SpaceX 与 NASA:谁将率先将人类送上月球?

2021/2/10 9:23:42 来源:新浪科技 作者:匀琳 责编:汐元

北京时间 2 月 10 日消息,据国外媒体报道,人类一直到 1972 年才第一次登上月球。但是,随着商业载人太空时代的带来,重返月球的愿望重新被点燃,新一轮的太空竞赛也随之开启。NASA 已经选择与私人太空公司 SpaceX 合作,让后者参与 NASA 的部分商业太空飞行任务。但是,SpaceX 也有自己的太空探索计划。

为了登陆月球和其他更远的星球,NASA 和 SpaceX 都在开发新一代重型火箭:SpaceX 有星舰(Starship),NASA 有太空发射系统(SLS)。

那么,星舰和 SLS 有什么不同?哪一个更加强大呢?

SpaceX 的星舰

火箭进入轨道需要经历多个阶段。在飞行过程中,火箭会逐步丢弃用尽的燃料箱,从而减轻自身重量,这样可以更加容易地加快飞行速度。一旦投入使用,SpaceX 的发射系统将包含两个阶段:被称为 “超级重型”(Super Heavy)的运载火箭和星舰。

超级重型推进器由猛禽火箭发动机提供动力,使用的燃料为液态甲烷和液态氧的混合物。液体燃料火箭发动机的基本原理是,在燃烧室内将两种推进剂(如煤油一类的燃料和液氧一类的氧化剂)混合后点燃。火焰在高压下产生炽热气体,高温气体高速从发动机喷嘴排出,从而产生推力。

火箭在发射时,可以产生 1500 万磅的推力。这个推力,大约是阿波罗时代的火箭推力的两倍左右。星舰位于运载火箭的顶部。星舰本身配有另外六台猛禽发动机,拥有一个大型任务舱,可容纳卫星、最多 100 名船员的隔舱,甚至还可以放下额外的燃料箱,以便在太空中为飞船补充燃料。这些对于长时间的星际载人飞行至关重要。

超级重型与星舰分离

星舰可以在真空的太空中飞行,也可以地球和火星的大气层中飞行。星舰将使用可移动的小型机翼滑翔至理想的着陆区。

一旦滑翔至着陆区上方,星舰将翻转到垂直位置,然后使用飞船上的猛禽发动机进行动力下降和着陆。星舰也将具有足够的推力,从火星或月球表面升空,克服这些星球上较弱的引力,并返回地球。返回地球时,星舰会再次翻转到垂直位置,然后动力降落到指定位置。星舰和超级重型推进器都是完全可重复使用的,整个系统按设计可以向火星或月球运载 100 吨以上的有效载荷。

宇宙飞船如今发展迅速。星舰原型机 SN8 在最近一次试飞中,成功地展示了完成这项任务所需的一系列动作。但不幸的是,机上的一台猛禽发动机出了故障,导致 SN8 在着陆时坠毁。2 月初,SN9 原型机在 10km 高空试飞,但试验又失败了。这次试飞,起飞及空中阶段都很顺利,但 SN9 在返回阶段出现了剧烈的抖动,最后触地爆炸。不过,原型机 SN10 已经就位,预期下一次试飞不会太远。

NASA 的太空发射系统

NASA 的太空发射系统(SLS)将从中止的土星五号接过重任,成为该机构有史以来使用过的最强大火箭。当前的 “土星五号”化身(SLS block 1)高约 100 米。

SLS 的核心阶段包含 330 万公升以上的液态氢和液态氧(相当于 1.5 个奥运会规模的游泳池)。该核心阶段由四台 RS-25 发动机提供动力,其中三台发动机曾用于之前的航天飞机。RS-25 发动机与猛禽发动机的主要区别在于,前者燃烧的是液态氢,而后者燃烧的是液态甲烷。

SLS 的各个阶段

火箭核心阶段的两侧分别有一个固体火箭推进器,用以辅助。在发射时,核心阶段可以提供 820 万磅的总推力——比土星五号的发射推力还高出 5%。这枚火箭可以将飞船送入低地球轨道。上级推进器旨在将飞船上的有效载荷(如宇航员太空舱)推出地球轨道。这是一枚由单个 RL-10 发动机驱动的小型液态燃料推进器。RL-10 发动机已经用于 ATLAS 和 DELTA 火箭,比 RS-25 发动机更小更轻一些。

作为阿尔忒弥斯一号任务的一部分,SLS 将承担起把猎户座载人飞船送往月球的重任。猎户座载人飞船可以维持 6 名宇航员 21 天的生活。NASA 目前的火箭,无法执行阿尔忒弥斯一号任务。

猎户座载人飞船按计划将拥有大型的丙烯酸窗户,方便宇航员在旅程中观看窗外风景。该飞船也将拥有自己的发动机和燃料供应,以及返回地球时所需的辅助推进系统。未来的空间站(如月球门户)将充当后勤枢纽,其中可能也会包括燃料补充。

SLS 的核心阶段和推进器火箭不太可能重复使用。它们不会着陆,而是掉落在海洋中。因此,SLS 系统不仅材料成本昂贵,环境成本也更高。根据设计,SLS 可以升级到更庞大的阶段,以便运载重达 120 吨的机组人员或货物,可能超过星舰的载荷。

NASA 的 SLS 和 SpaceX 的星舰,两者均有望将人类送上月球或更远的星球。

SLS 上使用的许多技术被称为 “老式技术”,因为这些技术改造自之前的太空任务,这样可以缩短研发时间。但是,一月份的时候,SLS 核心阶段的点火测试,在开始后一分钟以失败告终。这次点火测试原计划为八分钟。失败原因疑似为组件故障,且并未造成火箭严重损坏。SLS 项目经理约翰 · 霍尼卡特说:“我不认为我们需要大幅修改设计。”

孰优孰劣?

那么,到底哪一个太空飞船有望率先让人类重返月球呢?按计划,阿尔忒弥斯二号将是首个使用 SLS 执行月球飞越任务的载人计划,预期将于 2023 年 8 月发射。SpaceX 还没有载人发射的具体计划日期,但该公司正在运行一个 #dearMoon 项目。该项目涉及月球太空旅行,计划于 2023 年启动。马斯克还表示,载人火星任务最早将于 2024 年实现,届时也会使用星舰执行任务。

归根结底,这场竞争的一方是拥有多年测试经验但时时受到纳税人预算波动和管理政策变动限制的机构,另一方则是相对年轻的公司,但已经发射了 109 枚猎鹰九号火箭,且成功率达到 98%,资金也充沛。

不管谁先登陆月球,我们都将开启一个太空探索的新时代。在地球之外,仍有很多科学谜团,等待我们去解答。

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关键词:SpaceXNASA月球

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