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马斯克详解火星移夷易近妄想:2024年火星上将有6艘飞船

马斯克详解火星移夷易近妄想:2024年火星上将有6艘飞船

2018-03-28 07:16:00 品评: 字体巨细 T T T 据外洋媒北京光阴3月27日报道,克详SpaceX以及特斯拉独创人埃隆·马斯克(Elon Musk)曾经在去年9月份提出了宏愿壮志的解火近妄火星移夷易近妄想,当时便引起全天下的星移想年关注。克日他又在《新太空》(New Space)杂志网站上撰文,夷易有艘详细论述了这一妄想。火星如下即为文章全文:

SpaceX独创人埃隆·马斯克

凤凰网科技讯 据外洋媒北京光阴3月27日报道,飞船SpaceX以及特斯拉独创人埃隆·马斯克(Elon Musk)曾经在去年9月份提出了宏愿壮志的克详火星移夷易近妄想,当时便引起全天下的解火近妄关注。克日他又在《新太空》(New Space)杂志网站上撰文,星移想年详细论述了这一妄想。夷易有艘如下即为文章全文:

成为多行星物种

本次陈说将涵盖咱们之后所称的火星BFR重型火箭的最新妄想。在这次陈说中,飞船我想转达的克详最紧张的信息是,我以为咱们已经找到了为修筑BFR重型火箭筹集资金的解火近妄措施。这一点颇为紧张。星移想年在去年的陈说陈说中,咱们简直正在化精血汗为BFR重型火箭召募资金,而且提出了林林总总的措施,好比众筹等。这些措施都不取患上乐成,但如今咱们以为已经找到了实现这一目的的措施。

咱们的最新妄想短缺运用了一款更小型的运载火箭,但实际上它仍是至关重大,可能做所有妨碍更大规模地球轨道行动所需要的使命。咱们根基上想让现有的运载火箭变患上“可有可无”,愿望建树一套零星(由火箭增长器以及飞船组成)来替换“猎鹰9号”、“猎鹰重型”火箭以及“龙”飞船。假如咱们能做到这一点,那末所实用于“猎鹰9号”、“猎鹰重型”火箭以及“龙”飞船的资源,都可能运用于这套零星。这是最根基的条件。

详细妨碍

深冷液氧罐

这个深冷液氧罐着实是一个直径达12米的重大无朋——从图1中可能看到它的相对于巨细——体积抵达1000立方米,加压体积逾越A380。咱们还开拓出全新的碳纤维矩阵,而且比从前的任何工具都更坚贞,在深冷形态下的功能也空前强盛,可能贮存1200吨液氧。

SpaceX开拓的深冷液氧罐

咱们乐成测试了深冷液氧罐的妄想压力,还在此根基上更进一步。咱们想知道它会在何种情景下裂开,咱们乐成地做到了这一点。它向上飞了约莫300英尺(约合100米),而后着落在海里,咱们把它打捞了进去。如今,对于若何制作能盛放高温液体的巨型碳纤维氧气罐的措施,咱们已经有了短缺清晰。这对于制作轻型载人飞船来说简直极为紧张。

“猛禽”火箭引擎测试

下一个关键因素便是火箭引擎。咱们必需造出颇为高效的火箭引擎,而咱们以为“猛禽”将是有史以来推力份量比最高的火箭引擎。咱们已经在42次“猛禽”主引擎测试中累计熄灭1200秒,最长一次不断100秒的光阴。它还可能不断熄灭逾越100秒——这取决于测试燃料罐的巨细。在火星上着陆的不断熄灭光阴约莫是40秒。“猛禽”测试引擎当初可在200个大气压下运行,飞翔引擎则可接受250个大气压,咱们信托随着光阴推移,最终可能会接受逾越300大气压。

不断美满增长着陆零星

再下一个关键因素即是增长着陆(propulsive landing)。为了能在月球这样不大气层、也不跑道的中间着落,或者是在火星高着落(大气太冷漠,纵然下面有跑道,牢靠翼飞机也无奈清静着落),咱们也必需要具备欠缺的增长着陆零星。

咱们已经在“猎鹰9号”火箭上测试了增长着陆。在我做本次陈说以前,SpaceX已经16次乐成着陆。“猎鹰9号”的最终着陆总是运用繁多引擎实现的——假如有了BFR重型火箭,咱们便将不断具备多引擎能耐。假如你能在单引擎情景下实现颇为高的坚贞性,而且还可能运用两个引擎中的任何一个着陆,那末我以为咱们可能实现媲美最清静的商用客机的着陆坚贞性。

