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本文作者——孔新|环球时报武器航天特约撰稿人
马斯克编了十多年的移民火星大梦,终于骗不下去了!
2月7日,马斯克发帖证实,自己打算暂停火星计划,全力投入载人登月计划,争取在2027年3月实施星舰的第一次无人落月。
2月9日,马斯克再次发帖,详细说明了SpaceX此次180度大转弯的细节。
他说,如果要在月球上建立城市,理想情况下只需要10年就能实现;但如果去火星,则需要20年以上。所以,不去火星了。
不是,说好的百万人口移民火星呢?怎么说变就变了呢?这让SpaceX的狂热粉丝们情何以堪?之前的“人类之光”还怎么圆?
评论家们普遍认为,这是NASA和马斯克被中国载人登月计划逼出来的决策。虽然中国的计划表锁定2030年登月没有动摇,但NASA到底会提前还是落后,有着很大的不确定性。马斯克的表态,让美国航天的拥趸们看到了一点希望。
(星舰登陆月球的想象图)
从某种程度上说,马斯克的这个表态暴露了他的真实想法。多年来,马斯克一直在渲染人类应该成为多星球种族,火星才是他想去的地方,为此,马斯克甚至提出了单程去火星的签名活动。
对于载人登月球并且建立月球基地,马斯克一向是嗤之以鼻的。(现在看来,全是装的。)
但是前往火星的难度非常大。迄今为止人类最大的成就,也不过是把一吨多重的火星车降落到这颗红色的星球上,用旋翼机在稀薄的火星大气中实施了短途飞行。这当然是人类工程科学的伟大成就,但是距离载人登陆火星,还隔着一个天涯。
(PPT画的漂亮,现实真打脸)
按照美国航空航天局的测算,即使采用超重型火箭,要想把宇航员送到火星上,也不是那么容易的事情,先要动用货运版的超重型火箭,把物资和给养送到火星上,然后发射一枚载人火箭,把宇航员送上奔往火星之旅。
他们要在火星上待两年左右的时间,才会等到下一个时间窗口返回地球。这样一趟旅行的花费超过5000亿美元。
因此,马斯克在讨论火星问题的时候,多数时间只是抛出一些概念性的ppt,比如用十几艘龙飞船并排在一起,构成火星居住区;又比如描绘星舰垂直降落在火星表面。
但前往月球就不同了,美国政府已经连续三届执行阿尔忒弥斯计划,登月的预算,计划和架构都是客观存在的事物。
马斯克当然不会放过这样一个近在眼前的赚钱机会。
(加油版、货仓版和着陆器版的星舰)
早在2019年,马斯克已经独家拿到了月球着陆和上升飞行器的合同,价值29.4亿美元。如果说29亿美元已经是一笔天价合同,那么今后几年等着马斯克的就是一场黄金海啸。
2025年底,马斯克全力举荐的贾里德-艾萨克曼终于出任NASAS局长。
两个人虽然尽力撇清关系,但他们至少可以称之为志同道合的伙伴。如今一个在官,一个在商,马斯克在NASA登月大计中的发言权大幅度提升,自然就可以把用来作秀的火星飞行计划顺势取消。
(星舰反推落月的想象图)
其实站在NASA的立场上,把阿尔忒弥斯计划主体交给马斯克也是没有办法的事情。按照计划,NASA应当在2月初发射载人环月飞行的2号任务,但是因为液氢泄漏而被迫推迟到了3月。即使3月的发射能够成行,要想在3号任务真正登上月球,还是要先解决着陆器的问题。
目前马斯克是唯一的着陆器承包商,友商们的报价比他高出一大截、进度只有PPT,NASA也只能选择星舰了。
到目前为止,星舰哪怕在地球上也还没有完成一次垂直着陆。在几次发射当中,它都是降落到印度洋水域,然后拖船带回。作为不载人的型号返回地球的时候,这样做无可厚非。如果要载人前往月球,它就必须用火箭反推的方式,寻找一块平坦的陆地,稳稳当当的降落在上面。月球上没有大气,所以星舰着陆月面的控制逻辑是截然不同的。
(星舰太空加油的想象图)
这马上就带出了我们的下一个问题,马斯克真的能赶在中国前面吗?
