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星际飞船原本计划今年载人飞行,SpaceX离火星还有多远

4月21日消息,美国东部时间周四上午,SpaceX的星际飞船系统在得克萨斯州升空,让全世界得以一瞥太空旅行的未来。但飞船在发射后仅4分钟就发生爆炸,这表明,要实现SpaceX最大的雄心壮志——将人类送上月球及更远深空,公司还有很长的路要走。

SpaceX星舰首飞爆炸 马斯克放出最贵烟花

SpaceX工程师们正在调查这艘无人驾驶的飞船究竟出了什么问题。在飞船升空过程中,超级重型火箭助推器所搭载的33部猛禽发动机中有几部似乎熄火了。星际飞船升空后三分钟,飞船和火箭助推器本应完成分离,但未能按计划进行。整艘星际飞船开始在天空中疯狂翻滚旋转,然后就爆炸了。SpaceX后来表示,这是地面控制人员向火箭和助推器发送飞行终止指令故意触发的。

虽然此次发射测试提前结束,但SpaceX确实取得了一些重大成果。这是超级重型火箭助推器第一次真正升空,这个巨大的圆柱形燃料箱装满了飞船摆脱地球引力所需的推进剂。SpaceX公司仍在收集有价值的飞行数据,用于星际飞船系统的下一次试飞。

SpaceX首席执行官埃隆·马斯克(Elon Musk)在推特上说:“祝贺SpaceX团队开展了一次激动人心的发射测试。”“(我们)吸取了很多经验,为未来几个月的测试做好了准备。”

商业火箭初次发射即完美成功的情况很少。SpaceX自家的第一枚火箭“猎鹰1号”经历了四次发射才终于成功进入轨道。

不过,能够与助推器分离,是星际飞船才能开启自主飞行。发射测试中出现的问题,突显了星际飞船面临的巨大挑战。要将人和货物运送到月球或更远的深空这一终极目标变为现实,可能还需要数年的时间和数十亿美元的投入,并需要世界上前所未有的工程技术进步。

在进行载人飞行之前,SpaceX需要证明星际飞船可以安全返回地球并着陆。公司还需要开发一种生命支持系统,能够提供氧气、水和人类生存所需的一切资源。最大的挑战可能是弄清楚如何在外太空为星际飞船加注燃料,这一计划涉及将装满燃料的飞船发射到轨道上,然后完善一种在微重力环境下工作的方法,将燃料分两步转移到载人飞船上。

这些都不是易事,但马斯克表示,完全可重复使用的飞船可以接二连三地进行多次飞行,大大降低进入轨道的成本,并提供一条可靠的通往深空的途径。

美国为星际飞船的研发投入了大量资金。美国国家航空航天局(NASA)已经投资至少290亿美元,帮助将星际飞船开发成为阿尔忒弥斯登月计划的运载工具,把NASA宇航员带到月球表面。此外,星际飞船也是实现SpaceX最终目标的关键设备,即让人类在太阳系其他行星定居并实现太空商业化。

“祝贺SpaceX完成星际飞船的首次综合飞行测试,”NASA局长比尔·纳尔逊(Bill Nelson)在周四飞船发射后发布的一条推文中说,“历史上每一个伟大成就都存在一定的风险,因为巨大的风险才能带来巨大的回报。”

星际飞船未来的发展也是对马斯克本人的一次考验。这位直言不讳的亿万富翁将特斯拉打造成为全球最大的电动汽车制造商,成为了名人和世界上最富有的人之一。但最近,由于收购推特引发的混乱,导致该平台出现了大量令人不悦的恶意言论等内容,他的声誉受到了损害,很多支持者也纷纷疏远了他。通过将SpaceX变成美国最多产的发射服务供应商,以及唯一一家有能力将宇航员送往国际空间站的美国私人公司,马斯克已经证明了他在太空行业中的超出其他亿万富翁的实力,例如理查德·布兰森(Richard Branson)和杰夫·贝索斯(Jeff Bezos)。确保星际飞船充分发挥设计潜力将让他更加独树一帜。

太空咨询公司Quilty Analytics研究主管凯莱布·亨利(Caleb Henry)表示,SpaceX是“整个航天业变革的推动者”,“星际飞船是他们改写发射故事的机会。”

得克萨斯州上空

SpaceX的猎鹰9号火箭已经取得了令人难以置信的进步,可用于向太空发射卫星、货物和人员,但周四的发射测试标志着SpaceX首次尝试发射一种未来能将人类运送到其他星球的运载工具。此外,星际飞船从设计角度来讲是完全可重复使用的。相比之下,猎鹰9号火箭在发射后只有一部分可以返回地球。

目前我们很难估计SpaceX在星际飞船项目上到底花费了多少资金,也无法预估要实现马斯克的雄心壮志还需要多少资金。马斯克曾在2018年表示,他预计总开发成本不会超过100亿美元,但迄今为止没有再次公开预测,公司也没有发布任何有关星际飞船的财务信息。在本周的一次访谈中,马斯克被问及SpaceX在开发星际飞船上花费了多少资金,但他并未直接回答。