“猎鹰9号”乐成实现增长着陆

“猎鹰9号”也可能实现高精度着陆。事实上,咱们信托之后的精确度已经饶富高,致使不才一个版本中再也不需要着陆架。

发射率

当你子细思考在火星、月球或者其余中间建树自食其力的假寓点时,你最终需要数千艘太空船以及上万次燃料加注行动。这象征着,你天天必需保障一再发射。在合计太空船起降时,你需要做到争分夺秒,而不是去魔难日历。因此,尽管凭证老例尺度SpaceX发射率已经至关高,但与最终需要的发射率比照,依然很低。

当初为止的发射率以及2017/2018年预期发射率

交会与对于接

自动交会与对于接同样是一项至关紧张的技术。为了在轨道上为太空船加注燃料,你必需可能与太空船妨碍高精度交会对于接,而且还要确保增长剂的清静加注。正由于如斯,咱们在不断对于“龙”飞船的相关技术妨碍美满。“龙1号”飞船将可能实现自动交会与对于接,不需要国内空间站中的宇航员妨碍任何操控。

“龙1号”飞船当初运用加拿大机械臂(Canadarm)与国内空间站对于接。“龙2号”飞船将于2018年发射,它将再也不需要运用加拿大机械臂,而是直接与国内空间站对于接,而且全部对于接全程都无需宇航员辅助。你惟独按下“go”按钮,它就会妨碍对于接操作。

“龙”飞船还让咱们不断美满热屏障技术。当飞船高速进入大气层时,它简直会消融任何工具。流星之以是不抵达地球,原因便是它们在抵达地面以前就被消融或者分解了,除了非它们的体积颇为大。咱们必需开拓出先进的热屏障技术,以便能接受难以信托的高温——这是咱们不断在美满的一项技术,也是任何行星殖夷易近零星的紧张组成部份。

运载火箭演化历程

“猎鹰1号”

“猎鹰1号”是咱们所有太空探究使命的尽头。良多人最近才风闻SpaceX,以是他们可能以为“猎鹰9号”以及“龙”飞船是凭空泛起的,但事实并非如斯。咱们的团队在最后组建时惟独多少总体,而且不知道奈何样造火箭。我之以是成为SpaceX首席工程师或者首席妄想师,原因不是我想担当这种脚色,而是由于招不到人。

不人违心退出其中,我只好勉为其难,发挥这种熏染。我搞砸了前三次发射——三次发射都失败了。侥幸的是,第四次发射乐成了,那次发射耗尽了咱们为“猎鹰1号”筹集到的最后一笔钱,假如不发射乐成,SpaceX的运气惟恐会被残缺修正。专神思的是,明天是第四次发射的九周年留念日。在有人揭示我以前,我并未意见到这个差距艰深的日子,简直让人感动不已经。

“猎鹰1号”是一种小型火箭。在开拓“猎鹰1号”的时候,咱们真的在想:“咱们能送入地球轨道上的最小实用载荷是多少多?”咱们以为,将约莫半吨重的物体发射到近地轨道,理当是没下场的。这偏偏便是“猎鹰1号”的实用载荷,与“猎鹰9号”比照,它的尺寸真的很小。

“猎鹰9号”

详细到实用载荷,“猎鹰9号”比“猎鹰1号”多出30倍。“猎鹰9号”已经可能一再运用主助推器,后者也是火箭中最高尚的部份。幸好,“猎鹰9号”不久也将可能一再运用整流罩,即火箭的前锥体。咱们以为,“猎鹰9号”火箭有70%到80%的部份可能一再运用。

猎鹰重型火箭

咱们愿望能在往年年尾时发射猎鹰重型火箭。事实上,这种火箭比咱们最后想象的要重大。听起来,发射猎鹰重型火箭彷佛很简略,由于它是两个“猎鹰9号”第一级与作为助推器的中间第一级绑在一起的。但实际上并非那末轻松,除了下面级,咱们不患上不重新妄想其余所有部份,以削减实用载荷。猎鹰重型火箭比咱们预料的更新,以是咱们花了更持久才开拓实现。但助推器如今已经由测试,它们正在被运往卡纳维拉尔角的路上。咱们如今开始起劲开拓BFR重型火箭。

从左至右分说是“猎鹰1号”、“猎鹰9号”、“猎鹰重型”火箭以及BFR重型火箭

BFR

从图6可能看出,BFR以及其余运载火箭的实用载荷差距颇为清晰。BFR是一种可残缺一再运用的运载火箭,在不经由轨道燃料加注的情景下,咱们预期它可能将150吨的实用载荷送入近地轨道。比照之下,猎鹰重型火箭的实用载荷约为30吨,而且惟独部份组件可一再运用。这在很大水平上组成为了重大的老本差距。

