吓尿了,详解马斯克的火星殖民计划

马斯克说去火星一次需要100亿美元,但SpaceX要做到10万美元以下。

 |  智东西

编译:海中天

最近,《新太空》(New Space)杂志刊发一篇SpaceX CEO马斯克的文章,这篇文章介始了SpaceX征服火星的计划。马斯克解释一些问题:为什么去火星?如何打造行星运输系统?火箭与宇宙飞船如何设计?他认为现在将一个人送上火星要100亿美元,未来可能只要20万美元,甚至10万美元。马斯克的目标是在火星建一个自给自足的文明,送100万人前往。

2016年9月26-30日,第67届国际宇航大会大墨西哥Guadalajara召开,当时马斯克在大会上发言,文章是根据当时的发言整理的。2017年2月,SpaceX曾宣布,2018年年末时将为两个私人客户执行载人发射任务,到达比月球还远的地方。

使用资料获得了SpaceX的许可。

介绍SpaceX火星计划,是因为我想让登陆火星看起来可能性更高一些:让它看起来是我们可以在自己的一生中做到的事。如果想,的确有一条路可以走。

一、为什么要去那里?

我认为有两条基本道路可以选择。在两条道路上,历史将会出现分叉。一条道路就是我们永远呆在地球,最终会出现灭绝事件。我并不是预言世界末日马上就会出现,只是说最终历史会告诉我们:灭绝事件将会到来。

(艺术家笔下的火星殖民地)

还有一条路可以选择,那就是成为太空文明、成为多行星物种,这是正确的道路,希望大家能认同。

那么我们如何前往火星、建造自给自足的城市呢?这个城市不是前哨,它本身就可以变成行星,让我们真正成为多行星物种!

二、为什么是火星?

有时人们会好奇:“为什么不选择太阳系其它的地方呢?为什么非要是火星?”事实上,要在太阳系成为多行星物种,可以选择的地方很有限。我们可以选择最近的行星金星,但是上面有高压(应该是超高压)酸液,环境很恶劣。金星并不像女神那样友好。想在上面生存相当困难。

为什么不是水星?它离太阳太近了。我们也许可以去木星或者土星的卫星,但是距离有些远,它们离太阳远很多,抵达更困难。

如果我们想成为多行星特种,只有一个选择,那就是火星。我们可以去月球,我个人并不反对去月球,在月球上很难成为多行星物种,因为月球比行星小很多。月球上没有任何大气,资源也没有火星丰富。月球上一昼夜相当于地球28天,火星一天只有24.5小时。总之,在火星上建立自给自足的文明更加适合。

(地球与火星的对比)

将地球与火星对比,就会发现它们在许多相似点。事实上,我们相信早期的火星跟地球很像。如果我们能让火星“温暖起来”,就可以形成浓密的空气,形成液态海洋。

火星离太阳的距离比地球远一半,上面的阳光还是很充足的。有点冷,但是我们可以将温度升高。火星的空气条件不错,主要是CO2,还有氮、氩及其它一些微量元素,也就是说我们压缩空气就可以种植植物。

在火星上生活很有趣,因为它的重力只相当于地球的37%,你可以轻松举起重物,可以弹很高。另外,火星上的白天和地球非常接近。我们只需要调整人口数量就行了,地球上有70亿人,火星上一个也没有。

三、从早期探索到自给自足的火星城市

NASA与其它机构曾对火星进行过早期探索,深入理解火星是怎样的,他们做了许多的工作。我们在哪里降落?大气的成份是怎样的?哪里有水或者冰?我们要以早期探索作为基础构建一个城市。

今天我们面临的问题在于:看看维恩图( Venn diagram),找不到交集,人想去的地方和能去的地方没有交集。事实上,现在即使有再多的钱也没法去火星。

(现在想去火星的人和能去火星的人没有交集)

如果采用传统方法(比如阿波罗一样的方法),照最乐观的估计,将一个人送上火星大约要100亿美元。以阿波罗项目为例,按当前的货币计算,成本估计介于1000-2000亿美元,我们将12个人送上了月球表面,真的不可思议,它可能是人类最伟大的成就。

(想去火星的人和能够负担得起的人,两个圆渐渐靠近)

