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星舰首飞爆炸,2026年还能登陆火星吗?马斯克的移民梦依赖星舰

2023-05-15 01:27:54 191

摘要:马斯克既是幻想家,也是实干家。他用实际行动向全人类证实了很多别人不敢想的科学实践。下一个等待证实的就是移民火星了,不管能不能在预期的2026年完成载人登陆火星,飞往火星都是非常值得期待的。他真能实现这样的创举吗?我是东城观星,记得关注我,每...

马斯克既是幻想家,也是实干家。他用实际行动向全人类证实了很多别人不敢想的科学实践。下一个等待证实的就是移民火星了,不管能不能在预期的2026年完成载人登陆火星,飞往火星都是非常值得期待的。他真能实现这样的创举吗?我是东城观星,记得关注我,每周跟大家聊聊那些高科技的事情。

2026年载人登陆火星这件事,估计绝大多数理智的人,都不会相信的。毕竟,载人登陆火星的风险太大,充满了不确定性,更何况用来载人登陆火星的工具,还远远没有成熟。但是,马斯克能实现移民火星的梦想,还是有一大批支持者和坚信者的。还有很大一批人不仅坚信马斯克能实现移民火星的创举,更是愿意报名成为第一批火星移民者,哪怕是自费都行。

目前来看,星舰的研发进展和存在的固有缺陷,恐怕很难支撑2026年实现载人登陆火星的创举。且不说超重火箭和星舰组合体第一次发射失利,对后面的进度产生一定的影响。单就第一次发射暴露出来的问题,也是未来能否正常执行深空任务的很大阻碍。

首先,超重火箭存在一定的安全隐患。星舰第一次发射,启动阶段就有个别发动机无法点燃,飞行过程中又有几台发动机陆续出现故障,最终在36km处火箭发生爆炸。虽然爆炸是主动的,但这次爆炸仍然给地面带来了一些损害,这也让美国联邦航空管理局FAA叫停了星舰的后续发射,直到调查清楚事故原因,并评估改进措施是否能有效预防类似事故发生。

据现有信息,发动机故障一方面可能跟火箭的燃料流量控制有关。33台发动机,配套的燃料管路非常复杂,对所有管路做好流量控制并不是很容易的事情,流量控制故障会造成个别发动机无法点火或者中途熄火。虽然超重火箭有一定的动力冗余功能,但如果流量控制出现故障,尤其是因故障造成发动机推力不平衡,会给飞行姿态控制带来很大的难度,甚至可能超出预期。

另一方面,可能跟地面发射台太简陋有关。地面发射台,没有传统的导流槽和冷却水,直接把火焰喷到了地面上。强大的火焰喷流摧毁了一些固定设施,造成石块乱飞,这些乱飞的石块很有可能让个别发动机受损,不管是发动机受损还是管路受损,都是很大的安全隐患。

不管怎样,超重火箭和发射台如果不进一步改进的话,很有可能依然存在安全隐患,对后面的发射带来很大的不确定性。

其次,无论是超重火箭还是星舰,在第一次发射试验规划中,都没有选择垂直回收,而是直接落到海里面。由此可见,整套系统需要改进的空间还很大,第一次发射时,仅仅只是一套半成品,远远达不到最终的状态。即使第一次发射完全成功了,后面需要升级的内容依然有很多。尤其是垂直回收动作是非常复杂的一件事情,绝对不是猎鹰九号已经成功了,超重火箭和星舰就可以直接复制。超重火箭的超大体型、全新的发动机和复杂的发动机布局都决定着回收不会很容易。

当然,星舰的回收更加复杂,星舰需要从两百公里以上的高空返回,速度达到20多倍音速,这样复杂的回收环境,给星舰的回收带来极大的不确定性。星舰的体型细长,既不能像航天飞机一样完全滑翔,也不能像传统飞船那样靠降落伞减速,完全靠自身的体型来减速,最后还要在接近地面时迅速点火调整姿态,完成落点选择,再利用反推力实现精准减速避免硬着陆。据介绍,在2000米高空点火可以大幅度降低回收难度,从容返回,但耗费燃料太多,500米点火能节省很多燃料,但操控难度大幅度提升,稍有不慎就会坠毁。两种方式能差20吨以上的燃料,对运载能力的影响还是比较大的。

同时,星舰在返回的时候,燃料可不会老老实实待在原地等待燃烧,燃料贮箱已经快空了,大部分燃料已经烧没了,剩下的那些燃料不会在出口附近聚集,点火的时候很容易面临没有燃料流出来的困境。虽然星舰采用了携带小燃料贮箱的方法,解决了返回时点火的难题,但大贮箱里的燃料能否有效利用依然是存在困难的,控制不好就会中途熄火,然后高速坠落。

必须强调,如果不能充分掌握星舰的垂直回收技术,无论是月球软着陆还是火星软着陆,都是无法实现的。换句话说,如果星舰垂直回收技术不过关,直接会影响美国重返月球的进度,也会影响马斯克的火星移民进度。