“猎鹰1号”、“猎鹰9号”、“猎鹰重型”火箭以及BFR重型火箭的实用载荷(单元:吨)

BFR简直是一种颇为重大的运载火箭,主体部份直径约为9米,助推器由31台“猛禽”引擎驱动,可发生约5400吨推力,将4400吨重的火箭笔直升起。

BFR飞船概述

BFR飞船主约48米,毛重约为85吨。从技术上讲,咱们在妄想时BFR飞船是75吨,但品质削减是不可防止的使命。这艘飞船将可能照料1100吨增长剂,发射时实用载荷为150吨,返回地球时实用载荷50吨。你可能把它想象成是“猎鹰”火箭下面级与“龙”飞船的散漫物。

在图7,你可能看到BFR飞船前面的引擎部份、中间的增长剂舱以及前面的实用载荷舱。实用载荷舱实际上有8层楼那末高。事实上,你可能将一大堆“猎鹰1号”火箭放入BFR实用载荷舱。与我上次揭示的妄想比照,巨匠会看到BFR火箭前面有个小三角翼,它可能扩展BFR飞船的用途。

凭证你是着陆仍是进入行星或者卫星是否有大气层(分为不大气层、冷漠大气或者浓密大气层等三种情景),以及凭证你重返地球时前面是否有实用载荷(不实用载荷、有大批实用载荷、有大批实用载荷),你必需在火箭重新进入大气层时坚持失调。火箭前面的三角翼可能让咱们操作俯仰角(pitch angle),尽管在最前端有差距的实用载荷或者大气密度。咱们尽管纵然防止运用三角翼,但它是需要的装置,可能增强飞船的能耐,这样它就能在太阳系的任何中间着陆。

BFR主体部份

BFR货物/客舱区

BFR货物区的压力体积为825立方米,逾越了A380的增压地域。BFR可能照料巨量实用载荷。在探究火星的使掷中,你在事实情景下至少需要3个月光阴,致使至多6个月光阴,以是你可能需要小舱室而不光仅是一个座位。这种情景下,BFR将由40个太空舱组成。假如在每一个太空舱能塞下五六总体,那末会装良多人,但我以为大少数情景下每一个太空舱只会装2到3人,概况每一次将100人送入火星。BFR下面有中间贮存区以及厨房,以及提防太阳风暴侵袭的地域以及娱乐区,我想搭乘BFR妨碍太空游,会是一种美不雅的体验。

BFR主体

BFR飞船主体也是增长剂地址的位置——增长剂由经由冷却的甲烷以及氧组成。当你把甲烷以及氧气冷却到确定水平的时候,它们的密度会大幅削减,增幅可达10%到12%,这对于增长剂有很大影响。咱们估量BFR飞船将照料240吨甲烷以及860吨氧气。当飞船着陆的时候,方位可能会爆发很大的变更,可是你不能让增长剂在主油箱里到处晃动,你必需有可能精确地给主引擎供电的扩油器,也便是在图7中看到的浸泡在燃料箱中的工具。

BFR引擎

BFR飞船引擎由四台真空“猛禽”引擎以及两台海平面引擎(sea-level engine)组成。这6台引擎都有万向支架衔接。高缩短比(expansion ratio)的引擎具备相对于较小的万向架规模以及较慢的万向失调率。而两台中间引擎都有颇为高的万向架规模以及颇为快的万向失调率。你可能用两台中间引擎中的一个来实施着落。

当BFR着陆时,会有两台引擎熄灭,假如两台中间引擎中的一个熄灭失败,它将可能乐成地依靠另一台引擎着陆。每一台引擎中都有很大的冗余度,由于咱们愿望着陆危害尽可能挨近于零。海平面引擎在海平面上约莫有330比冲(ISP),下面级引擎是375比冲。随着光阴的推移,有可能在5到10秒内削减特定的脉冲,同时太空舱压力会削减50个大气压摆布。

BFR引擎

BFR加注燃料

为了加注燃料,两艘飞船的尾部将妨碍对于接。它们运用的是相同的对于接界面(mating interface),在飞船发射升空时与助推器衔接。咱们将会一再运用对于接界面,一再运用增长剂填充线。为了传输增长剂,全部历程颇为重大——运用操作助推器,让你想要排空燃料的方位减速。假如你朝着这个方位减速,助推剂也会朝着那个倾向行动,你就能很简略地将增长剂从油箱传输到飞船。