就票价而言,价格有点太高。如果一个人的票价高达100亿美元,你就没有办法建立自给自足的文明。我们要将圆移动,让它们重叠。如果你将前往火星的成本降下来,降到与美国房产价值中值相当的水平,大约20万美元,那么在火星上建立自给自足文明的可能性就会高很多。我想这是绝对可以做到的事。

(最终票价降下来之后,想去、能负担的人会出现交集)

并不是每个人都想去火星。事实上,地球上只有想当少的一部分人想去,但是有足够的人能够承受其价格,可以让文明的建立变成可能。前往的人还会拿到赞助。几乎每个人都可以购买“船票”,前往火星,只要他们愿意积蓄、想去火星:考虑到火星在相当长一段时间会存在劳力短缺的现象,所以在那里不愁没有工作。

四、将每吨物资送往火星的成本效率要提高5万倍

我们必须提高效率,将前往火星的每趟成本提高5万倍,这是一个难点。也就是说运输的效率要提高4.5个数量级,绝非易事。听起来不可能,但是还是有办法做到的。

要提高4.5个数量级,有一些关键任务要完成。大多的提升来自于重复利用:它可以提升2到2.5个数量级。还有2个数量级来自于轨道填充、在火星生产推进燃料、选择适合的推进燃料。

——完全重复利用

要让火星旅行达到足够的规模,可以建立自给自足的城市,完全重复利用相当关键。完全重复利用是极难解决的问题。即使只是轨道系统,要达到重复利用也是相当难的,系统如果想前往其它行星,更是难上加难。

你可以用任何形式的交通工具作为例子,探知飞行器重复使用与不重复使用的区别。例如汽车、自行车、马,如果它们只能使用一次,那么几乎没有人会使用它们,为什么?因为太贵了。如果能够频繁飞行,那你就可以搭乘9000万美元一架的飞机,花43美元买一张机票,从洛杉矶飞到拉斯维加斯。如果只能用一次,每坐一次就要花50万美元。从中我们可以看到4个数量级的增加。

现在,可重复利用还是很困难的事,因为前往火星的次数没有那么多,你可以重复使用飞船胶囊系统的次数少很多,地球与火星的位置每隔26个月才会合一次。正因如此,大约每2年才能使用飞船一次。

——在轨道上填充燃料

你还要循环利用助推器、加油机。当宇宙飞船进入轨道时,它的燃料箱基本上空了,这样更好。如果宇宙飞船拥有庞大的燃料箱,进入轨道之后可以用助推器、加油机加油,这样就能将飞船的有效载荷提高到最高水平,前往火星时就能拥有更大的有效载荷。

(在轨道上添加燃料的好处)

因此,在轨道上添加燃料是一个基本要素。如果不能在轨道上添加燃料,我们只能对成本造成0.5个数量级的影响。每一个数量级相当于提升10倍。如果不在轨道上填充燃料,每张票的价格会提高500%。

不只如此,在轨道上添加燃料还可以让我们制造出更小的飞船,降低开发成本,虽然它的体积仍然很庞大。如果体积扩大5-10倍,建造的难度就会大很多。

另外,在轨道上添加燃料,助推器火箭与加油机在性能上也没有那么敏感。如果任何一个地方出现性能问题,你可以再给飞船加一次燃料,弥补缺陷。这点非常重要,它可以让系统对性能缺陷的敏感性降低。

——在火星上生产推进燃料

很明显,在火星上生产推进燃料相当重要。再次重申,如果不能在火星上生产推进燃料,飞行一趟的成本至少会增加0.5个数量级。如果你的飞船只能留在火星,无法返回地球,那么想在火星上建造城市无疑是荒谬的。你必须组建庞大的舰队,必须对它们进行处理。

(在火星上生产燃料的好处)

如果将宇宙飞船丢在火星,那样真的没有任何意义;你可以在火星建造燃料工厂,让飞船返回地球。火星恰好拥有合适的条件,那里有C02大气,土壤中有“水冰”,还有H20和C02,你可以生成甲烷(CH4)和氧(02)。

——合适的推进燃料

挑选合适的推进燃料也是一件重要的事。主要有三种选择,每一种都有它的优点。一是煤油,或者说是火箭推进级的煤油,实际上就是喷气燃料的高度精炼物。这种燃料能够让宇宙飞船变得足够小,因为这种燃料专门用作喷气燃料,所以价格很贵。燃料很难重复利用。在火星上制造这种燃料相当难,因为那里没有石油。推进燃料运输起来相当好,但并不是最好的。

