马斯克火星殖民计划炸裂!打造Big Fucking Rocket,瞬时穿梭地球

在地球上,黎明和黄昏是红色的,白天是蓝色的。

在火星上,正好相反:黎明和黄昏是蓝色的,白天是红色的。

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如果我告诉你,最快 7 年后,人类就可以亲眼见到火星的黎明和黄昏,你会相信吗?

我说的你可以不信,但如果说这话的人是伊隆·马斯克 (Elon Musk) 呢?


 

去年,马斯克代表他创立的 SpaceX 首次宣布了火星殖民计划”Making Life Multiplanetary”(让人类成为多星球物种)。

而在今天——美国时间 2017 年 9 月 28 日,SpaceX 的第一枚火箭猎鹰 1 号首次成功发射的 8 周年纪念日,马斯克向世人宣告:火星殖民计划的初步蓝图已经设计完成。

 

首先:如何飞到火星?

SpaceX 已经设计出了能够登上火星的火箭。

它的名字:BFR。

它的全称:Big Fucking Rocket…

它是 SpaceX 迄今为止体型最大的火箭,远超现役的猎鹰九号 (Falcon 9) 和已经设计出来但还未试飞的猎鹰重型 (Falcon Heavy) 火箭:

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BFR 的高度为 106 米,直径达到了 9 米,和已经退役的世界最重型火箭土星五号 (Saturn V) 相比都稍小一圈。

但得益于 SpaceX 的推进技术,使用完全可回收的配置,并在不进行轨道加油的条件下,BFR 的最大起飞载重比土星五号还要多,足以达到 150 吨。目前的载人配置有 50 个客舱,每个可以装 2-3 人,也即总共 100-150 人一枚火箭。

如果能够造出并试飞成功,BFR 将成为目前最大的现役运载火箭。

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等等,你刚才说什么,轨道加油?

是的,就像战斗机一样,BFR 也可以在空中加油……

具体操作方式是这样的:第一枚前往火星的火箭升空飞向大气层,一级完成任务,脱离并开始进行回收作业;二级,也就是 BFR 的飞船本体,将继续飞行并进入待机轨道;与此同时,另一枚 BFR火箭作为“加油机”升空,同样一级回收、二级继续飞行。

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接下来就是见证奇迹的时刻:两枚火箭的二级都会熄火,并在待机轨道上对接;“加油机”使用推进器将足额的燃料送入第一枚火箭:

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加油完成后,“加油机”返回地球回收作业;重新装满燃料的第一枚火箭将开启或长达数个月的火星远航任务。

这样设计的原因在于,起飞阶段克服地心引力耗用了大量燃料,尽管进入太空后真空并无阻力,但在临近火星时调整姿态,以及在火星上降落的动作都需要相当多的燃料,必须加油才能足够后续使用。按照理论,在轨道上加满油后,BFR 的第二级可以飞往火星、降落,并荷重至多 20-30 吨再次起飞、重返地球并安全落地。

因此,在马斯克对于火星殖民项目的预想中,轨道加油是非常重要、必须存在的功能。

BFR-2

BFR 采用先进的推动系统,二级/飞船上也有一片三角翼,用来辅助调整姿态和稳定起飞、降落。在降落中马斯克还在演讲中展示了模拟出的落地海拔-速度轨迹。由于火星大气相对浓密,降落过程中 99%的动能可以通过空气动力学来消除,飞船整体上是非常节约燃料的。

马斯克透露,目前 SpaceX 已经开始兴建 BFR 火箭的制造工厂,并已经订购了燃料罐等部件的生产设备。

讲完了火箭和怎样去火星,马斯克接下来开始讲计划中到了火星之后的部分。

第一步:

探测风险、完成基建

火星的一天(太阳日)时间和地球比较接近,大约 24 小时 39 分半左右;它的季节更替也和地球类似,但因为轨道远的多,一年时间很长大约 1.88 年,季节也长一倍。它有大气,但比地球稀薄;此前的火星车观测结果也指出火星可能蕴藏冻结的水。这是火星和地球相似的地方。

