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SpaceX星际移民计划：马斯克心中的星际飞船明年完工

百家作者：大数据文摘 2018-09-17 06:58:52

大数据文摘出品

编译：魏子敏、蒋宝尚

Elon Musk和SpaceX正在筹划的秘密“星际飞船”建造计划浮出水面。这艘名叫Big Falcon的庞大火箭最多可以容纳100人，并向火星运送150吨货物。整个计划有如“科幻小说”般，危险但让人兴奋。

12月，在洛杉矶港口出现了一个巨大的白色帐篷。这款占地20,000平方英尺（约合1858平方米）、价值50万美元的庞然大物，属于马斯克创立的火箭公司SpaceX。

几个月后，马斯克透露了这一“帐篷”的真正作用：帐篷下，SpaceX的工程师正在建造一个巨大的、星际旅行级别的太空船——大猎鹰火箭（或者，正如马斯克所说，Big F***ing Rocket）。

上周四，SpaceX已经宣布了首批私人星际旅行乘客将乘坐BFR完成绕月旅行。同时，SpaceX也表示，乘客明确身份在当地时间的周一，也就是明天被透露。

首批私人星际旅行乘客相关报道：

https://www.businessinsider.com/spacex-moon-mission-big-falcon-rocket-spaceship-2018-9

BFR项目再次提醒了大家，SpaceX 公司正在做着殖民火星的努力，并且进展迅速。

之后马斯克还透露了更大的抱负——向火星发射一个无人驾驶的货物仓。这个目标，马斯克称预计将在2022年实现。之后，他希望能够将人类运送上去。

据海外媒体Business Insider报道：马斯克希望有两个行星供人类居住。消息出来后，不少人认为这非常疯狂，但并非毫无道理。

SpaceX在洛杉矶港口的一个巨大的白色帐篷中进行这一个工程。图片来自Google Earth Pro

整个BFR 由157英尺的太空船组成，火箭助推器是一个高191英尺的“大家伙”。整个部分高达35层楼，比自由女神像还高。

当燃料充足时，这个庞然大物重达为900万磅，可以运载重量为150吨的货物，同时可容纳100名乘客。

最重要的是，整个系统将是100%可重复使用的，这是人类史上的第一个可重复使用的运载火箭。

大猎鹰火箭向太空发射的图示。credite to SpaceX官方

因为BFR承载着马斯克对未来的愿景，所以这个项目成为了人类有史以来最艰难的工程项目之一。

到目前为止，SpaceX大部分都保密，我们对帐篷里发生了什么完全不了解，所有的相关人员对于这件事都守口如瓶。

因此，无论是专家还是公众，都务必好奇SpaceX如何建造马斯克心中的星际飞船。

2019：第一艘火星宇宙飞船元年？

马斯克在国际宇航大会上发言。

马斯克表示，BFR系统最终将取代SpaceX目前使用的每一枚火箭和宇宙飞船，因为相对于一次性火箭，它的发射成本更低廉。

为此，该公司最近筹集了数亿美元，其中大部分可用于BFR项目。SpaceX的6000名员工中有越来越多的人开始接触这项工作。

根据马斯克的说法，第一个原型应该在2019年完成。

整个帐篷的建设可能会花费18—24个月，因为准备制造机身的工具，建造宇宙飞船的前身会相对花费一些时间。相比之下，NASA的航天飞机轨道飞行器（比BFR宇宙飞船还小）每个都花费了大约五年的时间。

一旦建成，宇宙飞船原型很可能乘坐驳船穿过巴拿马运河，在德克萨斯州下车，然后用卡车运到内陆。该公司总裁兼首席运营官Gwynne Shotwell在9月初的一次会议上表示，它将在2019年末开始一系列短暂的“跳”测试。

与此同时，工人可能完成了建造SpaceX公司在洛杉矶港的BFR工厂，该设施面积约为20万平方英尺，是白色帐篷的10倍。

根据SpaceX公司的计划预计在2020年，当所有部件都准备好后，助推器将在离地球数十英里的地方将飞船升空，然后降落进行检查和加油。与此同时，这艘宇宙飞船将发射引擎，加速进入绕地球运行的轨道。

SpaceX计划如何在火星上建立一个基地和甲烷燃料库的图表

不过，这艘飞船届时将几乎耗尽燃料，因此SpaceX计划发射几乎相同的宇宙飞船，从而与第一艘在轨的飞船相遇。两艘非常将以每小时17500英里的速度进行一系列的会合，耗尽燃料的飞船的储罐将装满液态甲烷和液氧。

