否能完成看似不可逾越的壯舉,但事實往往證明他們錯了。NASA則堅信星際飛船有望在2025年到達月球。

沃森-摩根說:“我絕對有信心NASA和SpaceX能夠實現這一目標。”“我認爲在2025年實現難度較大,但是這是可行的。”

首先,SpaceX需要證明星際飛船可以安全地抵達太空。(辰辰)