火箭功能

图9向咱们简陋揭示了火箭功能——“猎鹰1号”的实用载荷为半吨,BFR重型火箭的实用载荷可抵达150吨。我以为很紧张的一点是,BFR比“土星5号”运载火箭还强盛,而且可一再运用。但更紧张的是,发射老本更低。

火箭将实用载荷送到近地轨道的能耐。BFR的实用载荷能耐逾越“土星5号”运载火箭,而且可能残缺一再运用

当你合成这些火箭的边缘发射老本时,秩序就颠倒以前。乍一看可能很可笑,但事实并非如斯。飞机也是如斯。假如你买了一架小型单引擎涡轮螺旋桨飞机,可能破费150万到200万美元。而从美国加州到澳大利亚的747往返包机需要50万美元。单引擎涡轮螺旋桨飞机致使无奈抵达澳大利亚。因此,像747这样残缺一再运用的巨型飞机,其老本是小型飞机的1/3。

有些时候,你必需制作整架飞机。也有些时候,你惟独给飞机加注燃料。使人感应纵容的是,咱们费精心力造出这些重大的火箭,但每一次飞翔都市坠毁。我无奈夸张可一再运用是何等紧张,但我每一每一被见告,“假如你让它具备可一再运用性,即可能取患上更多的实用载荷,”我招供,“假如你把升降架、襟翼以及着落伞卸下来,你还可能从飞机上患上到更多的实用载荷。但此举是纵容的,你可能卖不进来一架飞机。因此,可一再运用性相关于是紧张的。”

发射老本:由于残缺可一再运用,BFR每一次发射的边缘老本都最低,尽管其实用载荷远远高于现有火箭

加注燃料的价钱

如今,我想谈谈轨道加注燃料的价钱,这一点也黑白常紧张的。假如你只让BFR飞船飞到轨道,而且不加注燃料,这是至关好的。你可能将150吨实用载荷送到近地轨道,却不燃料去其余任何中间。

可是,假如你将油箱送入轨道并加注燃料,你就能重新加满油箱,而后再把150吨实用载荷运送到火星。假如油箱具备很高的可一再运用性,那末你惟独支出增长剂的用度——氧气以及甲烷的老本都颇为低。假如这所有你都可能应答,那末在轨道为飞船加注燃料的破费很少,你可能将150吨实用载荷送入火星。以是,自动对于接以及轨道加注燃料黑白常紧张的使命。

为BFR筹集资金

再次回到“咱们若何给这个系统筹集资金?”的下场。这简直是一个意思深远的下场——我不会称之为突破,而是想要实现的使命——假如咱们能修筑一套能运用自有产物的零星,让咱们的自有产物变患上过剩,那末咱们所有的资源都可能运用于一套零星,不论是“猎鹰1号”、“猎鹰9号”、“猎鹰重型”火箭,仍是“龙”飞船。

咱们有些客户是激进的,他们愿望看到BFR一再飞翔,而后威力够耽忧发射。以是,咱们的妄想是同时制作“猎鹰9号”以及“龙”飞船,给客户抉择的余地。假如他们想运用旧火箭或者旧飞船,他们可能这样做,咱们有良多火箭库存。可是,咱们所有的资源都市转向BFR制作;咱们信托,咱们可能经由发射卫星以及为空间空间站效率取患上支进去实现这一目的。

卫星

直径达9米的新一代巨型运载火箭着实是太大了。实际上,咱们简直可能把直径近9米的工具送入轨道。好比,假如你想制作新一代“哈勃”望远镜,你可能发射10倍于之后“哈勃”概况面积的整块镜片,而再也不需要折叠。你还可能发射大批小型卫星,到处群集旧卫星概况整理太空剩余,这可能是咱们未来要做的事。

地球轨道上的卫星

国内空间站

凭证妄想,BFR也可以为国内空间站提供效率。我知道,相对于国内空间站来说,BFR看起来有点儿大,可是航天飞机看起来也很大,以是巨细并非下场的关键。BFR将可能接手“龙1号”飞船向国内空间站运送补给的使命,也可能替换“龙2号”飞船运送水手以及货物。它致使可从前往更远的中间,好比月球。

与国内空间站对于接

登月使命

建树月球基地

凭证合计,咱们实际上可能实现上岸月球概况的使命,纵然月球概况无奈破费增长剂。假如咱们在高椭圆轨道上为飞船以及油箱做个高椭圆形的停泊轨道,咱们就能一起飞到月球,而且无需在月球上填补增长剂即可返回。我以为这将有助于建树月球基地或者某种卫星基地。