SpaceX首席火星开发工程师保罗·伍斯特(Paul Wooster)表示，采用这种做法，将会重新有效的设定火箭方程。将100吨或者更多的货物送到近地轨道，然后对接，如此，飞船可以将资源带到任何地方，包括火星表面。

马斯克心中的火星城

按照设计，BFR的宇宙飞船需要在火星上补充燃料，进而能够为返回地球提供动力。SpaceX计划利用火星土壤中的水、稀薄空气中的二氧化碳以及太阳能电池板发电来制造氧气和甲烷燃料。

来自地球的纤维使者

SpaceX的BFR太空飞船登陆火星的示意图。credite to SpaceX官方

BFR不是普通的太空船：它承担着发射、在轨道上加油、忍受数月太空飞行、降落在火星上，离开火星、安全返回地球，然后重复这个过程的重任。

这就是为什么马斯克计划建造“由先进碳纤维材料构成”的整艘太空船。

碳纤维复合材料由许多边界细微但超强的碳线制成。当通过加热固化时，环氧树脂硬化成纤维周围的超韧树脂。

绑成一个结的碳纤维束

在这种情况下，纤维整体力量大于其各部分的总和。许多碳纤维复合材料的性能可以超过钢的性质。一些变体还符合铝这种航空航天工业的轻质建筑材料的性质，而其质量只是金属质量的一半。

但是用碳纤维建造巨大的结构并不容易，而SpaceX正在建造的航空和太空飞行史上前所未有。

有史以来最大的同类载人飞行器是波音公司的787梦想飞机商用喷气式飞机，其重量约占复合材料的50％。

马斯克透露了有关SpaceX如何制造碳纤维船的第一个线索，他在4月份在Instagram上分享了一张40英尺长的金属圆筒照片，旁边有一块看似很小的特斯拉汽车。

“这将是用于BFR行星际飞船的SpaceX主体工具，”马斯克在Instagram上说。（此后他删除了这张照片。）

一种直径大约30英尺的“轴心工具”，SpaceX将用它来制造大型猎鹰火箭飞船。credit to 马斯克Instagram

但使用这种材料制作宇宙飞船危险重重。

为了证明技术上的突破，SpaceX建造了有史以来最大的碳纤维复合材料燃料箱，然后马斯克的工作人员将其绑在驳船上，拖入海中，充满低温液体，加压超出极限，并猛烈爆裂。

一个是环氧树脂在室温下慢慢固化。根据美国联邦航空管理局的规定，每种环氧树脂具有不同的固化速率，但用于制造飞机的种类在大约四周后变得无法使用。这意味着SpaceX只有一个月的时间来建造宇宙飞船的每个主要部分。

另一个挑战是碳纤维复合材料并不真正喜欢接触超冷或低温液体。但要保持液态，甲烷必须保持在-259华氏度以下，氧气低于-297华氏度。

这一挑战的利害关系在2016年变得清晰，当时SpaceX的Falcon 9火箭之一在发射台上爆炸，同时携带了大约2亿美元的卫星。最可能的原因是：充满低温液体的碳纤维包裹罐的破裂。

在SpaceX的巨型碳纤维坦克内。 credit to SpaceX / Elon Musk

用碳纤维复合材料制造大部分宇宙飞船还有另一个重大挑战：如果材料没有正确固化，那么难以察觉且潜在的任务结束缺陷可能会被烹饪到宇宙飞船的身体中。

为了避免这种灾难性的缺陷，碳纤维复合材料必须在尽可能多的压力下挤压以挤出气泡，坍塌空隙并确保牢固的粘合。

如何避免因部件损坏让任务搁浅

无论在那个白色的大帐篷下发生了什么，有一件事是肯定的，“SpaceX需要非常仔细地做好检查工作。这是因为碳纤维复合材料不容易出现裂纹，所以当复合部件出现问题时，表面可能不会有任何表现。“

波音的工人们为波音787梦想飞机寻找碳纤维复合材料。credit to 波音

为了检查碳纤维部分，SpaceX需要用超声波扫描仪每一个部分。

“可能在飞机上遇到一些问题，但飞机不会爆炸，但是在火箭发生任何不稳定的事情都是灾难性的。火箭会爆炸，导致人类死亡。”

为了降低这种风险，SpaceX会遵循行业标准做法，制作示范零件，切割足长的样品，在压力测试中反复测试。工程师可以将测试数据输入计算机模型和模拟器中，用来估计飞船的运行方式。

