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“星艦”試飛是成是敗?馬斯克“殖民火星”為何讓人瘋狂?

北京時間4月20日晚間,人類再一次共同仰望天空,注視著SpaceX公司的Starship“星艦”試飛,這枚人類迄今為止最強大的火箭升空了,但沒能進入軌道,在掙紮翻滾後爆炸了。許多人覺得遺憾,但Starship發布的推文卻讓人忍俊不禁,他們把爆炸事件形容為“快速的計劃外拆卸”,他們甚至開了香檳慶祝。這次發射意味著什麽,收獲了什麽,又損失了什麽?

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當地時間4月20日晚,由美國太空探索技術公司(SpaceX)研發的最新一代運載火箭係統“星艦”,在推遲48小時後再次發射,但在發射僅3分鍾後,“超重型推進器”部分似乎未能分離,在高空發生爆炸。

《航空知識》雜誌主編 王亞男:

“新聞報道稱,馬斯克的SpaceX公司並沒有把這次行動認為是爆炸,而是說火箭進入了快速的計劃外拆卸,無論如何發射都是失敗的。但是火箭在80秒的時候經過了最大的動壓值,也就是火箭的結構經受住了考驗,所以說實驗取得了部分的成果。”

據《紐約時報》報道稱,火箭助推器的33個引擎中有部分沒有點燃,還有部分已熄火。SpaceX公開表示,由於“星艦”飛船發生了非計劃內的解體,“星艦”發射任務失敗。團隊將繼續審查數據並為下一次飛行測試努力。

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中國空間探測技術首席科學傳播專家 龐之浩:

“應該改進的地方非常多,尤其是這種方案到底可不可行。一開始火箭發射升空的時候,就發現了問題,就有幾台發動機沒有工作,這就造成了它的推力大大減少,速度大大減緩。3分鍾的時候,這個‘星艦’係統就失控了,於是它就啟動了自毀係統,防止整個‘星艦’掉下來,對地麵造成大的傷害。”

作為人類首款可完全重複使用的天地往返運載器,此次發射SpaceX公司主要目的是為了驗證飛船能否與火箭按計劃分離,以及飛船能否達到軌道速度,並最後返回地球,同時獲取一些關鍵數據。雖然火箭升空後發生爆炸,但SpaceX的工作人員依然集體振臂歡呼,因為這次發射已經達到了“火箭升空,不損傷發射台”的最低目標。馬斯克也第一時間也恭喜SpaceX團隊!

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《航空知識》雜誌主編 王亞男:

“這次把兩者合體,直接進行入軌的飛行實驗,應該說步伐還是蠻快的。從工程上來講是一次實驗,而且是一次關鍵的實驗。很有可能它的設計目標就是入軌飛行,隻要實現入軌,在完成一部分軌道飛行之後就抓緊回收,可能目的就是讓這個實驗能夠快速地結束,來取得一些實驗數據。”

由於“星艦”的設計過於激進,2023年2月10日,一級重型推進器進行了一次多發點火測試,就發生了33台發動機中1台因故未能啟動,1台點火中途中止的情況。在此次發射之前,馬斯克在推特上被問及此次試飛能否成功時,馬斯克回複說50%的概率。

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美國SpaceX太空公司創始人 馬斯克:

“我想把期望值定低一點,如果在出現問題之前,我們能將‘星艦’推到離發射台足夠遠的距離,那我覺得這已經算成功了。”

《航空知識》雜誌主編 王亞男:

“這次實驗馬斯克自己也表示過,‘星艦’的在製品,不僅僅隻有立在發射台上的這一艏,馬斯克團隊已經為下次發射準備了更多的實驗艦。雖然這一次是50%的成功率,但是大概率在今年年底,他的‘星艦’入軌成功率會達到80%。”

“星艦”是SpaceX公司正在研發的一款重型運載火箭,采用可重複使用設計,該火箭總高度約120米,由底部70米高、配備了33台“猛禽”發動機的“超重型推進器”和頂部50米高的飛船船艙”星艦”組成,這個首次發射成本約30億美元的“巨無霸”被美國媒體認為是人類史上運載能力最大的火箭。