但火星和地球差异的地方更多,大部分动植物都无法生活,气温常年低于 0 °,最冷时达到零下 87℃;大气无法阻挡太阳辐射、气压极低、二氧化碳浓度极高……火星可能是太阳系内最适合地外殖民的地方,但它仍是一颗人类和其他动植物生存极为困难的星球。

因此,SpaceX 计划首批发射两枚火箭,不载人,只携带探测设备以及基础设施,包括太阳能电池板、采矿设备和生命维持设备,使用自动化程序、机器人先期“踩点铺路”。两枚火箭预计将于 2022 年,也就是五年后发射。

 

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这两枚火箭的最重要任务是确定水资源和火星环境对于人类生存的危害程度,以便后续前往火星的载货、载人任务进行对应调整。

 

第二步:

燃料工厂、建造基地

按照地球和火星的公转情况,火星远航每两年会有一个比较合适的发射窗口。若 BFR 火箭第一批任务进展良好,SpaceX 会在两年后的 2024 年发射第二批 4 枚火箭,其中两枚载人、两枚载货。

去年,马斯克在演讲里说:“面对死亡,你准备好了吗?如果准备好了,那你才可以成为首批上火星的地球人。”这不是一句玩笑话,因为重点不在于谁能首先登上火星插上人类的旗帜,而在于首批上去的人类能否克服千难万险,建立一个能够自给自足的生存系统,成为今后人类在火星上文明的基石。

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燃料工厂将会是这次任务的重要项目之一。火箭将会携带大量的太阳能板和必须的制造设备,人类会在火星上建立第一个燃料工厂,抽取火星大气中丰富的二氧化碳并尝试生产火箭使用的低温液氧甲烷燃料。

另一个重要项目是建立一个基地……

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先是一辆枚火箭,一个基地。然后会有更多的火箭着陆/发射点,围绕基地建造更大的城镇,甚至城市……当然,一切的前提是首批降落在火星的人们能够存活下来。

最后再让我们看一次火星的黄昏:

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如果人类真的去到了火星,将会是这样:

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以及这样:

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距离人类能够亲眼目睹蓝色的黎明和黄昏,可能只需要 10 年不到了。伟大如登陆火星一般的人类创举,能够在有生之年亲见。

只想说,科技真美好……

 


 

火星殖民计划暂时告一段落。

但马斯克还有……One More Thing……

我的飞船都能到火星了,为什么不用它飞去地球的其他地方呢

隆重介绍:

BFR 穿梭地球版

飞机是目前地球上最快的交通工具,但几年后它可能就会被 BFR 取代了。

在 SpaceX 展示的视频里,乘客先从城市的港口登上摆渡船,前往位于海上的发射平台,登上BFR。

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火箭发射,升空,脱离大气层,重返大气层,降落……

想象从纽约到上海,15 – 20 小时的飞机行程,如果乘坐 BFR,高达 27000 公里/时的速度,只用 39 分钟就到了。

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事实上,绝大部分的洲际长途航线,乘坐 BFR 的时间都只需要半个小时左右;地球上随便一个角落,只要起飞降落条件允许,行程都不会超过一个小时。

这是因为 SpaceX 的火箭反推式回收机制,使得 BFR 有充分可能成为民用航空交通工具。而且火箭大部分的行程在大气层外,没有阻力,没有天气。

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另一个重要的原因是,可重复利用配置的 BFR 火箭升空成本低。原因可能在于其部件可重复利用率高。对比来看,猎鹰九号的部件可重复利用率达到了70-80%,而马斯克的预计是可回收重复利用配置的 BFR 升空成本比猎鹰九号( 约 3700 万美元)更低,这意味着 BFR 的部件可重复利用率可能更高,从目前有限的信息来看几乎是 100%。

但别想着你也能坐火箭随便出去玩了,因为票价可能会贵到你高攀不起。

就算 BFR 的全球航线和常态化升空降落机制完善,成本进一步降低。我就按猎鹰九号的 3700 万美元计算,假设它削减一倍左右,到 2000 万美元,加一个 40% 的利润率,2800 万美元一次起飞。如果满载 150 人,每人的费用还是能达到 18.7 万美元,并不是一场说走就走的旅行……

更别提你能承受得了起飞十几个 G 的重力加速度吗?

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