勇踏前人未至之境。——《星际迷航》

火星的孩子 马斯克:中国的航天计划发展比大多数人认为的更加超前

2024-04-29

(上接B02版)

马斯克究竟有多认真?

但这并不妨碍马斯克像疯子一样认真。

下个月,SpaceX的重型运载火箭系统“星舰”将进行第四次发射试验。作为迄今全球体积最大、推力最强的运载火箭,星舰将是马斯克移民火星计划的核心承载器。

这个承载着马斯克火星终极梦想的火箭系统,总高度约120米、重500万公斤,可装载100吨货物、100名人类乘客。

它由超重型助推器(配备33台猛禽发动机),以及星舰飞船(搭载6台猛禽发动机)两部分组成。后者分离后,将继续前往太空执行任务,包括将货物或乘客送到地球轨道、月球、火星,甚至是太阳系其他地方。

当年,在大部分人认为马斯克疯了的时候,这位从小受科幻经典《银河系漫游指南》影响的太空爱好者,仔细阅读了《火箭推进基本原理》,在草稿纸上开列人类如果飞往火星需要解决哪些现实问题,以及如何将成本降到可实现,带更多的人去。

于是,SpaceX苦心研发可回收的火箭;星舰采用特殊的不锈钢材质,成本仅是碳纤维的3%;星舰也有多个版本,包括可以执行在太空加油的燃料舰;发射原料也选择了更易获得、成本更低的液氧甲烷——马斯克选择它的另一个原因是,只要一颗星球上有水和二氧化碳,理论上就能合成。

是的,他真的认真考虑了如果把人类送上火星,如何成功返回的问题。

在这一系列动作下,SpaceX将入轨成本,可以简单粗暴地理解成为送货物或者人类上太空的成本,从2011年的22500美元/千克,降低到了猎鹰9号成功发射时的2000美元。如果星舰能成功发射,这一数字将降到更惊人的100美元/千克。

楚龙飞是一名火箭工程师,也是一名很早就参与中国商业航天浪潮的创业者,参与创办了国内第一家民营航天公司翎客航空。

在他看来,马斯克和SpaceX最核心的贡献之一,是打破了制造火箭的技术“神圣感”。在他们出现前,全球几乎都是将火箭制造当成科研来做。“我们通常看到的是一群科学家和工程师,在非常干净的厂房里,穿着白大褂在工作,这会带来研制效率的降低,并且无形中增加了许多成本。”

在马斯克的带领下,SpaceX把火箭当成未来常用的交通工具来做,回归到了制造业。比如,他提出为何火箭要横着来制造,造好之后再花大代价竖起来,为什么不一开始就竖着打造,还能利用重力降低一些拼接成本。

“SpaceX的火箭研制场就是露天环境,刮风下雨时直接把设备里的水倒出来继续做,通过必要的地面试验和技术手段来保证质量,成本也降下来了。”楚龙飞认为SpaceX的出现,为造火箭提供了全新的思路,最终的结果也说服了越来越多人,让“火星移民”看起来有那么点意思和可能了。

从“中国印记”到“宇宙快递”

在探索太空这件事上,马斯克认为最大的竞争对手不是美国同行蓝色起源,而是正在快速崛起,并且被低估的中国航天。去年5月30日,他对一条新闻发表评论:中国的航天计划发展比大多数人认为的更加超前。

新闻的主要内容是,中国探月工程总设计师吴伟仁透露,“到2030年,中国人的足迹一定能够踏上月球。这不是个问题。”

2030年,也可能是“天问三号”实施火星采样返回任务的时间。

“日月安属?列星安陈?”2000多年前,楚国诗人屈原仰望星空,发出了《天问》。2021年5月15日,“天问一号”探测器在浩瀚的太空里飞行了202天抵达火星。一周后,祝融号火星车缓缓迈出了0.522米的第一步,因为在碳化硅车轮上印着“中”字形的浮雕,它在火星表面留下了名副其实的“中国印记”。

中国科学院国家空间科学中心研究员刘勇参与了火星粒子探测仪的研发工作,这台仪器探测火星的粒子逃逸,研究火星的水和大气消失的原因。“我们已经明确火星在几十亿年前是有大量液体水的,‘天问一号’把这一结论往前推了一小步,证明火星在20亿年前仍有液态水活动。”

对于“天问三号”去收取“宇宙快递”,他充满了期待:“下阶段要实现一个重大的技术跨越,就是首次从火星上飞起来。”

他表示,目前为止,人类只从月球上回来过,而从火星起飞的难度比月球高出太多。以逃逸速度举例,月球上的逃逸速度是1公里/秒,而火星上的逃逸速度约6公里/秒。从能量的角度来换算,能量是速度的平方,也就是月球起飞所需的36倍。

去火星取样似乎也成为中美官方航天机构角力的“赛场”。目前,NASA火星车“毅力号”正在采集火星岩石样本,但计划于2028年用来接它回家而向火星发射的着陆器和轨道飞行器可能赶不上进度, 意味着它很有可能无法赶上2030年的返回窗口。

如果这样,“天问三号”和搭载的火星车很有可能实现弯道超车,率先完成人类航天史上的另一个创举。

“不会成功”和一堆难题

SpaceX员工曾认真问过马斯克:在你的有生之年,“火星移民”计划会成功吗?意外地得到了否定的答案:“不会!”这是技术狂人对内所展现的“现实”一面。

那么,就现有的科技来说,移民火星还有哪些可以预见的难题?

现任翎客航空CTO楚龙飞想到的是“距离和时间”,火星和地球最近的距离差不多是5500万公里,最远达4亿公里。

“在太空中长时间行驶的任务对人类来说是个巨大的挑战,也是技术上必须要考虑到的问题。”他说,“例如人在长期的低重力状态下生活是否会对身体造成伤害?如何避免宇宙辐射对人神经系统造成损伤?在黑漆漆的环境中飞行5-6个月,人的心理是否会产生问题?”

长时间的飞行对火箭的空间载荷能力也提出了更高要求,楚龙飞分析,出发前往火星的火箭要考虑三个阶段的需求。

首先是出发阶段,除了运人之外,还要考虑5-6个月长途飞行中人所需要的水和食物。然后是达到阶段,人类起码要生活半年到一年时间,直到下一个窗口期到来才能返航。这期间生活在火星上所需的水和食物以及建立基地所需的物资材料都需要考虑。

“最后是返航阶段,返回时所乘坐的飞船、返程所需的食物和水也需要在出发时一并带上。因此这个火箭的运载能力就需要呈几何倍数的增加。”

到了火星,生存也是很大的问题。目前没有发现任何证据证明火星上存在生命的痕迹,而且火星的大气非常稀薄,其中95.3%是二氧化碳,夜间最低温度达到零下一百多摄氏度。火星地表遍布沙丘、砾石和撞击坑,而且没有稳定的液态水。

这也是为什么马斯克曾经突发奇想,提出要用10000颗氢弹改造火星。

“火星叔叔”郑永春想得更遥远:“除了技术层面的问题,火星移民还涉及全新的文明、社会体系的建立。人类登陆火星后怎么划分国家、领土?在火星上人类如何生存?是否需要新的法律和社会制度?这些问题都需要有人来开展前瞻性的预测和预演。”

(下转B04版)