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中國空間探測技術首席科學傳播專家 龐之浩:

“最強火箭指的是它的推力最大,以及運載能力最大,起飛時候推力能達到7000多噸,可以把150噸的有效載荷送到近地軌道,如果不回收的話,可以達到250噸到300多噸,這樣它就比土星5號以及新研製的航天發射係統都要大兩倍左右。”

“星艦”官方全稱為“星艦深空火箭係統”,由一級助推器“超重推進器”和上麵級“星艦”組成。“星艦”從設計之初,就引入了許多全新概念。

《航空知識》雜誌主編 王亞男:

“其實‘星艦’並沒有超出傳統火箭的範疇,隻不過在火箭的設計概念上進行了革新。比如‘星艦’的動力使用的是液氧和甲烷,所以馬斯克的燃料選擇應該說是有其更深遠的構想。最新的理念是可回收的概念,重複使用。‘星艦’的助推段和上麵級,都可以整體回收,並且再次使用。”

航空航天科普視頻創作者 梁毅辰:

“馬斯克選用甲烷發動機,和他想去火星有關係,因為火星上沒有石油,所以造不出煤油,但是它有二氧化碳可以製造甲烷,所以也是基於這個原因,SpaceX公司非常看重液氧甲烷發動機,他認為未來的星際航行就得靠液氧甲烷發動機。”

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為了研發“星艦”運輸係統,2002年6月馬斯克成立了美國太空探索技術公司,首次公布了他們載人登陸火星將使用的大獵鷹火箭係統,公布後的兩年中,SpaceX又兩易其稿,更是在2019年初,再次推翻了火箭係統的設計方案,將貯箱材料從高強度低重量的碳纖維複合材料變成生活中普通得不能再普通的301不鏽鋼,上至NASA下至同行,幾乎所有航天企業和機構都根本無法相信。

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《航空知識》雜誌主編 王亞男:

“馬斯克的確是足夠執著,他利用個人資源和他的企業所能匯集的資源,從一個火箭的小小的發動機開始,從更換部分材料開始改變,使用不鏽鋼來作為火箭艦體的材料,過去聽起來都有點聳人聽聞,他把這些一點一點變成了現實。”

前SpaceX高管 Lewis Hong:

“第一件事就是要讓火箭變得更便宜,如果用一次火箭就丟掉,那火箭的成本永遠下不來,所以為什麽回收火箭是SpaceX最重要的工作。”

伴隨著火箭材料更迭的同時,“星艦”的垂直回收技術也日趨成熟化和實用化,大獵鷹火箭係統的設計過程中,也進一步引入了軟件開發的快速迭代思想,從一次次失敗中快速找到技術漏洞,優化到下一代的版本中,逐漸逼近最終的實用化運載火箭,而這一過程,也讓SpaceX公司幾度瀕臨破產。

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前SpaceX高管 Lewis Hong:

“成立SpaceX他基本上采取的是一個open(開放)的態度,他跟所有的員工說成立這家公司,預算隻夠讓我們發射三次,如果我們三次都沒有成功的話,公司就會倒閉,就是這麽簡單。馬斯克常常跟員工講,他會把他人生的最後一毛錢,都投在他這兩家公司裏麵,他成立SpaceX就是要去火星。”

作為一種全新概念的航天器,“星艦”的上麵級,具有鼻錐和著陸鰭的星際飛船吸引了眾多的關注,星際飛船集成了6台發動機,長約49米,類似於科幻黃金時代的火箭飛船。而這一概念卻來自於馬斯克小時候讀過的一本漫畫書。

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《航空知識》雜誌主編 王亞男:

