马斯克如何征服火星:发射 1000 艘飞船,运送 10 万人抵达火星

2020/12/17 10:04:39 来源:新浪科技 作者:叶倾城 责编:懒猫

北京时间 12 月 17 日消息,据国外媒体报道,SpaceX 公司创始人埃隆 · 马斯克认为,人类需要离开地球,从而确保人类能够在灾难到来时生存下来。12 月 10 日,该公司星舰飞船原型机 SN8 升空抵达 12.5 千米高空后,但由于着陆过程过快,最终爆炸,整个飞行测试时间大约 6.5 分钟。

此前马斯克认为原型机 SN8 试飞失败的可能性为三分之二,他发布推特信息激动地表示,火星,我们来了!

但在这枚最大原型飞船爆炸之前,SpaceX 公司就已经开始忙着研发两艘技术更先进的原型飞船,对于凭一已之力振兴美国航天事业的企业家马斯克而言,关键在于快速行动、从错误中吸取教训,开发新型技术和工程方法,技术不断升级,在测试飞行中不断完善改进。

SpaceX 公司知道星舰飞船可能存在很多问题,毕竟前两艘飞船爆炸了,但这就是马斯克坚持不懈的研发理念,SpaceX 公司的工程师们每天都要努力应对一项非常艰巨的挑战,即让世界最大的宇宙飞船和火箭脱离地球引力,进入轨道,同时确保能够安全着陆并再次飞行。

对于马斯克来讲,实现这一目标的唯一途径就是反复试验,不断接近正确设计,这正是 SpaceX 公司 “猛禽”发动机所要做的,马斯克说:“我们现在使用的是 23 号猛禽发动机,或者是 24 号猛禽发动机,它更轻,成本更低,几乎在每个方面都比 1 号猛禽发动机更优秀,1 号猛禽发动机基本上启动就爆炸了,最初猛禽发动机的事故爆炸率达到 14-16%。”

前不久发射失败的星舰 SN8 原型机高度相当于 16 层楼高,更重要的是,它的结构设计并不完整,还需要另一枚 23 层楼高的助推火箭将其送入轨道,同时保留其燃料,然后再由另一枚火箭在太空中补充燃料。马斯克期望能够每周建造一艘星舰飞船,他说:“我认为我们可能需要 1000 艘飞船的订单。”

为什么会有大量飞船订单?

▲ 艺术家描绘未来火星城的鸟瞰图。

SpaceX 公司最终目标是希望平均每天发射 3 枚星舰火箭,每枚火箭的载量达到 100 吨。每次火星 - 地球同步轨道大约 26 个月一次,未来在该时间窗口发射 1000 艘星际飞船,就能运载 10 万人前往火星。

以上数据加起来就是马斯克经常提到的 “黄金数字”——100 万人,他认为,要使地球人类在火星表面人口可持续性发展,并且与地球发展截然不同,就需要有至少 100 万人生活在火星。更具体地讲,马斯克评估出重建地球整个工业基地需要多少人,这样他们就可以在不依赖地球资源的情况下建造、制造加工任何事物。

该火星殖民计划的核心来自马斯克希望人类成为一支跨星球物种,他认为这对人类生存繁衍至关重要。他曾信心十足地说:“如果地球出现生存危机,我们是无法拯救的,这将意味着人类将走向灭绝之路。”当他提出人类殖民火星的梦想,很快意识到这是一项成本高昂的太空计划,将任何事物推出地球轨道的成本都高得令人望而却步。

在此之前,美国宇航局在太空任务中承担高昂的费用,平均每公斤重量需要支付 94996 美元,一切航天飞机的任务花费超过了 5 亿美元,一旦助推火箭将航天飞机送入太空,它们最终就会丢弃,掉入海洋之中。

马斯克的太空计划改变了该现状,SpaceX 公司的首要任务之一是通过建造自着陆火箭,将发射成本大幅降低。经过多次坠落和爆炸事故,SpaceX 公司最终于 2016 年实现飞船成功着陆,该星舰火箭是一种可重复使用多次的火箭,可以提高公司利润,让马斯克的梦想更接近现实。

当前 SpaceX 公司在低地球轨道运送 70 吨有效载荷的费用是 1.5 亿美元,这相当于运送每公斤货物费用大约 285 美元,这远比之前太空飞行成本低许多。目前,马斯克希望把这个价格进一步降低,降至每公斤 10 美元,这样就可以低成本将人类送到火星。

在开发设计更好、功能更强大的发动机之后,SpaceX 公司很快成为美国宇航局和美国国防部的商业承包商,提供价值不菲的太空运送服务。该公司获得的利润用于再投资更先进的火箭和发动机装置,为美国宇航局提供相对较小的商业太空发射。

近年来,随着 SpaceX 公司的快速发展,现已成为美国宇航局太空发射任务的主要合作方,2019 年 2 月,美国众议院要求的关于美国宇航局是否可以在 2033 年飞越火星的独立报告中得出结论,2033 年火星轨道任务是 “不可行的”,认为 2039 年是一个更可能实现的时间表。

近年来,美国商业太空领域除 SpaceX 占据一席之地,还涌现出多家公司,例如:蓝色起源公司,该公司创始人是亚马逊网购公司缔造者杰夫 · 贝索斯,他还着眼开发火星探索技术,公司拥有潜力十足的商业前景和未开发资源的新境界。美国宇航局一份研究报告评估称,太阳系小行星带中发现的金属和矿物价值可能达到 1000 亿美元以上。

为什么选择登陆火星?

