NASA 與 SpaceX 新一代火箭競爭,太空發射系統和星艦有何差別?

作者 | 發布日期 2021 年 02 月 05 日 17:08 | 分類 天文 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


為了重新登上月球、甚至去往更遠的星球,NASA 與 SpaceX 正在競相開發新型重型火箭與載人太空船,分別為太空發射系統(SLS)與星艦(Starship)。那麼,這兩種火箭有什麼不同、哪一個更強大?

▲ NASA 與 SpaceX 超重型火箭比較。

SpaceX 星艦

星艦前身稱為大獵鷹火箭(BFR),為 SpaceX 開發中的下一代兩節火箭發射載具,火箭全長 120 公尺,比總長 93 公尺的美國自由女神像還要巨大。第一級助推器是可重複使用的超重型(Super Heavy)運載火箭,高 70 公尺,第二級是也可重複使用的火箭兼太空飛行器星艦(Starship),高 50 公尺,並設計成可垂直起降著陸,也就是說太空人要從外太空回來時,會直接搭乘這艘星艦飛船著陸地球,這是和 NASA 太空發射系統太空船不同的地方之一。

不過,SpaceX 這艘太空飛船的名稱與整體火箭名稱撞名,都叫星艦。

星艦動力來源則為 SpaceX 自主研發生產的猛禽(Raptor)火箭發動機,採用液態甲烷與液氧作為推進劑,燃燒原理是將 2 種推進劑送入燃燒室內混合並點燃,火焰於高壓下產生熱氣,並透過發動機的噴嘴高速排出以產生推力;根據馬斯克在推特上的說法,最終完整版本星艦共將搭載 41 架猛禽發動機作為升空與著陸動力來源——超重型火箭安裝 35 架,星艦飛船安裝 6 架。

發射時,第一級超重型火箭將產生高達 1,500 萬磅的驚人推力,這是 1960~1970 年代阿波羅登月計畫所使用農神 5 號(Saturn V)火箭推力的 2 倍,而農神 5 號是迄今為止人類發射過最強大的運載火箭。

而星艦原型機已如火如荼展開各種測試,比如日前 SN9 原型機進入高空測試,可惜在著陸時墜毀爆炸,走上和 SN8 原型機最終高空測試一樣的歷史。

NASA 太空發射系統

太空發射系統(Space Launch System,縮寫 SLS)則是從太空梭演變而來的運載火箭,全長約 100 公尺,是 NASA 至今設計過最強大的火箭,整體而言與農神 5 號火箭相近,第一節由一個主推進器與 2 個助推進器綑綁組成,發射時推力達 820 萬磅,比農神 5 號高 5%,可以一舉衝上近地軌道(應該離地至少 300 公里)。

在 SLS 火箭主推進器中,帶有超過 330 萬公升的液態氫與液態氧,由 4 台 RS-25 發動機提供動力,與 SpaceX 猛禽發動機的最大差別在於燃料是液態氫而不是液態甲烷。

SLS 的有效載荷(獵戶座飛船/多功能人員酬載艙)則附著在主推進器上方,裝備單個 RL-10 比 RS-25 還要小的發動機提供動力。獵戶座飛船新設計了較大的丙烯酸觀景窗,可以容納 6 名太空人,和星艦飛船最大的不同之處在於,獵戶座飛船沒有機翼和尾翼,因此重新進入地球大氣層後是透過打開降落傘緩慢飄回海上或沙漠,然後等 NASA 來接人,好處是這種設計不需要複雜的氣動外形和防熱系統。

▲ SLS 火箭結構細部分解。(Source:NASA

由於 SLS 火箭許多技術都是取材過去任務設備,儘管沒有 SpaceX 創新,但能大幅減少研發時間——雖然今年 1 月中,SLS 火箭未能通過備受矚目的關鍵引擎熱火測試。但零件並未發生重大損壞,因此 NASA 表示暫無更改設計的考慮。

▲ 各火箭大小與外觀比較。(Source:Thorenn, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons)

(首圖來源:NASA/SpaceX

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