马斯克说:“其实飞船的造价并不重要。“如果你有一家肥皂厂,你的第一块肥皂花了多少钱?嗯,1000万美元。但这并不是一块肥皂的实际成本,因为重要的是批量生产时的成本。”马斯克表示,他的目标是将每次飞行的成本降至200万美元。

目前还不清楚这些目标何时会实现。NASA表示,要在2025年利用星际飞船将人类送上月球,而一些富人已经为搭乘星际飞船绕月飞行付了定金。SpaceX过去已经多次推迟过星际飞船发射的最后期限,第一次载人飞行最早应该在今年进行,但现在看来似乎不太可能。目前,SpaceX没有回复就其支出或时间表置评的请求。

加满燃料

一旦星际飞船证实可以进入轨道,SpaceX计划将其作为把所有东西送入太空的主要运载工具。公司计划先用飞船发射新一代星链互联网卫星,大幅增加太空互联网的规模。

但为了让人们前往月球、火星等深空,并最终成功返回地球,SpaceX公司需要想出一种方法,在轨道上为星际飞船加注燃料。

星际飞船的显著特征就是大:从顶端到底部近400英尺(约合120米),是NASA航天飞机的两倍多。这种运载火箭将成为人类太空飞行历史上推力最强大的火箭。但太大了,这就意味着仅仅进入轨道就要消耗大量推进剂。飞船还需要更多燃料才能摆脱地球引力,抵达月球,然后返回。

因此,星际飞船需要中途补给燃料,就像汽车必须进加油站加油一样。但在微重力环境下为飞船加注燃料是前所未有的工作,而且飞船使用的超低温推进剂也会给这一计划带来巨大挑战。

目前,SpaceX在如何为飞船加注燃料方面仍处于早期阶段,因为公司大部分精力都花在如何让整个系统安全矗立在发射台上。

SpaceX公司也承认,这将是一项困难重重的任务。

今年2月份,SpaceX首席运营官格温·肖特韦尔(Gwynne Shotwell)在华盛顿举行的一次行业会议上说:“让这只野兽进入轨道一直是一个不可忽视的挑战,在我们可靠完成这一点之前都是。但我认为,如果纯粹从技术角度考虑,加注燃料可能是下一个大挑战。”

为了让星际飞船在中途加注燃料,SpaceX设想开发三种不同型号的飞船。第一种用于储存推进剂,发射升空后能停在近地轨道上。另一种是加注飞船,用于将推进剂从地球运到储存推进剂的飞船中。SpaceX可能需要十几艘加注飞船向近地轨道运输推进剂,才能为载人飞船往返月球提供足够燃料,但NASA和SpaceX尚未公布确切数据。一旦第一种星际飞船的燃料库加满,就该发射第三种载人星际飞船。这种飞船需要配备一个供机组人员和乘客使用的船舱,以及全套生命维持系统。这艘飞船与储存燃料的飞船对接,为长途旅行加满燃料。

低温推进剂

星际飞船加注燃料可不像汽车加油那么简单。星际飞船的燃料由液氧和液态甲烷这两种超低温推进剂组成。为了保持液体状态并在需要时发挥作用,这些推进剂必须维持在零下160摄氏度到零下218摄氏度之间。如果温度太高,推进剂就会沸腾,然后变成气体。

在太空环境中,保持推进剂低温是一项挑战。当储存燃料的飞船绕地球运行时,有一半时间处于寒冷的黑夜中,但有一半时间处于阳光直射下。为了防止温度升高,飞船需要适当的内部绝缘、外部屏蔽和制冷设备。此外,为了避免飞船储罐可能出现灾难性压力积聚,还需要坚固的阀门来排出难免会蒸发的一部分推进剂。

SpaceX还需要将这些超低温推进剂从加注飞船转移到储存燃料的飞船中,然后再转移到载人飞船上。每次在不同储罐间转移都会导致推进剂升温,工程师们以前从未在失重状态下大规模转移过这些推进剂。

NASA低温流体管理组合办公室副项目经理劳伦·阿米恩(Lauren Ameen)在接受采访时表示:“我们还有很多不确定的地方。在太空中输送低温推进剂,有许多与流体物理学相关的问题属于基本流体物理学的范畴,还没有完全弄明白。”

到目前为止,宇航员在国际空间站上进行了一些关于转移和储存类似推进剂的小规模太空实验,但这与SpaceX有关太空中储存和转移推进剂的设想相比,还远远不够复杂。

SpaceX的第一步是证明可以将推进剂从一艘星际飞船转移到另一艘。至于什么时候实现,目前还不清楚。

“肯定要在一次成功的飞行测试后,但可能不会早于六个月的时间,”NASA阿尔忒弥斯计划人类着陆系统项目经理丽莎·沃森-摩根(Lisa Watson-Morgan)说。“时间可能会更长。”

太多待办事项

有了足够资金和工程技术,SpaceX才有可能克服发射测试和实现最终目标之间的一系列挑战。长期以来,批评人士一直怀疑SpaceX是否能完成看似不可逾越的壮举,但事实往往证明他们错了。NASA则坚信星际飞船有望在2025年到达月球。

沃森-摩根说:“我绝对有信心NASA和SpaceX能够实现这一目标。”“我认为在2025年实现难度较大,但是这是可行的。”

首先,SpaceX需要证明星际飞船可以安全地抵达太空。

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