(各种燃料的优点和缺点)

二是氢,虽然它有很高的比冲量,但是成本高昂,要让氢不蒸发相当困难,因为液态氢只有接近绝对零度时才是液态的。我们需要的燃料是很多的,在火星上生产氢燃料、存储氢燃料成本太高。

当我们从整个系统着眼寻找最优方案,就会发现甲烷才是最好的选择。用推进燃料库在火星上添加甲烷燃料,只需要50-60%的能量就行了,解决技术难题会更容易一些。我们因此认为甲烷是最佳的选择。

最开始时,我们可能会认为氢更好,但是最终我们会得出结论:前往火星并且从火星回来,使用全甲烷系统单位质量的成本最低。

不论设计怎样的系统,不论是SpaceX还是其它企业设计,前往火星表面时要让每吨成本达到很低的水平,这4个问题必须解决。

1、系统架构

这张图表介绍了整个系统。火箭推进器与宇宙飞船起飞,将飞船送入轨道。很快火箭推进器返回地球,抵达之后20分钟内返回。事实上,火箭还可以将燃料箱一样的飞船送入轨道,这种飞船与宇宙飞船一样,只是里面有不受压和高压货物区,高压区里面是推进燃料箱。这种设计可以减少开发成本,很显然,节省的费用不是小数。

(系统架构图)

在轨道上,推进燃料添加机在轨道上飞行3-5次,为宇宙飞船加满燃料。一旦燃料箱满了,就可以运输货物,到了火星地球接合时间窗(大约26个月一次),飞船就可以飞往火星了。

随着时间的推移,宇宙飞船会渐渐变多。最终可以有1000艘或者更多的宇宙飞船在轨道上等候。自此之后,火星殖民舰队可以成群前往。

让宇宙飞船在轨道上等候是有意义的,因为你有2年的时间去完成这件事,你还可以多次使用推进器和燃料添加机,真正重复利用它们。至于宇宙飞船,重复利用的次数不多,因为你必须考虑它的使用寿命……可能是30年,那么它最多飞行12-15次。因此,我们肯定要想办法将宇宙飞船的货物空间变大,尽量多利用推进器和燃料添加机。飞船飞到火星,重新添加燃料,然后就可以返回地球了。

与未来的火星星际飞船相比,这种飞船相对算小的。它需要装下大约100人,装在增压区,要装载行李和不加压的货物,用来建造推进燃料工厂,还要装下许多东西,比如建造钢铁厂、披萨店的东西,总之,你必须装下很多的货物。

要想在火星建一个自给自足的城市(或者是文明),至少要100万人。如果每2年去一趟,每艘飞船有100人,要飞1万趟。每趟100人是比较适合的,最终我们也许可以增加机组人员,每趟装下200或者更多的人,这样就可以降低单人成本。

即使如此,飞行1万趟也是很多的了,最终我们也许要制造可以装下1000人的飞船。建这么大的飞船需要花不少时间。到底需要多长时间才能累积100万人呢?从第一艘飞船前往火星算起,大约需要经历20-50个接合点,也就是要40-100年才能在火星上建立一个自给自足的文明。

2、火箭设计与性能

Figure 6这张图片展示了飞船的横截面。从某种意义上讲,火箭并不复杂。它主要是用先进的碳纤维制造的。碳纤维可以应付深制冷剂,液体与气体都不能渗透,不会因为破裂或者高压出现缝隙。如果没有碳纤维,要制造深低温储罐在技术上很难实现。直到最近,碳纤维技术才发展到一定水平,不需要在箱体内部制造衬垫就可以造出深低温储罐,只是更加复杂。

如果要用热气加压,技术更复杂。可能要使用自加压技术,也就是说在引擎内部通过热交换让燃料、氧气化,让它们给燃料箱加压。所以说,我们要将甲烷气化,用它给燃料箱加压,还要气化氧,让它给氧气箱加压。

在“猎鹰”火箭上,我们用氦增压,用氮作为气体推进器,相比而言,上面的系统更简单一些。在火星火箭中,我们用自加压技术,用气态甲烷和氧控制推进器。在这里,你只需要2种材料,猎鹰9号需要4种,如果你将点火液考虑进去就是5种。在火星火箭中,我们使用火花点火。

