“矽谷Iron Man”下週有大動作:公佈自己詳細的“火星計劃”

愛範兒 於 25/09/2016 發表 收藏文章

看完標題,你絕對會想:“‘矽谷Iron Man’Elon Musk 這是又要開始“吹牛”了麼?”

根據 The Verge 報道,下週二 9 月 27 號, Elon Musk 就將解釋一個大家疑惑了很久的問題:他究竟打算在接下來幾十年內如何實現其殖民火星的計劃?這也是他堅持了非常多年,並且一直為之努力的目標,但從未描述其中的細節。

所以,這究竟是 Elon Musk 日常刷屏系列 or 一個真正會改變人類的偉大計劃?

為什麼殖民火星?


圖片來自 Earthspacecircle

地球作為目前人類已知唯一存在生命體的星球,孕育出了人類這樣擁有智慧的高等生物。這也與地球本身所具有的一系列特性直接相關:有一顆提供能量的太陽、與太陽保持適當的距離、引力大小合適、有月球作為衞星、會自轉等等。而且人類至今仍未能夠找到一顆與之相近的、適合人類直接遷移居住的星球。

總而言之,這顆藍色星球既是人類的起源之地,同樣也是人類目前生存下去的最重要依仗。

但即便人類能夠現在就找到“第二個地球”,還需要面對另外一個問題——“宇宙飛行”。由於火箭運載能力、宇宙飛行路徑等一系列原因,從一個星球到另外一個星球往往要花非常長的時間。


圖片來自 Appledaily

最終的結果是,人類不得不優先考慮在鄰近的星球中尋找一個人類能夠利用科技手段改造、適應的生存環境。就目前來説,最佳目標就是火星。

具體的條件分析可以在 Wikipedia 中找到,而人類本身也對“殖民火星”做了相當多的探索,各種探測器、無人車都在嘗試為人類掃清登錄火星的障礙。而多次探索也讓人類對火星有了非常多的了解,去年 9 月甚至找到了“火星曾經存在液態水”的強力證據。

但這些成果實際上距離人類在火星上成功殖民仍有相當距離。因為殖民的最終定義是“人類能夠長久在火星上生存”。其中最重要是“擺脱”對地球的依賴。

所以人類殖民幾乎必然的分成幾個階段:“人類登錄火星—火星長期居住—擺脱對地球的物資依賴”。

殖民火星,需要解決什麼問題?


圖片來自 NASA

目前來看,重中之重依舊是運載能力,也是 SpaceX 一直努力的方向。

雖然火星能夠作為人類的居住地,但是依舊停留在“勉強”能住的程度上。如何解決宇航員前往火星的生存問題?如何解決宇航員在火星表面住所的問題?如何利用火星的資源?這一系列問題依舊反映出人類對地球環境的依賴。

在人類在火星表面掌握這一系列問題的答案之前,人類只能繼續依靠來自地球的資源,並且需求量相當大。這也就對“地球 to 火星”的運載能力產生了非常大的挑戰。

雖然火星距離地球在天文距離上來看已經非常近,但是因為地球和火星各自公轉速度不同的原因,依然存在經濟性最佳的發射“窗口期”。同時,由於單個火箭尺寸始終存在相對的極限,單次的運載能力並不能無限放大。


圖片來自 Gizmodo

最終我們只有一個解決方案:用火箭的發射次數,替換掉單次火箭的負載能力。這種方案早在美國進行登月計劃之初,就已經由“火箭之父”德國人馮·布勞恩提出。

當然,這些分次發射的火箭也不一定需要“單獨”前往火星。而是像電影《火星救援》中那樣,先行在近地軌道中建立一個空間站,當物資累計到一定程度之後一次性前往火星。

多次發射的問題自然是成本,而能夠回收第一級火箭的 Space X 自然最有優勢。根據之前的報道,SpaceX 能夠回收這個特性最高甚至能夠將火箭發射成本降低 70-80%。這也意味着在同樣預算下,你能夠將 4-5 倍物資搬運到太空之中。

但這也不妨礙火箭“往大了做”,以人類歷史上製造的最大火箭飛行器(1967-1972)——土星 5 號為例,其近地運載能力為 119 噸、月心軌道運載能力為 45 噸。據此估計,火星的運載能力進一步縮水之後也只能接近 40 噸(好在宇宙飛行只有改變姿態的時候比較消耗燃料)。


圖片來自 Marsforthemany

雖然 40 噸看起來很多,但即使是上世紀 60 年代的阿波羅登月艙自重已經達到了 37 噸左右(指令倉 15 噸、登月艙 12 噸)。而它只能完成簡單的火星表面停留而已。攜帶提供其他資源的能力非常有限。

而 SpaceX 已經在研製更大尺寸的 Falcon Heavy 火箭。負載能力有望比現有的 Falcon 9 火箭提升 4 倍。在添加助推火箭的同時依舊保持了回收第一級火箭的能力。

除了尺寸更大,Falcon Heavy 的核心——火箭發動機&燃料也有所改變。從現有的 Merlin 引擎改為 Raptor 引擎,同時使用甲烷作為燃料。而甲烷則可以通過二氧化碳和氫氣重新合成,同時副產物只有水,非常適合火星表面的環境。

不過火箭也不是全部,比如之前 Falcon 9 曾經運送到國際空間站(ISS)上的一件貨物——BEAM(Bigelow Expandable Activity Module)太空艙。它在使用之前處於“壓縮”裝填,在充氣之後膨脹並且擴大體積,相比傳統的太空生存空間可以大幅降低重量。
宇航新紀元:民間主導


在愛範兒(微信號:ifanr)更早的一篇文章《SpaceX 再次失敗,但是人類的宇宙夢卻更近了》中,我就曾經提到過“民間力量主導未來宇宙發展”這一新趨勢。

回顧人類上一次太空開發浪潮,主導力量實際是超級大國之間的科技競賽和對抗,最終換來了其中一個超級大國的瓦解。當然蘇聯自身還有其他很多問題,但太空探索實在“太敗家”了。這也是為什麼至今,只有極少數國家能夠負擔得起太空探索的成本。

但是隨着創新企業的興起,以及資本力量對於更高回報率的追逐,很多前沿宇航探索已經發生了非常大的變化。比如 SpaceX;主攻天空旅遊的 Blue Origin;研發離子引擎的 Accion Systems;通過微衞星不斷更新地球數據的 Plane Lab 等等。

毫無疑問,Elon Musk 依舊是走在這一批創新者最前列的人。即便諸多麻煩纏身,也從未放棄自己最初的理想。正如他自己所説:

引用我只是覺得這些事應該要去做,而且我不想苦等別人來實現。

下週二,愛範兒(微信號:ifanr)也將對 Elon Musk 的具體計劃持續關注,並且為大家帶來第一手深度報道。

題圖來自 Chuansong


資料來源:愛範兒(ifanr)

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