馬斯克外星殖民計畫曝光:坐火箭瞬時穿梭地球,5 年後登陸火星

作者 | 發布日期 2017 年 10 月 02 日 15:00 | 分類 天文 , 尖端科技 , 航太科技 follow us in feedly

在地球上,黎明和黃昏是紅色的,白天是藍色的。

在火星上,正好相反:黎明和黃昏是藍色的,白天是紅色的。



如果我告訴你,最快 7 年後,人類就可以親眼見到火星的黎明和黃昏,你會相信嗎?

我說的你可以不信,但如果說這話的人是馬斯克(Elon Musk)呢?

去年,馬斯克代表創立的 SpaceX 首次宣布火星殖民計畫「Making Life Multiplanetary」(讓人類成為多星球物種)。

而在美國時間 2017 年 9 月 28 日,SpaceX 的第一枚火箭獵鷹 1 號首次成功發射的 8 週年紀念日,馬斯克向世人宣告:火星殖民計畫的初步藍圖已設計完成。

首先:如何飛到火星?

SpaceX 已設計出能登陸火星的火箭。

它的名字:BFR。

它的全名:Big Fucking Rocket。

它是 SpaceX 迄今體型最大的火箭,遠超過現役的獵鷹九號(Falcon 9)和已建好但還未試飛的獵鷹重型(Falcon Heavy)火箭:

BFR 的高度為 106 公尺,直徑達 9 公尺,和已退役的世界最重火箭土星五號(Saturn V)相比稍小一圈。

但得益於 SpaceX 的推進技術,使用完全可回收的規格,並在不在軌道加油的條件下,BFR 最大起飛載重比土星五號還要多,足足達 150 噸。目前的載人規格有 50 個客艙,每個可以裝 2~3 人,即總共 100~150 人一枚火箭。

如果能造出並試飛成功,BFR 將成為目前最大的現役運載火箭。

等等,剛才說什麼,軌道加油?

是的,就像戰鬥機,BFR 也可以在空中加油。

作業方式是這樣:第一枚前往火星的火箭升空飛向大氣層,一級完成工作,脫離並開始回收;二級,也就是 BFR 飛船本體,將繼續飛行並進入待機軌道;與此同時,另一枚 BFR火箭為「加油機」升空,同樣一級回收、二級繼續飛行。

接下來就是見證奇蹟的時刻:兩枚火箭的二級都會熄火,並在待機軌道上對接;「加油機」使用推進器將足額燃料送入第一枚火箭:

加油完成後,「加油機」傳回地球回收;重新裝滿燃料的第一枚火箭開啟或長達數個月的火星遠航工作。

這樣設計的原因在於,起飛階段克服地心引力耗用大量燃料,儘管進入太空後真空並無阻力,但在臨近火星時調整姿態,以及降落火星都需要很多燃料,必須加油才夠後續使用。按照理論,軌道上加滿油後,BFR 第二級可飛往火星、降落,並載重最多 20~30 噸再次起飛、重返地球並安全落地。

因此,馬斯克對火星殖民專案的預想中,軌道加油是非常重要、必須有的功能。

BFR 採先進推動系統,二級/飛船上也有一片三角翼,用來輔助調整姿態和穩定起飛、降落。降落部分馬斯克在演講時展示模擬的落地海拔-速度軌跡。由於火星大氣相對濃密,降落過程中 99% 動能可透過空氣動力學消除,飛船整體上非常節約燃料。

馬斯克透露,目前 SpaceX 已開始興建 BFR 火箭的製造工廠,並已訂購燃料罐等零件的生產裝置。

講完了火箭和怎樣去火星,馬斯克接下來開始講計畫中到火星之後的部分。

第一步:

探測風險、完成基礎建設

火星的一天(太陽日)時間和地球較接近,大約 24 小時 39 分半;季節更替也和地球類似,但因軌道遠多了,一年時間較長,大約 1.88 倍地球年,季節也長一倍。火星有大氣,但比地球稀薄;以前的火星車觀測結果也指出,火星可能有冰。這是火星和地球相似的地方。

