美國太空探索技術公司(SpaceX)研制的新型運載火箭“星艦”可謂2023年世界航天領域關注的焦點,更夸張地說,大概也算得上整個地球討論的熱點。
可能因為設計過于超前,一向自信的馬斯克對發射成功只抱有50%的期望,認為只要不在發射場爆炸,就可以視為成功。
此前,整裝待發的星艦曾在發射前40秒停止進程,兩天后的北京時間4月20日21時許,又一度暫停倒計時,但驚喜的是,沒過多久,星艦突然點火升空。
起初好似很順利,約3分鐘后,星艦姿態失穩,最終發生爆炸。爆炸時,一級火箭“超重型”與星艦尚未分離,星艦也未能成功進入預定軌道。
▲星艦
其實,這次星艦發射并非完全失敗,正如馬斯克所說,他們從中獲益頗多。僅憑星艦沒有炸毀發射臺這一點,已經很不錯了。
之所以給予星艦如此之高的容錯率,是因為其設計非常激進。星艦全箭直徑9米,高約120米,有40層樓高,比人類歷史上最強大的火箭土星5號更為龐大。
比起體量,發動機才是王者。星艦配備36臺海平面推力230噸的“猛禽”液氧甲烷發動機和3臺真空推力285噸的真空版“猛禽”發動機,起飛總推力達到了驚人的7590噸,是土星5號的2倍多,在兩級全回收狀態下的近地軌道運力不低于100噸。
半個世紀前,美蘇爭霸中,蘇聯曾提出了全流量分級燃燒循環發動機的概念,一旦實現,火箭運載能力將翻倍。遺憾的是,由于蘇聯在競賽中落后,代號為N-1的火箭沒能讓全流量分級燃燒成為現實,只是將更多的火箭發動機捆綁在一起,最后屢試屢敗。
推重比、紊流、共振等因素決定了運載火箭不能單純指望“大力出奇跡”,出于經濟和技術考慮,星艦想依靠發動機數量取勝,但它努力吸取教訓,嘗試制成首款實用化的全流量分級燃燒循環發動機。
未經驗證的新技術還有不少,對于這些前無古人的探索,首次發射的星艦甚至取消了此前原型機試飛成功的回收功能,以更專注地驗證上升階段各項指標,能夠取得一部分飛行數據,已經算是成功了。
▲發射升空的星艦
那么,星艦為何如此激進?這要歸功于它未來的目標與使命,歸功于馬斯克及其團隊的野心與夢想。
霍金等一眾科學家曾指出,地球作為生命的搖籃、人類的家園,終將走向毀滅,并非永遠安寧,若要延續人類文明,只有盡快成為跨星際物種。
自1969年至1972年,“阿波羅計劃”實現多次載人登月,但政治意義的消解讓探索進程告一段落,半個世紀過去,NASA甚至丟失了土星5號運載火箭的設計圖紙,或者,只是為囊中羞澀找個借口。
作為地球唯一的衛星,月球無疑是星際航行的跳板,假如在月球安營扎寨,除了必要的實驗任務外,基地還能提供中轉、補給、通信服務,重返月球的需要日益迫切。
如今,SpaceX已是NASA“阿爾忒彌斯”計劃的中標單位,星艦則是新一輪載人登月的飛船。
登月只是起步,星艦的設計直接對標火星。最佳的地火轉移窗口間隔26個月,以現有技術水平,每一次飛向火星的機會都彌足珍貴,星艦旨在運載更多物資,讓建設火星基地成為可能。
當然,僅是載人登火,就已十分困難,星艦正是要用龐大的體量,配備強勁的動力,來達成這一目標,至于大批量運送物資,屆時將提前發射推進艙段,通過軌道對接,以接力方式飛向火星。
▲星艦月球任務(概念圖)
按照SpaceX的計劃,一旦星艦定型,每年將生產100艘星艦,10年內達到1000艘的規模,而這其中每一艘都能夠長期重復使用。
夸下海口,亦有底氣。短時間量產星艦,是符合現實的,主要因為星艦本身造價低廉。從外表就可看出,星艦外殼以不銹鋼為材料,打破了碳纖維、鈦合金高不可攀的地位,更顯著加快了生產速度。
火箭回收是SpaceX的看家本領,又讓本就低廉的造價進一步壓縮,再加上星艦以甲烷為燃料,基本可以視為天然氣,和液氫相比,真是太便宜了。
據說,未來發射星艦的最低成本,將控制在100萬美元內,也就是說,每建設1公里地鐵,可以發射20次星艦。飛往火星,乃至遠達太陽系外的深空探索,都將變得容易。
即便不去火星,星艦都將帶來無比可觀的效益。例如,“星鏈”已有2000余顆衛星在軌運行,其最終目標是1.2萬顆,余下二期工程準備依靠星艦的強大且經濟的運輸方式,實現高效部署。
▲星艦火星任務(概念圖)
星艦還將改變運載火箭的定位,在人們的常規認識中,運載火箭及其搭載的宇宙飛船都是飛向太空的,星艦固然也能飛向太空,但星艦還能讓航天器變成一種普通交通工具。
近年發布的一則宣傳片展示了這種新型交通概念,旅客在紐約的站點檢票,由快船擺渡至“星港”搭乘星艦,星艦起飛后,劃過太空邊緣,用時39分鐘降落在上海。
目前,紐約至上海直飛航班需15個小時,星艦的39分鐘著實驚艷,同時也意味著,但凡建設有“星港”,地球上的城市之間可以在1小時內抵達。
出門“坐火箭”將不再是一句玩笑,地球也將真正變成一個村。
除卻民用交通,美國軍隊早已蠢蠢欲動,據悉,星艦是“全球快速投送”項目的目標載具,1小時內可將戰力投送至任意角落,其威脅也十分明顯。
此時此刻,人們對星艦褒貶不一,但值得肯定的是,星艦是人類執著求索的標桿,如果地球終將毀滅,何必輕視或敵視諾亞方舟呢?
在和平的框架內,放眼浩瀚的星際空間,還是要給星艦送去些鼓勵才對,祝下次成功吧。
(文內圖片來自網絡)
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