Figure 7可以让你看清火箭的性能,包括现有的火箭和历史上的火箭。在不重复使用模式下,我们建议火箭的最大载荷为550吨,如果是重复利用模式,约为300吨。土星5号的最大载荷约为135吨。

Figure 8可以让你有一个更清晰的了解。黑灰色的一栏表示的是火箭的性能,也就是火箭进入轨道的有效载荷。它代表的是火箭的尺寸效率。大多数火箭——包括我们的火箭——都是正在服役的,性能栏只占了火箭实际尺寸的很小一部分。

在太阳系行星飞行系统(飞往火星时首次利用)中,我们相信设计性能会大幅提升。火星火箭的性能栏将会首次超过火箭实际尺寸。

Figure 9是一张更直观的对比度。推力级相当大。我们需要1.3万吨的发射推力,所以发射场必须足够大。Pad 39A刚好合适,NASA很慷慨,允许我们使用,当年他们为土星5号准备发射场时造得太大了。正因如此,我们可以在这个发射场上使用更大的火箭。未来,我们还会增加一些发射地,可能会在德州南海岸增加一个。

这些火箭的目的是不同的。火星要装下许多人,最终要将几百万吨的货物送上火星。因此,你需要足够大的火箭才能完成任务。

3、Raptor引擎

设计行星宇宙飞船有两个最难的地方,那就是引擎和火箭推进器,我们由此开始。Raptor引擎是燃烧室压力最高的引擎,推力重量比可能也是最高的。

它是一个总流分级燃烧引擎,从理论上讲可以从燃料源和氧化剂中获得最大的动量。我们对氧和甲烷进行再冷却,提高密度。在大多数火箭中会接近它的沸点,我们不同,我们添加的燃料接近它的冰点。这样就可以让密度提高10-12%,当火箭实际运行时会出现完全不同的效果。涡轮泵不会出现空化风险,使用非常冷的推进燃料时为高压涡轮泵输送燃料也会更容易一些。

(Raptor 引擎的一些特点)

这里有一个关键:让真空版Raptor的ISP达到382秒。对于火星任务而言,这点很重要,我们有信心达到该标准,或者相差不到几秒,最终我们会稍微超过。

4、火箭推进器

许多时候,火箭推进器实际上就是扩大版的猎鹰9推进器。它们有许多的相似性,比如底部有栅格翼和许多引擎。最大的区别在于主架构是用碳纤维制造的,而不是铝锂合金,我们使用了自增压技术,没有使用氦和氮。

每一个火箭推进器有42个Raptor引擎。明年我们会发射Falcon Heavy,它有27个引擎。这样一来我们就可以在多引擎方面积累经验。安装多引擎还有了更大的回旋空间,如果一些引擎失效,任务可以继续,不会有什么影响。

推进器的主要任务是将宇宙飞船加速到每小时8500公里。有些人可能对轨道动力学不太熟悉,总之,一切都与速度而非高度有关。

(火箭推进器的特点)

在其它行星上,重力是存在的但是可能没有那么大,比如火星、木星的卫星,还有金星(某一天也许会去金星,但是更难一些),在太阳系的大多数行星上,只需要宇宙飞船就行了。如果重力比较弱就不需要推进器。总之,在月球、火星、木星的卫星、冥王星上不需要推进器。只有重力较大时才需要推进器。

我们可以对推进燃料进行优化,降低需求,当推进系统返回地球并降落时,我们可以将发射推进剂负载降低到7%。多做一些优化工作,也许我们可以将它降低到6%。

(引擎内部Raptor的配置方式)

现在,着陆的精准度越来越高。如果你看过猎鹰9号着陆时的情况,就会知道火箭着陆时离中心更近了。如果安装可以操纵的推进器,我们可以让推进器回到发射台。这样一来,底座的栅格翼就可以起到中心定位左右,将发射场上细小的位置误差修正过来。

正因如此,我们才像图片一样设计底座。我们认为,只需要对中央的引擎组进行平衡和控制就行了。有些人会操纵火箭,有些人会修正位置。我们可以让引擎的数量达到最大值,因为不必为引擎的平衡和移动留下空间。这样设计可以允许多个引擎失灵,不论是起飞还是在飞行过程中,多个引擎失灵不会影响安全。