此外,星舰试验成功以后,还有一个难题需要解决,那就是在轨加注燃料。不管是月球探测还是火星探测,星舰自己携带的燃料都是远远不够的,必须要补加充足的燃料才能完成任务,而且补加燃料的难度还是很大的。虽然SpaceX公司规划了加油专用的星舰,但在轨补加燃料绝对不是一个简单的事情。要知道,现有的在轨补加技术,基本都是补加液体燃料,操作相对简单,燃料贮箱也都是处于常压状态。但是星舰使用的是液氧和甲烷,这两种燃料的补加难度可不是传统燃料可以比拟的。一方面,氧气有很强的腐蚀性,对于补加管路和接口会产生腐蚀作用。另一方面,两种气体燃料,需要低温高压才能维持液体状态,在轨补加的时候,操控难度是显而易见的,一旦发生泄漏随时都有爆炸的风险。

同时,星舰的燃料补加可不像卫星燃料补加那么快速,星舰需要补加的燃料非常多,大概需要补加1700多吨的燃料,才能满足飞向月球然后软着陆的需要。星舰自己最大能携带1200吨左右的燃料,而且在发射的时候就会消耗一大部分,也就是绝大多数的燃料需要在轨补加。这么多燃料,需要多个加油专用星舰多次补加才能满足一台探月星舰的需求,据有些文献测算,需要14次补加才能完成星舰从地球到月球并实现软着陆。可以说仅仅补加燃料这个环节,就是非常耗费时间的,也非常考验技术,稍有不慎就会前功尽弃。

像火星探测那样的任务需要的燃料量不会少于月球软着陆,要么需要建造更大的星舰携带更多的燃料,要么就需要一艘以上加油星舰伴飞,或者到火星轨道等待补加。这样的技术,也不是短时间内可以轻松掌握的,需要大量的实践才行。

另外,我个人认为星舰的发动机也是将来探测火星的一个安全隐患。全流量循环的发动机是非常复杂的一种发动机,可以说是目前世界上最复杂的液体发动机了。这种复杂的发动机对于提升比冲,增强推力有很大的帮助。但是一旦进入真空环境,飞向火星的过程中,这种发动机的复杂性又成了负担,不论是反复点火还是流量控制,还有发动机的寿命都面临很大的挑战。传统的高空发动机往往都是使用膨胀循环发动机,结构简单效率高而且安全。全流量发动机的故障率相对于膨胀循环发动机应该会更高。这就增加了飞行过程中的不确定性。

星舰飞向火星的过程中,有很多难题需要解决。

首先是长时间的宇宙辐射,不仅危及航天员的身体健康,更对星舰自己的芯片和元器件产生影响。如果星舰像猎鹰9号那样采用民用芯片控制飞船的话,走向深空出现故障的概率将大大增加,搞不好就会出现无法挽回的后果。即使芯片不出问题,长达半年时间的长途跋涉,发动机、燃料贮箱和管路都面临很大的挑战。相对于体型比较小的那些探测器来说,体型庞大的星舰被太空中碎石块击中的概率会大大增加。总之一路上不一定很平坦。

目前航天大国国家队规划的载人探测火星方案,都考虑使用核动力飞船,提高飞行速度减少路上的时间,争取三个月左右的时间就能到达火星。但是星舰短期内没有使用核动力的计划,就算想使用,相关技术也远没有成熟呢。没办法支持2026年载人登陆火星。

其次,在赶奔火星的路上,星舰的精准导航和远程通讯也是不小的困难。载人飞行可不像无人飞行那么简单,需要时刻关注飞船的飞行状态和航天员的健康状况。地球上能给提供的导航支持是存在盲区的,必须要求飞船拥有其他导航技巧,比如使用中子星导航。还需要远程高精准的对地通讯能力,以保障信息通畅。

再次,到达火星以后,着陆的过程,跟在地球着陆时是没法比的,有很大的不确定性。火星着陆,可没有那么多卫星提供导航服务,也没有发达的地面支持系统,更没有精准的天气预报和精准的导航地图,很大程度上需要依赖自己控制落地精度。稍有不慎就会箭毁人亡。

最后,不管是着陆火星以后,还是飞往火星的途中,人员的衣食住行都是需要科学规划的。不仅要携带足够多的空气、水和食物,更要掌握高效的太空种植技术,至少要保障食物的可持续供给。离开地球轨道的种植技术,还存在很多不确定性,能否有效保障人员饮食安全还是存在疑问的。在火星上至少需要生存两年的时间,对生命保障技术的要求就更高了。最好能在人类过去之前,先建设一个相对完备的生态基地。这些都不是短时间内可以完成的任务。所以,马斯克当初规划的2026年移民火星,是不可能实现的。到2026年能实现首次无人星舰的火星之旅就算是非常理想了。

不知道大家对马斯克能否实现火星移民是怎么想的,第一批火星旅客最早会什么时候出发呢?请在评论区预测一下,我们让时间来见证大家的预测。

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