焦點(diǎn)滾動(dòng):聊聊星艦——寫(xiě)給每一位抬頭仰望星空的少年
2023-04-17 18:20:01 來(lái)源:雪球網(wǎng) 小 中
對(duì)于這顆藍(lán)色星球上的每一位航天愛(ài)好者來(lái)說(shuō),今晚都是個(gè)特別的時(shí)刻。無(wú)數(shù)人心心念念的星艦,將開(kāi)啟自己的第一次軌道發(fā)射嘗試。
當(dāng)然,按照以往的經(jīng)驗(yàn),發(fā)射前宣布延期的概率不小,而即使能夠成功點(diǎn)火、離開(kāi)發(fā)射臺(tái),這個(gè)重達(dá)幾千噸的龐然大物,也不見(jiàn)得有機(jī)會(huì)飛入預(yù)定軌道——實(shí)事求是的說(shuō),各種可能性都是存在的。馬斯克預(yù)測(cè)成功概率有50%,已經(jīng)是很樂(lè)觀的估計(jì)了。
但,無(wú)論如何,想要讓飛向火星的夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí),人類(lèi)就總歸需要邁出第一步。
(資料圖片)
寫(xiě)一點(diǎn)東西作為紀(jì)念,留給二十年后的自己,也分享給雪球上每一位曾經(jīng)抬頭仰望星空的少年。
注:這部分內(nèi)容主要是寫(xiě)給對(duì)星艦和航天感興趣,但之前沒(méi)有太多了解的人。資深航天迷可以直接跳過(guò)。等第一次發(fā)射(成功?)結(jié)束,我會(huì)另開(kāi)一篇,寫(xiě)寫(xiě)自己的感受和展望。
1、星艦是人類(lèi)有史以來(lái)建造的最大的航天器,尺寸和重量都超過(guò)了阿波羅登月所用的土星五號(hào)。具體來(lái)說(shuō),120米的高度大概相當(dāng)于40層樓,5000多噸的起飛重量,大致上和一艘中型的導(dǎo)彈驅(qū)逐艦近似,所以稱(chēng)作“星艦”并不存在任何的夸大。整個(gè)星艦運(yùn)輸系統(tǒng)可以分為三部分:第零級(jí)是指地面的發(fā)射架/回收所用的筷子,第一級(jí)是指超重助推器,第二級(jí)則是星艦本體,也就是真正進(jìn)入軌道的航天器。
2、星艦是人類(lèi)歷史上第一個(gè)完全可重復(fù)使用的航天載具。在星艦之前,航天飛機(jī)的機(jī)體是可重復(fù)使用的,但主燃料箱和助推器都是一次性的。SpaceX引以為傲的獵鷹九號(hào),實(shí)際上也只實(shí)現(xiàn)了第一級(jí)和整流罩的可重復(fù)使用,而上面的第二級(jí)仍然是一次性的??芍貜?fù)使用的意義,主要是不需要每發(fā)射一次都得報(bào)廢一個(gè)完整的火箭,因此可以極大的降低載荷的入軌成本。
3、星艦的最終設(shè)計(jì)目標(biāo),是把每公斤載荷的入軌成本降低2-3個(gè)數(shù)量級(jí),也就是達(dá)到目前成本的百分之一到千分之一的水平。目前我們往近地軌道發(fā)射1公斤的載荷(譬如把我現(xiàn)在使用的這臺(tái)筆記本發(fā)射到軌道上),成本大概在2萬(wàn)美金左右(不精確,大致范圍),相當(dāng)于,把一個(gè)體重100kg的胖子(好吧,就是我)射入軌道,單純發(fā)射這部分的成本就得200萬(wàn)美元(實(shí)際要去空間站上玩一圈,票價(jià)還要高得多,通常是幾千萬(wàn)美元/人),而在星艦大規(guī)模使用之后,入軌成本有望將降低到幾千美元的量級(jí)(按上面的比例大致估算,太空游的票價(jià)有可能會(huì)降到幾十萬(wàn)人民幣的水平)
4、之所以能實(shí)現(xiàn)如此巨大的成本降幅,主要是基于一個(gè)很簡(jiǎn)單的事實(shí):在人類(lèi)現(xiàn)有的一次性火箭的發(fā)射過(guò)程中,因?yàn)槿剂系南乃a(chǎn)生的成本,通常不超過(guò)整體成本的1%,打個(gè)比方這枚火箭發(fā)射一次的價(jià)格是1億美元,真正消耗在液氧和煤油/甲烷/液氫上的成本,可能也就不超過(guò)100萬(wàn)美元,其余的9900萬(wàn)美元實(shí)際上是被只能使用一次的艦體制造成本給白白消耗掉了。所以,如果這枚火箭有辦法重復(fù)使用10次(先不考慮每次發(fā)射后的保養(yǎng)維護(hù)),那么每次的發(fā)射成本可能就降低到了1090萬(wàn)美元,如果能重復(fù)使用一百次,則可以降低到199萬(wàn)美元,而星艦的設(shè)計(jì),是以能重復(fù)使用上百次甚至更高的次數(shù)為目標(biāo)的,這樣就可以帶來(lái)入軌成本的巨幅下降。