按照马斯克所宣布的计划,他打算在2027年3月之前实现一次无人的月球着陆,他留给自己的时间只剩下13个月了,即使按照阿波罗计划期间那种举国体制,这样的时间表也太仓促了一些。
以美国的技术水平,实现月球软着陆是可以做到的。但星舰的体型比较庞大,因此着陆所需要的推力更大,控制上难度略大一些,也不是跨不过去的鸿沟。
真正麻烦的问题是燃料。
星舰是一个庞然大物,它的起降都要消耗大量燃料。这主要体现在几个阶段:
一个阶段是从地球轨道加速脱离地球引力场进入奔月轨道,第二是接近月球的时候减速进入环月飞行的轨道,第三是利用火箭反推减速,向月球表面下降。第四是在着陆的最后阶段精确控制火箭姿态,实现垂直降落。第五,也就是最麻烦的一点,是从月球表面起飞。
在阿波罗任务期间,登月组合体从土星5号运载火箭上分离的时候,重量大概是45吨。其中下降段就此抛弃在月球上,宇航员乘坐的月面上升段重量只有4.7吨。
星舰的空船重量就达到85吨,装满燃料后超过1500吨,打算整体从月球起飞返回绕月轨道。即使只考虑这85吨重量从月球表面起飞,燃料的消耗就远远超过阿波罗。
(星舰作为登月器,非常庞大)
为了解决燃料问题,马斯克的所提出的方法是先发射着陆器进入近地轨道,然后发射更多的星舰为它补充燃料,装满之后,着陆器自行前往月球,在环月轨道上与猎户座载人飞船对接,前往月球表面。探索工作完成之后重新起飞,把宇航员送回等待在月球轨道上的猎户座飞船。
为了凑够一艘星舰起降所需要的燃料,必须发射至少六艘加油星舰与之对接,补充燃料。
谁都看得出来,这个计划过于复杂,极大地增加了风险。
(星舰登月流程极为复杂,涉及多次太空加油)
再考虑到发射猎户座飞船所需要的SLS火箭,美国航空航天局要用8枚超重型火箭才能执行一次月球任务。
我们或许可以打这样一个比方,快递员开着重卡把外卖送到小区门口,业主开着重卡出来拿货,后面还要跟着6辆重型油罐车。
(左边这个庞然大物是登月器,右边那个小的是地月飞船,倒反天罡了属于是)
到这里,我们就能梳理出马斯克尚且没有实现、但在2028年前必须要挑战的难关:
(1)短时间内发射七枚超重型火箭;
(2)太空对接和低温燃料输送;
(3)月球软着陆和重新起飞;
(4)把星舰改造成载人飞行器。
这四关,哪一关都是难出天际线。
2027年3月要实现的可能只是第三关的一半,也就是月球软着陆。会不会涉及太空燃料补加,要看落月的星舰采用什么配置。
要说NASA完全服从马斯克,倒也并非如此。蓝色起源也积极提出了自己的“蓝月”载人登月飞船。但是从目前进展来看,贝索斯只能赶上阿尔忒弥斯5号任务,无法为2028年时间窗口做出贡献。
(蓝色起源的着陆器想象图)
至于中国,比较务实地沿用了阿波罗登月的方案。
从目前披露的影像看,月球下降、着陆和起飞器与阿波罗飞船非常相似。这种路线选择的好处是有成功先例,风险比较小。
缺点是飞船载荷能力小,后续月球基地建设需要重新来过,设计新的货运飞船和运载火箭,还要针对货运飞行计算新的轨道方案。但是考虑到中国此前没有实施过载人登月,这样的方案是稳健的。
(我国揽月飞船)
当然,学习之中也有创新,中国的梦舟飞船采用了可重复使用的设计,与阿波罗飞船相比是一个显著的进步。
对美国而言,现在比较大的风险,并不是中国载人登月计划能不能顺利实施,而是美国会不会重蹈苏联的覆辙——为了赶时间、抢进度而强行把不成熟的方案送上发射台,酿成无法挽回的悲剧。
月球能不能上得去不知道,反正火星美国人是上不去了。
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