“我們可以把‘星艦’的上麵級理解為一個可以反複使用的小火箭或者小飛船,這個獨立的小飛船可以在繞月軌道上,自動向月球降落,並且把航天員送往月球,完成科考之後,再以一個整體的形式把航天員送回環月軌道,最後向地球返航。馬斯克的這個構想,最初是來自於比利時著名的漫畫《丁丁曆險記》,因為在《丁丁曆險記》裏講到登陸月球的時候,漫畫的創作者繪製的就是一艘飛船落在月球上。”

航空航天科普視頻創作者 梁毅辰:

“這個飛船可以和美國原來用的航天飛機類比,但是和航天飛機不同的是,“星艦”的每一個部分都是可以重複使用的,而且它是用簡單粗暴的垂直落下來的方式來回收的,而且它的運載能力也比原來的航天飛機要強一些。”

在SpaceX的規劃中,“星艦”經過高頻率重複使用後,單次發射成本有望低於1000萬美元,甚至僅需200萬美元左右。馬斯克曾表示,“星艦”可以將“進入太空的成本降低幾個數量級”,讓人們能夠前往火星,並最終讓人類成為多星球物種。

《航空知識》雜誌主編 王亞男:

“如果這樣的話,他至少建立了一種可能性,就是讓所有人知道,利用傳統燃料驅動的火箭,有可能實現讓更多的人登陸火星,並且有可能實現在火星上長期的居留、科考,未來可以依托這樣的概念工業化地製造飛船和火箭,或許有可能實現大規模的火星移民。”

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在此次發射之前,美國太空探索技術公司4月10日,在社交媒體發布了一則“火星任務”的概念短片,演示了價值30億美元的“星艦”未來如何從地球著陸火星。概念影片全長5分鍾,展示了“星艦”如何從基地進入太空,再從太空上另一艘“星艦”加油機上加油,最後著陸火星。視頻最後的設想中,人類已移居到火星上一個巨大的穹頂之下。

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《航空知識》雜誌主編 王亞男:

“人類鍾情於火星的熱情可能已經超過200年了。過去鍾情於火星,可能出於宗教、神話或者沒有科學依據的期盼。但是現在,如果有一天地球的環境不再宜居,那麽人類是否有能力在地球之外找到第二處可以作為家園的基地,而火星就是我們現在科技水平能夠觸到最有可能接近第二家園的星球。”

火星是太陽係由內往外數的第四顆行星,直徑約是地球的一半,此前中國發射的“天問一號”探測器在距離火星表麵大約1.1萬公裏的高空中對火星進行了拍攝,在其中的一張照片中,我們可以看到那是一個看起來像橘紅色的世界。當我們不斷靠近火星時,可以逐漸看到火星表麵的細節,那是一個充滿了碎石、砂礫的世界,就像地球的戈壁灘那樣荒涼。

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《航空知識》雜誌主編 王亞男:

“我們發現火星的地質環境曾經與地球非常接近,但是為什麽火星在經曆了漫長的變遷之後,會變成現在這樣的荒涼?至少在表麵上沒有任何植被,沒有任何生物,而且大氣也不再宜居,過去豐富的水體也不再存在。這種變遷是怎樣導致的?人類特別關注,因為很多人認為地球可能是幾十億年前的火星。”

2021年5月15日,中國的探測器第一次登臨火星背部的地區,這也就表明人類對火星的研究又邁出了新的一大步。隨著火星探測的逐步深入和對這顆星球更加直觀的認知,人類越來越發現火星與地球太像了。

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中國空間探測技術首席科學傳播專家 龐之浩:

“火星現在也有很多和地球相像的地方,一個是一天也基本上是24小時,二是我們特別關注火星上的大氣,但大氣比較稀薄,隻有地球大氣壓力的1%,以前是比較厚的,現在變得稀薄了,而且以二氧化碳為主。三是火星的引力大概是地球的1/3,比月球稍微好一些,在火星上行動和地球有點類似。”