5、星艦的設(shè)計(jì)當(dāng)中有兩個(gè)特征是非常激動(dòng)人心的,第一個(gè)是快速重復(fù)發(fā)射能力,譬如說(shuō)超重助推器發(fā)射并回收之后,經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的檢查馬上再次加注燃料,進(jìn)行第二次發(fā)射,有可能前一艘星艦還在軌道上沒(méi)回來(lái),下一艘星艦又飛上去了,有點(diǎn)像是每小時(shí)發(fā)一班的城際客車(chē)的感覺(jué);第二個(gè)是在軌加油能力,打個(gè)比方我想坐星艦飛往火星,但是燃料不夠,可以先把火星星艦發(fā)射上去,在地球軌道上待命,然后快速的循環(huán)發(fā)射若干個(gè)輪次的加油艦上去,給軌道上的星艦進(jìn)行“空中加油”,等燃料裝滿之后,再讓星艦離開(kāi)地球軌道飛往火星?;谶@樣的方式,理論上說(shuō),星艦可以成為穿梭于整個(gè)太陽(yáng)系內(nèi)的重型運(yùn)輸工具。
首次發(fā)射能否成功,主要取決于你對(duì)于成功的定義。
先說(shuō)明一下,首次發(fā)射時(shí),超重助推器和星艦艦體都不會(huì)進(jìn)行回收,所以第一次發(fā)射主要就是驗(yàn)證兩件事:是否能夠成功入軌、以及再入大氣層時(shí)會(huì)不會(huì)解體。
從目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的難度上排序,大概是這樣:
1、成功離開(kāi)發(fā)射架沒(méi)有原地爆炸(很重要,意味著馬斯克不需要花錢(qián)重新蓋一個(gè))
2、越過(guò)Max-Q最大動(dòng)壓點(diǎn)(至少起飛階段應(yīng)該就不會(huì)炸掉了)
3、一二級(jí)順利分離(意味著超重助推器的首次飛行基本成功了)
4、星艦進(jìn)入預(yù)定軌道(大成功!測(cè)試目標(biāo)實(shí)現(xiàn)了80%)
5、一級(jí)助推器受控降落(最終還是會(huì)掉海里,但是到海平面的時(shí)候速度基本降到零,而不是啪的一聲砸到海里,考慮到獵鷹九的豐富經(jīng)驗(yàn),這事兒挑戰(zhàn)其實(shí)不算太大)
6、星艦再入大氣層,成功減速而沒(méi)有發(fā)生空中解體(近乎完美,可以說(shuō)實(shí)現(xiàn)了99%的目標(biāo))
7、星艦受控降落(這個(gè)環(huán)節(jié)據(jù)說(shuō)第一次發(fā)射不會(huì)有,但假如有1%的可能性呢……小小期待一下)
作為一個(gè)星艦的死忠粉,我個(gè)人的期待是,第一次試飛,能夠越過(guò)MAX-Q,就算功德圓滿了。其他的目標(biāo),每多實(shí)現(xiàn)一個(gè)都是白賺的。
如果今晚的發(fā)射能夠順利入軌并返回大氣層,那么保守估計(jì),SpaceX仍然需要1-2年的時(shí)間,完成首次真正意義上的兩級(jí)全回收的發(fā)射,那個(gè)點(diǎn)上才能說(shuō)星艦這東西真正做成功了。
而要做到載人飛行,以及傳說(shuō)中的間隔時(shí)間48小時(shí)以內(nèi)的快速重復(fù)發(fā)射,我個(gè)人預(yù)計(jì),大概還得有3-5年的時(shí)間。
說(shuō)實(shí)話,相對(duì)于計(jì)算機(jī)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)以及今年火熱的AI,三五年內(nèi),星艦對(duì)于普通人的生活并不會(huì)產(chǎn)生那么劇烈的影響。但長(zhǎng)期來(lái)說(shuō)的話,還是會(huì)給整個(gè)人類(lèi)社會(huì)產(chǎn)生不少全新的可能性:
1、太空旅游。包括純粹為私人開(kāi)設(shè)的近地軌道太空酒店和月球度假酒店,讓普通人也可以體驗(yàn)一把當(dāng)宇航員的感覺(jué),這個(gè)應(yīng)該在20年內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)了。下一代的小孩子們,可以憧憬一下長(zhǎng)大后去月球上度個(gè)假什么的;
