埃隆·馬斯克的星際飛船是什麼? 最詳細的解答在這裡

埃隆·馬斯克正在研發一種飛行器,它可能會改變太空旅行的遊戲規則。眾所周知,星艦將是一種完全可重複使用的運輸系統,最多可搭載100人前往火星。

埃隆·馬斯克(Elon Musk)的私人太空飛行公司SpaceX的創始理念是讓生命多行星化。他說,如果地球經歷一場大災難,比如小行星撞擊地球,將人類安置在火星等其他星球可以保護人類文明。

“歷史將沿著兩個方向分叉。一條路是我們永遠呆在地球上,然後最終會發生滅絕事件,”馬斯克在2016年說。

“另一種選擇是成為一個太空文明和一個多星球物種,我希望你們會同意這是正確的道路。”

這位SpaceX創始人經常談到他在火星上建造城市的夢想。他認為定居點需要大量的人口才能自給自足。

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實現這一夢想需要一種能夠勝任這項任務的交通工具。Starship是火箭和宇宙飛船的組合,一次可以運送100多人到這顆紅色星球。

該系統被設計為完全和快速可重用。完全可重複使用意味著主要的硬體部件不會像其他發射系統那樣被丟棄在海里或任其燃燒,而是會返回地面,以便再次飛行。

快速可重複使用意味著在從太空返回後,星際飛船可以重新裝滿推進劑,並準備在短時間內再次發射——就像飛機一樣。這降低了整個企業的成本。

飛船概述:

發射時,這艘名為“星際飛船”的飛船將安裝在一艘名為“超級重型”的火箭上。

合併後的系統將有120米(394英尺)高,也被稱為Starship。

讓我們先看看宇宙飛船。帶有前錐和著陸翼的不鏽鋼飛行器就像科幻小說黃金時代的火箭飛船。

這架長50米(160英尺)的飛行器尾部裝有6個高效的“猛禽”(Raptor)引擎,由SpaceX歷時10年開發。燃燒是分階段進行的,發動機的設計減少了推進劑的浪費。

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在飛行器的中間是推進劑罐。它們給迅猛龍提供液態甲烷(CH4)和液態氧(O2)。

甲烷是燃料,氧氣作為氧化劑——一種使燃料燃燒的化學物質。這種混合物被稱為美沙洛酮。

燃料的選擇對於火箭發動機來說是不尋常的,但甲烷可以產生大量的推力。根據馬斯克的火星設計,這也是一個謹慎的選擇。這位SpaceX公司的創始人表示,CH4可以透過一種被稱為Sabatier反應的化學過程,由火星地表水和大氣中的二氧化碳合成。

為返回地球的星際飛船補充燃料,使用火星資源將提供一定程度的自給自足,使旅程更可行,成本更低。

在航天器的前部,有時也被稱為上部,是一個巨大的有效載荷艙,可以將大型貨物或人員運送到深空目的地。

現在,讓我們轉向火箭。超重型鑽具長70米(230英尺),將裝載3400噸(680萬磅)低溫(冰鎮)美沙洛酮。

它將由大約32個猛禽(Raptor)發動機提供動力(這一規格已多次更改),最大推力將超過70兆噸(1600萬磅)。它應該能夠將至少100噸的有效載荷送入近地軌道,可能高達150噸。

這將使“超級重型”火箭比上世紀六七十年代用於阿波羅登月任務的巨型土星5號發射器更強大。

當它從發射臺上升時,聯合星際飛船系統將開始向預定軌道傾斜。

當上一級在太空中分離時,Super Heavy會翻轉,並落回地球。

當它下降時,超重型將在助推器的側面展開一種叫做“網格鰭”的鋼結構,形狀有點像土豆華夫餅。這將有助於引導火箭級返回發射臺,以便它可以再次飛行。

SpaceX公司有一個雄心勃勃的計劃,用它的發射塔接住墜落的助推器。

這個發射塔為工程師和機組人員提供了在發射前坐在發射臺上訪問宇宙飛船和火箭的途徑。

一對鋼臂將從發射塔伸出來。當耗盡的助推器落在這些臂上時,網格翼片將承擔負載。這座塔被稱為“Mechazilla”,因為它很像電影《哥斯拉》中的一個生物。

與此同時,星際飛船的上層可以在分離後插入一個“停車軌道”,允許它重新充滿推進劑。

馬斯克在2017年解釋說:“如果你只是飛[星際飛船]進入軌道,而不做任何補充,這是非常好的——你將得到150噸的近地軌道,沒有燃料去其他地方。”

“如果你發射油罐車並在軌道上重新加油,你可以將油罐車一直加到頂部,並將150噸(有效載荷)一路送到火星。”

為了補充燃料,宇宙飛船將與另一艘已經環繞地球飛行的星際飛船對接或配對,後者僅作為推進劑倉庫。

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星際飛船將被用來做什麼?