这是一个相当繁琐的过程，这也是航空航天材料推出极其缓慢的一个原因，”SpaceX方称。

但是，SpaceX还是将构建并测试一个全面的宇宙飞船。

在发动机传感器发生故障后，2014年8月，SpaceX Grasshopper火箭在半空中爆炸。credit to SpaceX

SpaceX的许多实验性发射和着陆都是在猛烈的爆炸中结束的。

该公司经受了不少失败的火箭发射，付出了昂贵的代价。今年早些时候，马斯克就警告说，SpaceX史上最大的火箭“猎鹰号”重型火箭在第一次航时可能会爆炸。虽然当时的发射顺利完成，但也可以从中看出马斯克的态度。

然而，一旦飞船执行任务，飞行中的检查和修理仍然是必不可少的。

“这是一个漫长的任务，相关专家表示。“在途中发生某种破坏或失败的可能性非常大。”

例如微小的岩石或彗星尘埃在太空中是极其危险的，因为它们能以每小时数千英里的速度撞击宇宙飞船。

即使在地球上，碳纤维复合材料的修复也是非常棘手的。例如，当国防部需要修理碳纤维复合材料喷气式战斗机时，工人们会在受损区域进行打磨和抛光，用“花式铲子”涂上一层环氧树脂，将受损区域置于真空中，然后加热。因此可以想象，在地球上很难修复的东西，在太空中执行和完成的难度要高出几个数量级。

宇宙飞船可不会凭空出现

在国际空间站停靠的BFR太空飞船。credit to SpaceX

另一位航空专家Cáceres说，每一次BFR发射可能要花费1000万美元左右，因为该系统被设计为多次重复使用，所以大部分花费用于燃料方面，因为该系统被设计为多次重复使用。相比之下，猎鹰重型火箭每次发射的成本接近1亿美元。

但是，建造和测试BFR所需的金额是巨大的，大约在40亿~50亿花费之间。如果马斯克失败的话，这个成本还会花费更多。然而，拖延，也在一定程度上会加大成本。

这就是为什么如此多的政府太空项目往往如此昂贵，因为它们的研发周期非常非常的长，这不仅是出于技术原因，也是出于预算和政治方面的原因。

SpaceX描绘的一艘载有月球乘客的大猎鹰火箭飞船。credit to SpaceX

如果SpaceX展示出足够成果，NASA可能会参与进来，并投资进一步的开发，从而能够缓解资金的压力。

Cáceres预测：“最终，BFR可能成为美国政府-SpaceX联合项目，因为这是一件规模太大、太复杂的事情，一家公司无法单独处理。”

如果SpaceX成功地让一名游客在月球上旅行，不用打广告，美国宇航局和控制政府财政的立法者们也会非常的感兴趣。

“火箭爆炸，星际旅行者丧命太空”

SpaceX的太空船正在绕地飞行。credite to SpaceX

在建造BFR和向月球发射乘客之前，SpaceX必须完成一项更直接的任务。这是该公司成立16年来的第一次，即将美国宇航局的宇航员发射到国际空间站。Cáceres说：“如果BFR要起作用，那么使用Falcon 9号或Falcon重型火箭发射一艘载人太空舱必须成功。”

但是，即使这些旅行进展顺利，整个世界也必须时刻做好准备：星际乘客在火星上死亡、或者死亡在前往火星的途中死亡的概率仍然很高。

2016年，当马斯克向国际宇航大会提交了他的计划时，一位观众问谁应该是第一批登上SpaceX火星任务的人。“第一次火星之旅将是非常危险的。死亡的风险将很高，根本无法避免。”马斯克补充说，“基本上是：你准备好牺牲了吗？如果可以的话，那你就是候选人。”

移民火星，地球准备好了吗？

火星图片

相当大一部分美国人现在认为，运送私人乘客到空间站有点“例行公事”，也有反对声认为这非常的危险。

但是别忘了，早期的商业铁路、汽车和航空工业都不怎么安全，但是随着发展，他们的安全性能已经非常高了。如果SpaceX要实现星际旅行这样的目标，或许我们应该对其多一些期待。

危险无处不在，SpaceX或许会失败，或许会导致人类死亡。但是要知道在人类的更早时期，探险家在危险的环境中，进行了长达数年的海洋航行。从而开辟了新大陆，发现了新资源，促进了人类生产力的大幅度提升。

这次旅行，第一位私人登月者已经签订了一系列协议。所以，将太空旅行开放到民间，而不是政府把控是个重要的条件。

当然，可能会有很多人献出生命，但是如果不能接受这些挫折，我们的探索太空之旅或许将停滞不前。