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美国太空探索技术公司(SpaceX)研制的新型运载火箭“星舰”可谓2023年世界航天领域关注的焦点,更夸张地说,大概也算得上整个地球讨论的热点。
可能因为设计过于超前,一向自信的马斯克对发射成功只抱有50%的期望,认为只要不在发射场爆炸,就可以视为成功。
此前,整装待发的星舰曾在发射前40秒停止进程,两天后的北京时间4月20日21时许,又一度暂停倒计时,但惊喜的是,没过多久,星舰突然点火升空。
起初好似很顺利,约3分钟后,星舰姿态失稳,最终发生爆炸。爆炸时,一级火箭“超重型”与星舰尚未分离,星舰也未能成功进入预定轨道。
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▲星舰
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其实,这次星舰发射并非完全失败,正如马斯克所说,他们从中获益颇多。仅凭星舰没有炸毁发射台这一点,已经很不错了。
之所以给予星舰如此之高的容错率,是因为其设计非常激进。星舰全箭直径9米,高约120米,有40层楼高,比人类历史上最强大的火箭土星5号更为庞大。
比起体量,发动机才是王者。星舰配备36台海平面推力230吨的“猛禽”液氧甲烷发动机和3台真空推力285吨的真空版“猛禽”发动机,起飞总推力达到了惊人的7590吨,是土星5号的2倍多,在两级全回收状态下的近地轨道运力不低于100吨。
半个世纪前,美苏争霸中,苏联曾提出了全流量分级燃烧循环发动机的概念,一旦实现,火箭运载能力将翻倍。遗憾的是,由于苏联在竞赛中落后,代号为N-1的火箭没能让全流量分级燃烧成为现实,只是将更多的火箭发动机捆绑在一起,最后屡试屡败。
推重比、紊流、共振等因素决定了运载火箭不能单纯指望“大力出奇迹”,出于经济和技术考虑,星舰想依靠发动机数量取胜,但它努力吸取教训,尝试制成首款实用化的全流量分级燃烧循环发动机。
未经验证的新技术还有不少,对于这些前无古人的探索,首次发射的星舰甚至取消了此前原型机试飞成功的回收功能,以更专注地验证上升阶段各项指标,能够取得一部分飞行数据,已经算是成功了。
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▲发射升空的星舰
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那么,星舰为何如此激进?这要归功于它未来的目标与使命,归功于马斯克及其团队的野心与梦想。
霍金等一众科学家曾指出,地球作为生命的摇篮、人类的家园,终将走向毁灭,并非永远安宁,若要延续人类文明,只有尽快成为跨星际物种。
自1969年至1972年,“阿波罗计划”实现多次载人登月,但政治意义的消解让探索进程告一段落,半个世纪过去,NASA甚至丢失了土星5号运载火箭的设计图纸,或者,只是为囊中羞涩找个借口。
作为地球唯一的卫星,月球无疑是星际航行的跳板,假如在月球安营扎寨,除了必要的实验任务外,基地还能提供中转、补给、通信服务,重返月球的需要日益迫切。
如今,SpaceX已是NASA“阿尔忒弥斯”计划的中标单位,星舰则是新一轮载人登月的飞船。
登月只是起步,星舰的设计直接对标火星。最佳的地火转移窗口间隔26个月,以现有技术水平,每一次飞向火星的机会都弥足珍贵,星舰旨在运载更多物资,让建设火星基地成为可能。
当然,仅是载人登火,就已十分困难,星舰正是要用庞大的体量,配备强劲的动力,来达成这一目标,至于大批量运送物资,届时将提前发射推进舱段,通过轨道对接,以接力方式飞向火星。
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▲星舰月球任务(概念图)
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按照SpaceX的计划,一旦星舰定型,每年将生产100艘星舰,10年内达到1000艘的规模,而这其中每一艘都能够长期重复使用。
夸下海口,亦有底气。短时间量产星舰,是符合现实的,主要因为星舰本身造价低廉。从外表就可看出,星舰外壳以不锈钢为材料,打破了碳纤维、钛合金高不可攀的地位,更显著加快了生产速度。
火箭回收是SpaceX的看家本领,又让本就低廉的造价进一步压缩,再加上星舰以甲烷为燃料,基本可以视为天然气,和液氢相比,真是太便宜了。
据说,未来发射星舰的最低成本,将控制在100万美元内,也就是说,每建设1公里地铁,可以发射20次星舰。飞往火星,乃至远达太阳系外的深空探索,都将变得容易。
即便不去火星,星舰都将带来无比可观的效益。例如,“星链”已有2000余颗卫星在轨运行,其最终目标是1.2万颗,余下二期工程准备依靠星舰的强大且经济的运输方式,实现高效部署。
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▲星舰火星任务(概念图)
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星舰还将改变运载火箭的定位,在人们的常规认识中,运载火箭及其搭载的宇宙飞船都是飞向太空的,星舰固然也能飞向太空,但星舰还能让航天器变成一种普通交通工具。
近年发布的一则宣传片展示了这种新型交通概念,旅客在纽约的站点检票,由快船摆渡至“星港”搭乘星舰,星舰起飞后,划过太空边缘,用时39分钟降落在上海。
目前,纽约至上海直飞航班需15个小时,星舰的39分钟着实惊艳,同时也意味着,但凡建设有“星港”,地球上的城市之间可以在1小时内抵达。
出门“坐火箭”将不再是一句玩笑,地球也将真正变成一个村。
除却民用交通,美国军队早已蠢蠢欲动,据悉,星舰是“全球快速投送”项目的目标载具,1小时内可将战力投送至任意角落,其威胁也十分明显。
此时此刻,人们对星舰褒贬不一,但值得肯定的是,星舰是人类执着求索的标杆,如果地球终将毁灭,何必轻视或敌视诺亚方舟呢?
在和平的框架内,放眼浩瀚的星际空间,还是要给星舰送去些鼓励才对,祝下次成功吧。
(文内图片来自网络)
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