明天再次发射！让马斯克屡败屡战的“星舰”，这次真能改变航天新格局？

科普中国2023-11-17

当地时间11月15日，美国联邦航空管理局（FAA）表示，已向太空探索科技公司（SpaceX）颁发了许可证，允许该公司“星舰”超重型运载火箭的第二次发射。SpaceX同时宣布，计划于当地时间11月17日，进行“星舰”的第二次发射，发射窗口将于美国中部时间上午7点（北京时间21点）开始，持续两个小时，当地居民可能会在火箭升空过程中听到巨大的噪音。当大家都满怀期待时，根据SpaceX创始人埃隆·马斯克...

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250~300 吨。此外，星舰还可执行百吨级地球同步转移轨道、地月转移轨道和地火转移轨道任务，是个多面手。在完成载人任务时，星舰最多可容纳 100 名宇航员工作生活，也大幅超过了普通载人飞船的 3~6 人。基于 SpaceX 的猛禽系列发动机和火箭回收复用技术，星舰再进一步，可实现全箭复用，是航天史上首创。结合廉价的不锈钢主体结构、更易获取的液氧甲烷推进剂、相对简单的发射塔架，星舰的单次发射成本有望低于普通火箭。按照马斯克的说法，未来目标是把平均发射成本压缩到 100 万美元。这意味着货运为单价 10 美元/千克，客运单价为 1 万美元/人。目前的国际航天货运和客运报价约为 1 万美元/千克和 8000 万美元/人。对比来看，如果马斯克能实现他的豪言壮语，星舰的价格优势将非常惊人。早在此前的 SN10 测试任务中，星舰已初步验证了回收着陆技术。图片来源：SpaceX星舰的设计理念基本颠覆了传统的载人航天任务执行方式。在与重型火箭一级分离后，装有 6 台猛禽发动机的星舰依然拥有很强的自主飞行和变轨能力。猛禽发动机也是世界上首款实用化的液氧甲烷火箭发动机，从技术上看也是首款全流量分级燃烧火箭发动机，在变推力控制方面有着较大灵活度。在返回地球表面时，星舰将通过这些可变推力发动机精准控制垂直降落过程，最终落回发射塔架，被大型机械臂夹住或降落于地面。这基本摆脱了传统飞船对于气动减速的依赖，也不再需要庞大的降落伞系统。在经过简单改进后，星舰可用于月球着陆和火星着陆，通用性极强。综合看来，星舰是航天领域内的一个新的“物种”，在很多方面实现了颠覆性的创新，达到了新的高度，对于整个人类航天事业都有很大的启发作用。应用潜力广阔正因较强的着陆能力，在美国宇航局（NASA）正推进的“阿耳忒弥斯”重返月球计划中，星舰拿到了至关重要的载人登陆月球合同。按照设计，星舰的 HLS 版本将会在深空中与月球空间站（或猎户座飞船）分离，携带宇航员和大量科研设备登陆月球表面，再从月球表面起飞返回，成为空间站与月球表面的定期“航班”。设计的星舰 HLS 版本的往返月球总重达到 100 吨，远超 NASA 提出的 1~2 吨级别，更多的运力空间将会大幅提升宇航员在月表执行任务的复杂性，有助于更全面、更深入地开发利用月球。星舰的HLS版本，将会是“重返月球”的关键一步。图片来源：NASA在马斯克一直提到的“移民火星”梦想中，星舰也是决定成败的核心运载工具。按照这个疯狂的想法，廉价的星舰配合近地轨道执行推进剂补加任务的“油舰”，将逐批次运送物资到火星着陆，日积月累后最终达到百万吨物资级别，足够维持小型社群的可循环生活。如果再辅以火星原位资源开发技术，逐渐改造火星并非奢谈。火星着陆技术，一直是这一切的最大掣肘。星舰若能成功测试，意味着马斯克离这个梦想走了不小的“一大步”。当然，从设计方面，目前版本的星舰还是以服务于近地空间为首要目标。从科学研究方面来看，一个有很大尺寸和运输能力的运载器具，将对天文观测和行星探索等任务有颠覆性改变，且低廉的发射价格将让科学家把有限的预算集中于研发科研载荷。例如，星舰可搭载超大尺寸空间望远镜升空，远超此前。对于木星、土星等遥远星球的探索，无论是星舰“空中加油”，还是星舰运输一个独立上面级的方式，都有助于大幅增加探测器的质量预算，从而携带更多先进仪器深入探索这些神秘的行星，揭开太阳系的面纱。未来星舰的常态化发射模拟效果图。图片来源：SpaceX而以测试目标来看，星舰成为地球上“洲际运输系统”的理念可行性也很大。按照测试计划，星舰组合体从美国南部的博卡奇卡起飞，在 172 秒后完成使命的火箭一级与星舰分离后返回并着陆，星舰开始自主飞行，最远距离地表约 250 千米，在测试完一系列技术，约 75 分钟后在夏威夷附近海域开始受控再入，全程约 90 分钟。如果把这次旅程想象成一架民航客机，效果如下：改装后的可乘坐 200—300 名乘客的洲际客运版本星舰，可在两小时内完成到地球任一地点的飞行，如果机票价格控制在 1—2 万美元，附带一次地外失重俯瞰地球之旅，相信这个特殊的“民航客运”市场将会吸引众多消费者体验。总体而言，低价格、强运力、适用性是星舰的三大核心竞争力，有望在多个航天领域改变游戏规则。“炸”出来的火箭星舰的研发并非一切顺利，一大特色就是“炸”。由于绝大部分是自筹经费， SpaceX 并没有太多讨好投资人的压力，基本是边极限测试边快速迭代的研发理念。从一开始，很多研发条件就基于这个逻辑建立。星舰的测试环境和场地远不是传统航天研发留给大众的高精尖印象。图片来源：SpaceX例如，测试场地选择了美国南部得克萨斯州的博卡奇卡海滩，这里基本是一片荒芜，员工吃饭都要从半小时车程外的小镇订餐。