對於往返火星的長途旅行,每次行程可能需要9個月的時間,馬斯克打算在上一級前部附近的有效載荷區域安裝大約40個客艙。

“如果你真的想讓人擠進去,你可以想象一個船艙裡有五六個人。但我認為,大多數情況下,我們預計每個機艙會有兩到三個人,所以名義上,每次飛往火星的航班大約有100人,”馬斯克說。

有效載荷艙還將設有公共區域、儲存空間、廚房和避難所,人們可以聚集在那裡躲避太陽風暴,太陽風暴會向太空釋放有害的帶電粒子。

星際飛船還將在美國宇航局的阿耳特彌斯計劃中發揮關鍵作用,該計劃旨在建立人類在月球上的長期存在。2021年4月,美國航天局授予SpaceX一份28。9億美元的合同,將其開發成能夠在本世紀內將宇航員送上月球表面的著陸器。

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為阿耳特彌斯號量身定製的版本將不具備返回地球所需的隔熱罩或襟翼。人類登陸系統(Starship Human Landing System)將在首次從地球發射後留在太空,以便最終用於在月球軌道和月球表面之間的多次旅行。

這款無人駕駛或載貨版星際飛船的特點是,有效載荷艙像鱷魚嘴一樣張開。這將允許它用於發射衛星。SpaceX表示,巨大的有效載荷能力為新型機器人科學任務提供了可能性,包括比即將接替哈勃的詹姆斯·韋伯天文臺更大的望遠鏡。

該系統還可以用於太空旅遊:埃隆·馬斯克(Elon Musk)承諾在2023年與日本線上零售億萬富翁前澤友作(Yusaku Maezawa)進行繞月旅行。它還可以在地球上不同的目的地之間進行高速旅行。

馬斯克說,星際飛船最終可能會把人送到“更大的太陽系”的目的地,包括木星這樣的氣體巨星。但這仍是一個長期目標。

星際飛船是如何著陸的?

為了將其他航天器帶回地面,工程師們依賴降落傘,或者設計航天器使其能夠在跑道上著陸。

但是星際飛船的上層採取了不同的方法。當飛船準備降落在地球上時,它首先以60度角重新進入大氣層,然後在水平位置“腹部著地”。

這種返回模式完全依靠大氣層來減緩飛行器的下降速度。缺點是,在這種配置下,星際飛船本身就不穩定。

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因此,車輛使用四個鋼板著陸襟翼,定位在車輛的前後,以控制其下降。這就像一個跳傘者用胳膊和腿來控制自由落體。

埃隆·馬斯克說:“這和其他任何東西都不一樣……我們是在控制墜落。”

“你試圖製造阻力,而不是升力——這與飛機完全相反。”

當星際飛船接近地面時,它的速度應該足夠慢,以執行引擎燃燒,使飛船翻轉到垂直位置。然後,它使用猛禽作為反向火箭,引導飛行器在著陸腿上安全著陸。

馬斯克表示,這種通用方法可以用來讓星際飛船安全地降落在太陽系的任何行星表面。

然而,最終,返回地球或其他目的地的星際飛船可能不需要進行翻轉操作。相反,當飛船接近地面時,會被髮射塔的鋼臂俘獲——就像超重型助推器一樣。

馬斯克在推特上解釋說:“這艘飛船也會被機械齊拉抓住。和助推器一樣,沒有著陸腿。這些只在月球和火星上需要,直到當地有了基礎設施。”

它什麼時候能飛?

在過去幾年裡,SpaceX在其位於德克薩斯州博卡奇卡的Starbase設施中測試了各種上層級的原型。

該公司於2019年推出了一款名為Starhopper的39米高的“測試品”,外形酷似一座水塔,並將其飛行到離地面150米的高度。

2020年12月,首架具有鼻錐和襟翼的原型機——Starship serial number (SN8)——飛行到了12。5公里的高度。它的腹部撲通一聲返回地球,為SpaceX提供了關於航天器從太空返回的最後一部分的寶貴工程資料。

然而,SN8接近停機坪的速度太快、太硬,導致它發生了變形和爆炸。在2021年5月SN15號飛船實現軟著陸之前,又有三件測試物品爆炸。

SpaceX計劃在2022年發射超重型星際飛船進行首次軌道測試飛行。

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