登月使命

火星

成为多星球物种,比成为繁多行星物种更紧张。咱们将从发射火星探测器开始这一使命——在火星上,飞船显明会着落在充斥岩石或者灰尘飞腾的地面上。

火星运输零星

这以及我之条件到的措施同样,便是把飞船送入轨道,重新加注燃料,直到加满燃料,而后再飞到火星并着陆。对于火星使命来说,你需要在火星概况破费增长剂。火星上有含二氧化碳的大气层以及大批水冰,这会给你带来CO2以及H2O,进而接管某种工艺来天生CH4以及O2。我理当夸张一下,从临时来看,这个历程也可能在地球上实现。

无意,我会听到一些品评的声音:“为甚么你在火箭里运用燃料,却又在制作电动汽车?”我也愿望能造出电动火箭,只是如今还不可。从临时来看,你可能运用太阳能零星从大气层中提取二氧化碳,并将其与水散漫,给火箭制作燃料以及氧气。咱们在火星上可能做这样的使命,未来在地球上也可能。

火星运输零星

与月球相似,你也可能上岸火星,但随手之处在于,咱们需要在火星上修筑增长剂补给站,重新为燃料箱加满燃料从前往地球。由于火星的重力比地球要低,以是你不需要增长器——你可能运用飞船从火星概况不断飞到地球概况。你返回返回时需要的最大实用载荷为20到50吨。

进入火星大气层

若想在火星概况上岸,飞船进入火星大气层的速率必需颇为快,每一秒抵达7.5公里。对于火星来说,其大气层会烧蚀隔热罩,这有点儿像刹车垫逐渐磨损。它是个多用途隔热罩,但与地球探测使命差距的是,它的热度足以让你看到隔热罩泛起磨损。

在火星上岸

由于火星有大气层,纵然不是特意浓密,你也可能从空气能源学上移除了简直所有能量。咱们已经用“猎鹰9号”一再证明了超音速反增长(retropropulsion)技术,以是咱们对于此并不耽忧。

火星使命目的

咱们的目的是在2022年实现第一次火星货运使命。咱们已经开始修筑这个零星,主燃料罐的制作使命已经启动,相关配置装备部署也在修筑中,咱们将在明年第二季度开始修筑第一艘飞船。因此,咱们有望在6到9个月内开始修筑这艘飞船。我信托咱们能实现这艘飞船的修筑,并豫备在5年内发射。对于我来说,5年彷佛很简短。在这段光阴内,资源理当可能知足这个光阴框架,纵然不能知足,我想很快也会实现。地球与火星的运行轨道约莫两年同步一次,以是每一两年就有一次飞往火星的机缘。

火星使命初始目的

接下来是2024年,咱们想要发射四艘飞船返回火星,其中搜罗两艘载人飞船以及两艘货运飞船。第一个使命的目的是找到最佳的水源地,第二个使命的目的是修筑增长剂工场。届时,咱们在火星上将有6艘飞船,有饶富的物资建树增长剂工场,搜罗大型太阳能电池板,而后妨碍采矿以及传染水,取患上大气层中的二氧化碳,而后制作以及存储深冷甲烷以及氧气。

火星基地

火星基地最后可能只是一艘飞船,而后是多艘飞船,接着咱们开始在火星上修筑都市,并不断扩展都市规模。随着光阴的推移,在咱们的不断刷新下,火星将成为一个适宜人类生涯的中间。

火星基地建树步骤

这是一幅至关详尽的场景。在火星上,天空在平明以及清晨时是蓝色的,在白昼则是红色的,地球则偏偏相同。

火星假寓点

地球运输

再谈一谈此外工具。假如你修筑了一艘可能抵达火星的飞船,假如你想乘坐这艘飞船从地球上的一个中间飞到另一个中间,那又会奈何样样呢?咱们合成了这件事,服从颇为幽默。

地球主要都市光阴比力

地球飞翔

在地球上运用BFR零星,咱们可能以每一小时2.7万公里的速率行驶。在最后的着落历程中,增长着陆会变患上颇为紧张。大少数人以为的短途遨游将在不到半小时内实现。太空遨游再也不是迷信妄图,纵然你并吞了地球大气层,也不会有任何不适感,不湍流。假如咱们能乐成修筑这种飞船,用以探究月球以及火星,那为甚么不去地球上的其余中间呢?(编译/清辰)

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