1960年10月,蘇聯向火星先後發射了兩個探測器“火星1A”號和“火星1B”號,但均以失敗告終。直到1964年10月,美國“水手4號”探測器才向地球傳回人類史上第一張有關火星表麵的近距離圖像。截止到今天,人類一共進行了52次火星探測,在諸多探測數據的積累下,如今的我們對火星的認識已今非昔比。

航空航天科普視頻創作者 梁毅辰:

“至少火星現在的環境是不適合人類生存的,空氣很稀薄,全都是二氧化碳,還有沙塵暴,溫度也不太適合等,但是它相比太陽係別的星球來說,通過改造後適合人類生存的概率更大一些。”

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火星離地球最近時約為5500萬公裏,最遠時距離則超過4億公裏。一般來說,火星和地球距離近的年份是最適合登陸火星和在地麵對火星觀測的時機。

據英國《泰晤士報》2009年1月4日報道,馬斯克很早前就把他的長遠目標定為,實現人類從地球移居到火星或其他星球,並立誌在本人這個年代實現登月。

《航空知識》雜誌主編 王亞男:

“馬斯克希望依托自己的‘星艦’係統,這樣一種具備新理念的火箭,能夠率先實現以商業公司的身份登陸火星,出於成本的考慮,經過考察,無論是美國的火箭還是俄羅斯的火箭成本都太高了,所以他就自己去造。”

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2012年11月底,美國SpaceX太空公司創始人馬斯克在英國倫敦皇家航空學學會,宣布了一個頗具爭議性的移民火星計劃,馬斯克計劃在未來15年到20年,將8萬名地球人送往火星,這些“火星移民先驅”將永遠留在火星上,他們將像“火種”一樣,讓地球生命能在另一個星球上生息和繁衍。

中國空間探測技術首席科學傳播專家 龐之浩:

“他覺得火星適合改造成第二個地球,這樣萬一哪天地球受到地外行星的撞擊、能源枯竭或者人口太多的情況下,先是改造火星,然後向火星移民,使人類成為一個多行星的物種,他自己也準備在火星上結束自己的一生。”

在馬斯克的火星計劃中,希望在10年內建造1000艘“星艦”,以便在2050年之前將100萬人送上火星,馬斯克在今年2月份時稱,“極有可能”10年內登陸火星,最快5年。

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據美國太空探索公司宣布,NASA已選擇“星艦”作為運載工具,實現美國“阿耳忒彌斯3號”載人登月計劃。“星艦”最早可在2025年底將美國航天員送上月球,登上月球將是對登上火星的一次最好的驗證。

前SpaceX高管 Lewis Hong:

“SpaceX太空船隻有一個任務,那就是把貨物從地球載到太空,它就是運貨車的概念,太空船內部有很多的儲櫃,可以把大大小小的包裹放在裏麵,NASA可能做的最對的事情,就是在SpaceX成長的時候給了SpaceX非常多寶貴的技術和經驗,SpaceX站在巨人的肩膀上,把這些項目和經驗發展的更好。”

《航空知識》雜誌主編 王亞男:

“目前的SpaceX的目標並不是飛往火星,而是首先飛往月球。這也是NASA給它的一個重要任務。按照這樣的構想,它首先要完成‘星艦’的入軌,所以這次發射為什麽很關鍵?接下來還會有無人發射,無人落月,最後才走到載人登月,接下來它會瞄準火星。飛往火星需要更多的燃料,所以馬斯克需要在近地軌道上把它的‘星艦’飛船改造成為油罐卡車,在宇宙中建立起一個燃料補給站,讓‘星艦’在軌道中加滿燃料,開啟向火星的遠征,這就是馬斯克的計劃。”

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馬斯克和他的SpaceX被很多人看作是帶領人類去往深空的一支奇兵,不僅因為技術層麵的大膽甚至有點冒進,還因為他們在趟一條不同於傳統國家力量、體製力量的邁向太空之路。許多人為他們歡呼,也有人罵馬斯克瘋子,但他在2001年就公布了的火星移民計劃已經不隻是個影子,它已經長在了不少人的心裏甚至人生計劃裏。