五、可以在行星间飞行的宇宙飞船

谈到宇宙飞船本身,顶部是增压隔室。下面是非增压货物区,采用扁平封装结构。再下面是液氧箱。

在整个宇宙飞船中,液氧箱可能是最麻烦的部分,因为它要让推进燃料降到很冷的水平,箱体本身组成了机身。机身架构与液氧箱的结构是结合在一起的,现代火箭也是这样设计的。例如,在飞机中,机翼实际上就是翼形油箱。

液氧箱必须承受上升推进负载和“reentry”(再进入)负载,不能让气态氧渗透,所以技术要求很高,不能与气态氧产生化学反应。因此,液氧箱是宇宙飞船最难制造的组件,我们正是从这里开始的。

(太阳系行星宇宙飞船的特点)

液氧箱之下是燃料箱,然后是引擎,引擎直接连接到底座的推进锥体。在底座的周长上会有6个高效真空引擎环绕,无法提供平衡功能。中间有3个引擎,它可以提供平衡功能、还可以操纵。

最终,前往火星时可以装下450吨的货物,具体是多少要看你用燃料添加机添加了多少燃料。每艘宇宙飞船可以装下至少100名乘客,这就是目标,最终我们要让数字达到200人甚至更多。

根据你瞄准的地球-火星接合点,按每秒6公里的分离速度计算,整个旅程大约需要80天。

随着时间的推移,我们会不断改进,最终,在不久的将来,前往火星的运输时间可能只要30天。时间的可控性还是很强的,看看古代,一次航海有时要6个月甚至更长的时间。

(地球火星接合时间窗口)

抵达之后,防热罩技术相当重要。在Dragon宇宙飞船上,我们已经优化了防热技术,我们正在开发第三版PICA(酚醛溶液浸透的碳烧蚀体),每一代都有提升,越来越不容易融解、更来越抗热、越来越不需要翻修。

防热罩相当于巨大的刹车片。如何让刹车片发挥作用,抵挡极端的再进入条件,将翻修成本降到最低,让你可以多次飞行却不需要翻修,这才是最重要的。

(防热罩技术的进步)

在宇宙飞船内到底感觉是怎样的?我想向你介绍一下。为了吸引冒险者,让更多人想去,过程必须有趣、激动人心,飞船不能太狭窄,不能太乏味。因此,我们设立了工作人员区间和居住区间,你可以做一些零重力游戏,你可以四处飘浮。上面可以看电影、有大讲堂、有餐馆。总之很有趣。你会度过一段美妙的时光。

六、推进燃料工厂

在火星上建造推进燃料工厂,获得材料是相对比较容易的,因为火星的大气主要是CO2、水冰,几乎到处都是。CO2加上H20就可以变成甲烷,CH4和氧,O2,用Sabatier反应制造。事实上,最难的部分就是找到能量源,我们可以通过大块太阳能面板获得。

(在火星生产推进燃料)

七、每一趟的成本

如果有人想去,价格是他可以承受的:这是关键。按照上述方案,假定方案随着时间前进会进一步优化,我们的目标是让每张票的价格降到20万美元以下,未来可能只要10万美元。

(前往火星的每吨成本)

就目前而言,我们估计前往火星每吨要14万美元。如果一个人加行李不到一吨,加上食品与生命补给,前往火星的最终成本可能不到10万美元。

很显然,要得到这么多的钱不是一件容易事。我们发射卫星、帮NASA为空间站提供服务、将货物运到空间站或者运回来,这样就可以获得更多的现金。

在私人领域也有一些人感兴趣,他们提供资金,帮助我们在火星建基地,政府也可能会有兴趣。最终,这是一个庞大的公共、私人合作项目。

就目前而言,我们只能利用现有资源获得尽可能大的进步,推进项目向前发展。正如我们指出的,项目是可能实现的,梦想是可以变面现实的——它不只是梦想,而是可以变成现实的梦想。随着时间的流逝,雪球会越滚越大。