星舰的简陋组装车间、发射塔架和保障系统，就在这个便宜又荒凉的地方开展。已经建造完毕的星舰，也被直接拉出去暴露于室外，节省了不少仓储的成本。很多测试注定是要把火箭测试到爆炸，星舰因而广泛采用了相对廉价的不锈钢材料建造，批量生产的猛禽系列发动机价格低至 25 万美元，SpaceX 还研发了更廉价但性能更好的隔热瓦，总体上大幅节约了星舰的建造成本。再开个玩笑，不断炸掉老版本，也节省了不少维护和储存费用。在这种逻辑下，SpaceX 从星舰最早的星虫版本，共计炸掉或退役了 32 个测试原型机，甚至曾经首飞测试的星舰也仅是一个编号“SN24”，已经炸掉。与它相近的版本“SN25”已完成了各种测试，“SN26”和“SN27”也建造完毕，进入测试流程，后续的各测试版本也在设计迭代中。因而，飞行测试的爆炸并不意味着星舰的研发到此结束，还会有更多“爆炸”在路上。星舰，很有可能开启航天领域的新纪元，未来人类航天会走向何方，我们仍会拭目以待。","kind":null,"is_publish_news":false,"is_publish_highlight":true,"is_publish_live":false,"is_publish_wemedia":null,"editions":null,"column":"","sentiment":"0","news_tag":"","news_rank":0,"symbols":[],"gpt_button":1},"commentList":[{"id":242511727902840,"gmtCreate":1700228180014,"gmtModify":1700228181478,"author":{"id":"3479771273726972","authorId":"3479771273726972","authorIdStr":"3479771273726972","name":"跟着队长一起走","avatar":"https://static.laohu8.com/default-avatar.jpg","vip":1,"hat":"https://static.tigerbbs.com/eec1894d24f295622b8891594288edf1","crmLevel":2,"crmLevelSwitch":1},"htmlText":"了不起的挑战","listText":"了不起的挑战","text":"了不起的挑战","images":[],"top":1,"highlighted":1,"essential":1,"paper":1,"likeSize":1,"commentSize":0,"repostSize":0,"link":"https://laohu8.com/post/242511727902840","repostId":1188335980,"repostType":2,"isVote":1,"likeStatus":false,"favoriteStatus":false,"reportStatus":false,"tweetType":1,"langContent":"CN"},{"id":242467321676000,"gmtCreate":1700217341654,"gmtModify":1700217343067,"author":{"id":"4090167252834760","authorId":"4090167252834760","authorIdStr":"4090167252834760","name":"漫无边际无聊赖","avatar":"https://static.tigerbbs.com/955314a7b5ab0a756e452ffe0f34b354","vip":1,"crmLevel":1,"crmLevelSwitch":0},"htmlText":"[微笑]&nbsp;&nbsp;","listText":"[微笑]&nbsp;&nbsp;","text":"[微笑]","images":[],"top":1,"highlighted":1,"essential":1,"paper":1,"likeSize":0,"commentSize":0,"repostSize":0,"link":"https://laohu8.com/post/242467321676000","repostId":1188335980,"repostType":2,"isVote":1,"likeStatus":false,"favoriteStatus":false,"reportStatus":false,"tweetType":1,"langContent":"EN"}],"isCommentEnd":false,"newsSizeData":{"likeSize":8,"commentSize":2,"repostSize":2,"favoriteSize":2,"likeStatus":false,"favoriteStatus":false},"APP":{"userAgent":"Mozilla/5.0 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