马斯克认为,这是因为他没有更好的太空探索选择。金星表面温度过高,可以融化铅,并且大气压非常高,存在酸雨和热风。距离地球最近的天体是月球,但是月球没有太多的资源,而且大气层稀薄,月球一天相当于 29 个地球日,如果没有大气层,气温会变得非常冷或者非常热,水星白天温度非常高,晚上则异常寒冷。

木星、土星、天王星和海王星都是凝结的气态行星,不适合长期居住,这些星球表面压力大得令人以置信,木星和卫星的卫星可能是不错的候选对象,但是它们比火星更遥远,温度更低,冥王星距离地球太遥远,并且表面温度很低。

这就使得火星成为了理想的候选者,星球表面温度低,但不太冷,夜晚黑暗,但不比地球黑暗太多。最重要的是,它距离地球不太远,一个火星日与地球日的时间长度非常接近,该因素对于种植地球农作物非常重要。

火星表面重力是地球重力的三分之一,表面有大量冰冻水和二氧化碳,我们星球上的植物很容易将这些二氧化碳转化为氧气,这对于火星的 “地球化”至关重要。从本质上讲,地球化改造将试图使火星永久地更像地球,可能是通过全球变暖,直到火星能够支持植物生长。

但即便如此,马斯克的观念仍是超前的,他欣然承认,登陆火星存在很多问题,研发测试火星飞船仅是初期问题之一。

BFR 火箭:可向火星运载 1000 吨物资

▲ BFR 火箭运送星舰飞船进入火星轨道。

最终,SpaceX 公司希望使用超巨大火箭助推器——BFR,将星舰飞船发送至火星轨道。马斯克的设计理念是正确的,当前 SpaceX 最大的火箭是 “重型猎鹰”,是人类历史上最强大的助推火箭,可以携载 13 吨物资进入太空,但这远远不够。

对于 BFR 火箭,其最初设计能携载数百吨物资进入太空,最终可以达到 1000 吨。SpaceX 当前性能最好的火箭运载量不足 BFR 火箭总运载量的 1%。BFR 火箭计划建造 25 层楼高,其拥有强大的 “猛禽”发动机,可携载 172 辆汽车的重量,或者一架波音 747 飞机,该运载火箭配备 42 个 “猛禽”发动机。

这个巨大的助推器将星际飞船送入太空,在那里它将一个类似的准备就绪的助推器连接,推动飞船完成整个火星旅行。在飞往火星的漫长旅程中,飞船能提供零重力游戏场地、电影院、报告厅和餐厅,总而言之,这是一艘零重力太空游轮,马斯克希望最终每张火星机票售价 50 万美元。

乌托邦还是反乌托邦?

在 Starlink 服务条文中有一条,即 SpaceX 的星载卫星网络未来将为地球提供互联网,希望未来火星也能覆盖该项服务。

该条款指出,对于提供的火星服务或者前往火星途中的星际飞船、其他殖民飞船,双方承认火星是一颗自由行星,地球上任何政府都对人类火星活动没有干涉权。

这将产生一个争议问题:谁将在火星执行管理权?SpaceX 公司不会承认任何国际法,但会自行制定相关管理规则。

虽然理论上是合理的,但是最初抵达火星生活的人类宇航员,他们所处环境艰苦恶劣、危机四伏,例如:如果你改变了主意,决定你不希望在火星度过余生,但你此时无法直接乘坐飞船离开这里。此外,火星殖民生活还有许多争议问题,如何惩罚火星宇航员的犯罪行为?女性如何在火星表面生育后代?在辐射严重的火星表面,分娩是非常不安全。谁将最终获得商业太空工业的巨大利润?

尽管许多人初衷是为了实现人类殖民地外星球计划,但一些人可能付出代价成为契约劳役,但当 “火星一号”项目在 2013 年 8 月停止接收单程殖民旅行申请时,该公司表示现已收到 4000 多份申请。

一位来自发展中国家申请者提交的视频中,他强调了自己善良本性和努力工作的意愿,当被问及为什么想离开地球时,他回答说:“我已四处寻找地球探索机遇,花费多年时间仍未发现自己想要的。

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