我还要补充一句:我个人之所以不断积累资产,主要原因就是想为登上火星提供资金。我个人积累资产没有其它的动机,只是想帮助人类成为多行星物种。

八、时间表

2002年,SpaceX只有地毯和墨西哥街头乐队。当时想做任何事情可能都只有10%的机会成功,将火箭送入轨道是这样,更别说更大的目标了,去火星?想也不敢想。然而,我们得出一个结论:如果没有新企业进入太空领域,怀抱强烈的、意识形态上的动机,那么我们无法迈上正轨,朝着太空文明前进,闯入群星之间。

1969年,人类登上月球,航天飞机可以进入近地轨道。然后航天飞机退役了。趋势线降到了零点。许多人可能没有意识到,技术是不会自动进步的,只有许多优秀的工程人才积极解决问题它才会进步。文明达到一定的技术层级之后突然就衰落了,直到一千之后才复兴,这种事情在历史上屡见不鲜。

(SpaceX的里程碑)

我们从2002年走来,当时毫无头绪,我们制造了最小、实用的轨道火箭,我们可以将它视为猎鹰1号,它可以将半吨重量的东西送入轨道。4年之后,我们开发了第一枚火箭。我们开发了主引擎、上级引擎、机身、整流罩、发射系统,2006年首次发射火箭,但是失败了。很遗憾,只飞了60秒。

到了2006年,成立之后的第四年,我们拿到了NASA合同。对于NASA给SpaceX的支持,我表示感谢,可惜我们的火箭坠毁了。我是NASA的忠实粉丝。

最终,2008年猎鹰1号在第四次发射时成功了。我们将自己的最后一分钱投了进去。事实上,我原本以为这些钱只够发射3次的,但是前3次全失败了。我们东拼西凑,让火箭第四次升空,感谢老天,2008年第四次发射时成功了,真是感慨不已。

2008年年末时,NASA给了我们第一个大型运营合同,为国际空间站运送货物,然后将货物运回来。几年之后,我们第一次发射了猎鹰9号,第一个版本的猎鹰9号火箭,它可以将10吨货物送到轨道,负载是猎鹰1号的20倍。我们用它运送Dragon宇宙飞船。

2012年,我们将货物送到国际空间站,然后将货物运回来。2013年,我们进行垂直起飞测试和火箭返回测试,之前没有做过。2014年,我们让第一级轨道助推器成功在海洋上降落。这次是软着陆,火箭跌倒爆炸。尽管如此,当中有7秒是成功的。我们继续提高火箭的运载能力,从10吨提高到了13吨,送到轨道。2015年12月,我迎来了人生中最美妙的几个月:火箭推进器成功返回,降落在Cape Canaveral。由此证明,我们可以让轨道级推进器以很高的速度返回,一直回到发射场,安全着陆,不需要任何翻修就可以再次飞行。

2016年,我们让火箭成功在船上降落,这次成功对高速对地同步任务和猎鹰9号重复使用相当关键,因为我们约四分之一的任务是为空间站提供服务。还会完成少量的低轨道任务,但是约60%的任务会是商务GEO任务。高速任务需要让火箭降落在海洋船舶上。火箭上没有足够的推进燃料可以它返回到发射场。

九、未来

关于未来,我们故意没有标明时间。尽管如此,我们会在有限的预算范围内尽最大的努力加速前进,开发出太阳系行星运输推进器和宇宙飞船。希望我们能在4年之内将第一艘宇宙飞船开发出来,然后用它执行亚轨道飞行任务。

(研究太阳系行星运输系统的下一步计划)

它的能力很强,如果对宇宙飞船的货物进行限制,就可以飞到轨道上去。如果它以燃料添加宇宙飞船的形式飞行,肯定要飞到轨道上去。它没有办法返回,但是能抵达轨道。

在某些市场,也许需要以很快的速度在全球运送物资,我们可以降落在噪音影响不大的地区,毕竟火箭降落声音很大。我们可以将货物送到全球任何地方,时间最多只要45分钟。前往地球上大多地方只要20-25分钟。如果在纽约海滩之外建一个漂浮平台,离海岸20-30英里,那么从纽约到东京只要25分钟,穿过大西洋只要10分钟。进入飞船会花去大部分时间,真正飞行的时间很短。之后就会出现一些有趣的可能,虽然我们并没有指望这些。

还有就是推进器的开发。推进器研发任务相对比较“直白”,就是将猎鹰9号推进器扩大。不会有太多的困难。

然后要将所有东西组合起来,让它可以飞往火星。如果进展相当顺利,10年就行了,我并不想说到了那时就会飞往火星,风险很大,成本很高。我们有很大的机会成功,我们会尽力,尽可能取得更大的进步。