但火星和地球相異的地方更多,大部分動植物都無法生存,氣溫常年低於 0°C,最冷時達零下 87°C;大氣無法阻擋太陽輻射、氣壓極低、二氧化碳濃度極高……火星可能是太陽系最適合殖民的行星,但仍是一顆人類和其他動植物生存極為困難的星球。

因此,SpaceX 計劃首批發射兩枚火箭,不載人,只攜帶探測裝置及基礎設施,包括太陽能電池板、採礦裝置和生命維持裝置,使用自動化程式、機器人先期「踩點鋪路」。兩枚火箭預計於 2022 年,也就是 5 年後發射。

這兩枚火箭的最重要工作是確定水資源和火星環境對人類生存的危害程度,以便調整後續前往火星的載貨、載人工作。

第二步:

燃料工廠、建造基地

按照地球和火星的公轉情況,火星遠航每兩年會有一個相對合適的發射視窗。若 BFR 火箭第一批工作進展良好,SpaceX 會在兩年後的 2024 年發射第二批 4 枚火箭,其中兩枚載人、兩枚載貨。

去年,馬斯克演講說:「面對死亡,你準備好了嗎?如果準備好了,那你才可以成為首批上火星的地球人。」這不是一句玩笑話,因為重點不在於誰首先登陸火星插上人類旗幟,而在於首批上去的人類能否克服千難萬險,建立一個自給自足的生存系統,成為今後人類在火星的文明基石。

燃料工廠將是這次工作的重要專案之一。火箭將攜帶大量太陽能板和必須的製造裝置,人類會在火星上建立第一個燃料工廠,抽取火星大氣中豐富的二氧化碳並嘗試生產火箭使用的低溫液態氧甲烷燃料。

另一個重要專案是建立一個基地。

先是一兩枚火箭,一個基地。然後會有更多火箭著陸/發射點,圍繞基地建造更大的城鎮,甚至城市……當然,一切的前提是首批降落在火星的人能活下來。

最後再讓我們看一次火星的黃昏:

如果人類真的到了火星,將會是這樣:

以及這樣:

距離人類能親眼目睹藍色的黎明和黃昏,可能只需 10 年不到。偉大如登陸火星的人類創舉,能在有生之年親見。

只想說,科技真美好……


火星殖民計畫暫告一段落。

但馬斯克還有 One More Thing。

我的火箭都能到火星了,為什麼不用它飛去地球其他地方呢?

隆重介紹:

BFR 穿梭地球版。

飛機是目前地球最快的交通工具,但幾年後可能就會被 BFR 取代了。

SpaceX 展示的影片裡,乘客先從城市的港口登上渡船,前往位於海上的發射平台,登上 BFR。

火箭發射、升空、脫離大氣層、重返大氣層、降落……

想像從紐約到上海,15~20 小時的飛行,如果坐 BFR,時速高達 27,000 公里,只要 39 分就到了。

事實上,大部分洲際長途航線,坐 BFR 的時間都只需半個小時左右;地球隨便一個角落,只要起飛降落條件允許,都不會超過 1 小時。

這是因為 SpaceX 的火箭反推式回收機制,使 BFR 有充分可能成為民用航空交通工具。且火箭大部分行程在大氣層外,沒有空氣阻力,沒有天氣影響。

另一個重要的原因是,可重複利用的 BFR 火箭升空成本低。原因可能在於零件可重複利用率高。對比來看,獵鷹 9 號的零件可重複利用率達 70%~80%,馬斯克預計可回收重複利用的 BFR 升空成本比獵鷹 9 號( 約 3,700 萬美元)更低,這意味著 BFR 的零件可重複利用率可能更高,從目前有限的資訊來看幾乎是 100%。

但別想著你能坐火箭隨便出去玩,因為票價會貴到你高攀不起。

就算 BFR 全球航線和常態化升空降落機制完善,成本進一步降低。就按獵鷹 9 號的 3,700 萬美元計算,假設削減一倍左右到 2,000 萬美元,加 40% 的利潤率,一次起飛要 2,800 萬美元。如果滿載 150 人,每人費用還是達近 18.7 萬美元,並不是一場說走就走的旅行。

更別提你能承受起飛時十幾個 G 的重力加速度嗎?

(本文由 PingWest 授權轉載;首圖來源:SpaceX)