2、外星探索。嚴(yán)格說(shuō)包括月球、火星、木星和土星的衛(wèi)星等地外星球的探索,以及載人登陸,這個(gè)感覺(jué)有點(diǎn)像現(xiàn)在普通人談起南極科考站那種,雖然絕大多數(shù)人還是去不了,但是還是可以有少數(shù)的精英去進(jìn)行科學(xué)研究和探索。馬斯克的火星殖民也包含在這個(gè)范疇當(dāng)中。
3、商用和私人太空站。最頂尖的富豪,將會(huì)以擁有私人空間站為榮,有點(diǎn)像是現(xiàn)在頂級(jí)富豪買(mǎi)一艘豪華的私人游艇那種感覺(jué),應(yīng)該也會(huì)有私人太空船,但并不是說(shuō)自己買(mǎi)一艘星艦,而是會(huì)出現(xiàn)某種私人使用的軌道駁船,有錢(qián)人先乘坐大號(hào)的星艦飛往公共空間站/太空碼頭,然后在公共空間站開(kāi)著自己的私人軌道駁船前往自己的私人空間站,這應(yīng)該會(huì)成為某種身份和權(quán)勢(shì)的象征。
4、科學(xué)研究。靠著星艦巨大的載荷倉(cāng)和低廉的入軌成本,像詹姆斯韋伯那種科學(xué)研究神器可以像下餃子一樣的大批發(fā)射,人類(lèi)對(duì)于整個(gè)宇宙的研究和探索會(huì)進(jìn)入一個(gè)全新的階段。然后基于太空的微重力環(huán)境,據(jù)說(shuō)也能夠給材料科學(xué)研究帶來(lái)一些全新的可能,這個(gè)我也不專(zhuān)業(yè),就不展開(kāi)了。
5、星鏈通訊。這方面有SpaceX的星鏈打樣,就不用再啰嗦了。各種各樣的類(lèi)星鏈服務(wù)會(huì)不斷的冒出來(lái),人類(lèi)的網(wǎng)絡(luò)連接能力會(huì)被進(jìn)一步加強(qiáng),不管你在深山老林還是在萬(wàn)米高空。
6、太空能源和采礦。這個(gè)就比較科幻小說(shuō)流了,理論上可行,實(shí)際上多久能實(shí)現(xiàn)說(shuō)不好。主要是從經(jīng)濟(jì)上能否算得過(guò)賬來(lái)。
1、SpaceX是美國(guó)公司,員工貌似也都是美國(guó)籍,所以很多小伙伴對(duì)于星艦的看法有點(diǎn)矛盾。但你要知道,長(zhǎng)征九號(hào)的最新構(gòu)型設(shè)計(jì)其實(shí)就是對(duì)標(biāo)星艦的,星艦如果能成功,就相當(dāng)于長(zhǎng)征九號(hào)節(jié)約了可行性研究的時(shí)間和成本,這對(duì)于中國(guó)航天是好事而不是壞事。何況,面對(duì)這無(wú)垠的太空,我們首先是人類(lèi),其次才分為不同的國(guó)籍??萍嫉倪M(jìn)步,最終一定是屬于全人類(lèi)的。
2、受科幻小說(shuō)和熱門(mén)電影的影響,有些朋友認(rèn)為太空電梯和無(wú)工質(zhì)推進(jìn)才是“正道”,而“落后的化學(xué)火箭”是要被淘汰的……哈哈,這個(gè),如果太空電梯和無(wú)工質(zhì)推進(jìn)真的實(shí)現(xiàn)了,我絕對(duì)贊成把星艦扔到歷史的垃圾堆里,馬斯克肯定也是這么想的。但首先我們需要區(qū)分科學(xué)和科幻的區(qū)別,太空電梯和無(wú)工質(zhì)推進(jìn)目前都屬于純正的科幻,其背后所需要的材料以及物理學(xué)原理還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn),所以起碼在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)(遠(yuǎn)了不敢說(shuō),五十年之內(nèi)),人類(lèi)還是要依賴(lài)于力大磚飛的化學(xué)火箭的。那句話怎么說(shuō)的來(lái)著,要仰望星空,也要腳踏實(shí)地,對(duì)吧。
3、今年,我們已經(jīng)看到了AGI的第一束曙光,很快,又要親眼見(jiàn)證全新的太空工業(yè)時(shí)代拉開(kāi)序幕。作為壽命短暫的碳基生命,有幸生在這個(gè)時(shí)代,能夠見(jiàn)識(shí)到各種偉大的科技進(jìn)步,能夠看到人類(lèi)文明不斷的擴(kuò)展和進(jìn)化,這是一樁令人興奮的事情。每當(dāng)仰望星空,我總覺(jué)得,在這浩渺無(wú)垠的宇宙當(dāng)中,我雖然只是一粒不值一提的塵埃,卻也自有其存在的意義所在。
今晚,以及之后的許多個(gè)日子里,讓我們一同見(jiàn)證歷史。祝星艦好運(yùn)!
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