1、Red Dragon

在地球与火星每一次接合时,我们都会将一些东西送往火星。几年内我们准备派Dragon 2(它是一个推进着陆器)前往火星,2020年可能再让Dragon去一趟。

(Red Dragon任务目标)

我们要保持节奏的稳定,一直会有飞船前往,正如火车离开车站一样。每一次火星与地球接合时,我们至少会派一艘Dragon去火星,最终会是大的宇宙飞船。如果有人有兴趣将在Dragon上放一些东西,将它们送上火星,完全可以,至少东西重量相当于有效负载2-3吨。

我们将Dragon 2设计成推进着陆器部分是因为这个原因。因为是推进着陆器,它可以前往太阳系任何地方,可以前往月球,可以去任何地方。如果有翼,它只能在地球上降落,因为需要跑道,大多地方没有跑道。至于降落伞,如果没有密度很高的空气是无法使用的。推进器可以在任何地方使用。另外,Dragon还要在太阳系的坚硬或者液态表面上降落。

2、Raptor点火

看到Raptor引擎点火我真的很兴奋,Raptor是一台技术含量很高的引擎。比Merlin更复杂,因为它采用了全流分级燃料技术(full-flow stage combustion),压力更高。在第一次点火时居然没有爆炸,我很吃惊,幸好没有爆炸。

虽然引擎的推力比Merlin大2倍,但是它的尺寸和Merlin是一样的,因为运行压力高2倍。也就是说我们使用了许多Merlin的技术。

(Raptor引擎点火)

现在我们每年生产300台Merlin引擎。我们已经知道如何量产火箭引擎。虽然火星火箭在底座上安装了42个引擎,上级有9个,总数51个,用Merlin的生产能力完全可以应付。Raptor引擎与Merlin引擎的尺寸相似,只有膨胀比不同。我们可以大量制造这样的引擎,价格不会超过预算。

3、碳纤维燃料箱

在原始架构上,我们也想改进。正如我提到过的,用碳纤维制造组件相当困难,虽然碳纤维强重比非常出色。如果将超冷的液氧和液态甲烷装进去,尤其是液氧,燃料箱会出现裂缝,会泄露。

大规模制造也是一个挑战,因为你要将碳纤维以正确的方式放在巨大的模具内,还要在温度条件下处理。总之,制造大块的碳纤维结构件是一件很难的事。

(碳纤维燃料箱的内部和外部图)

正因如此,有一个组件是我们关注的重点:为火星宇宙飞船开发第一个燃料箱。这是宇宙飞船中最难制造的组件。其它组件有很好的处理办法,但这个最难,我们想首先解决。

这是一个巨大的成就,应该归功于开发团队。我们制造第一个燃料箱,对冷却推进燃料进行测试,结果很好。没有出现任何的泄露,也没有什么重大问题。

这张图片告诉我们燃料箱的内部是怎样的。你可以感知到它有多大。燃料箱的内部是完全平滑的,因为采用了特别的碳纤维技术、有反光,看起来燃料箱有很多层。

十、比火星还远的地方

(飞越木星)

能不能去比火星还远的地方?我们会想到它是一个系统,之所以叫它系统,因为就一般意义而言,所有东西都是“系统”,一条狗就是一个系统。它不只是一枚火箭那么简单,有火箭推进器、有宇宙飞船、有燃料添加机、有推进燃料制造厂、在原地生产推进燃料。

(土卫二燃料存储点)

将所有这些组合在一起,就可以将行星或者月球作为支点,前往太阳系的任何地方。我们可以在小行星带上建立推进燃料存储点,或者在木星的卫星上建造,这样就可以从火星飞往木星。事实上,即使火星上没有推进燃料存储点,你也可以飞越木星。

如果能在土卫二或者木卫二上建存储点,然后在土卫六上再建一个,然后可以更远的地方建设,比如冥王星或者太阳系的任何地方,在这个系统的支持下,你可以去大太阳系的任何地方。

你可以前往Kuiper Belt(凯伯带),去奥尔特云。我不建议用这样的系统进行星际旅行,但是有了这样的基本系统,就可以进入整个大太阳系。