SpaceX與NASA:誰將率先將人類送上月球?

北京時間2月10日消息,據國外媒體報道,人類一直到1972年才第一次登上月球。但是,隨着商業載人太空時代的帶來,重返月球的願望重新被點燃,新一輪的太空競賽也隨之開啟。NASA已經選擇與私人太空公司SpaceX合作,讓後者參與NASA的部分商業太空飛行任務。但是,SpaceX也有自己的太空探索計劃。

為了登陸月球和其他更遠的星球,NASA和SpaceX都在開發新一代重型火箭:SpaceX有星艦(Starship),NASA有太空發射系統(SLS)。

那麼,星艦和SLS有什麼不同?哪一個更加強大呢?

SpaceX的星艦

火箭進入軌道需要經歷多個階段。在飛行過程中,火箭會逐步丟棄用盡的燃料箱,從而減輕自身重量,這樣可以更加容易地加快飛行速度。一旦投入使用,SpaceX的發射系統將包含兩個階段:被稱為「超級重型」(Super Heavy)的運載火箭和星艦。

超級重型推進器由猛禽火箭發動機提供動力,使用的燃料為液態甲烷和液態氧的混合物。液體燃料火箭發動機的基本原理是,在燃燒室內將兩種推進劑(如煤油一類的燃料和液氧一類的氧化劑)混合後點燃。火焰在高壓下產生熾熱氣體,高溫氣體高速從發動機噴嘴排出,從而產生推力。

火箭在發射時,可以產生1500萬磅的推力。這個推力,大約是阿波羅時代的火箭推力的兩倍左右。星艦位於運載火箭的頂部。星艦本身配有另外六台猛禽發動機,擁有一個大型任務艙,可容納衛星、最多100名船員的隔艙,甚至還可以放下額外的燃料箱,以便在太空中為飛船補充燃料。這些對於長時間的星際載人飛行至關重要。

SpaceX與NASA:誰將率先將人類送上月球?

超級重型與星艦分離

星艦可以在真空的太空中飛行,也可以地球和火星的大氣層中飛行。星艦將使用可移動的小型機翼滑翔至理想的着陸區。

一旦滑翔至着陸區上方,星艦將翻轉到垂直位置,然後使用飛船上的猛禽發動機進行動力下降和着陸。星艦也將具有足夠的推力,從火星或月球表面升空,克服這些星球上較弱的引力,並返回地球。返回地球時,星艦會再次翻轉到垂直位置,然後動力降落到指定位置。星艦和超級重型推進器都是完全可重復使用的,整個系統按設計可以向火星或月球運載100噸以上的有效載荷。

宇宙飛船如今發展迅速。星艦原型機SN8在最近一次試飛中,成功地展示了完成這項任務所需的一系列動作。但不幸的是,機上的一台猛禽發動機出了故障,導致SN8在着陸時墜毀。2月初,SN9原型機在10km高空試飛,但試驗又失敗了。這次試飛,起飛及空中階段都很順利,但SN9在返回階段出現了劇烈的抖動,最後觸地爆炸。不過,原型機SN10已經就位,預期下一次試飛不會太遠。

NASA的太空發射系統

NASA的太空發射系統(SLS)將從中止的土星五號接過重任,成為該機構有史以來使用過的最強大火箭。當前的「土星五號」化身(SLS block 1)高約100米。

SLS的核心階段包含330萬公升以上的液態氫和液態氧(相當於1.5個奧運會規模的游泳池)。該核心階段由四台RS-25發動機提供動力,其中三台發動機曾用於之前的航天飛機。RS-25發動機與猛禽發動機的主要區別在於,前者燃燒的是液態氫,而後者燃燒的是液態甲烷。

SpaceX與NASA:誰將率先將人類送上月球?

SLS的各個階段

火箭核心階段的兩側分別有一個固體火箭推進器,用以輔助。在發射時,核心階段可以提供820萬磅的總推力——比土星五號的發射推力還高出5%。這枚火箭可以將飛船送入低地球軌道。上級推進器旨在將飛船上的有效載荷(如宇航員太空艙)推出地球軌道。這是一枚由單個RL-10發動機驅動的小型液態燃料推進器。RL-10發動機已經用於ATLAS和DELTA火箭,比RS-25發動機更小更輕一些。

作為阿爾忒彌斯一號任務的一部分,SLS將承擔起把獵戶座載人飛船送往月球的重任。獵戶座載人飛船可以維持6名宇航員21天的生活。NASA目前的火箭,無法執行阿爾忒彌斯一號任務。

獵戶座載人飛船按計劃將擁有大型的丙烯酸窗戶,方便宇航員在旅程中觀看窗外風景。該飛船也將擁有自己的發動機和燃料供應,以及返回地球時所需的輔助推進系統。未來的空間站(如月球門戶)將充當後勤樞紐,其中可能也會包括燃料補充。

SLS的核心階段和推進器火箭不太可能重復使用。它們不會着陸,而是掉落在海洋中。因此,SLS系統不僅材料成本昂貴,環境成本也更高。根據設計,SLS可以升級到更龐大的階段,以便運載重達120噸的機組人員或貨物,可能超過星艦的載荷。

SpaceX與NASA:誰將率先將人類送上月球?

NASA的SLS和SpaceX的星艦,兩者均有望將人類送上月球或更遠的星球。

SLS上使用的許多技術被稱為「老式技術」,因為這些技術改造自之前的太空任務,這樣可以縮短研發時間。但是,一月份的時候,SLS核心階段的點火測試,在開始後一分鍾以失敗告終。這次點火測試原計劃為八分鍾。失敗原因疑似為組件故障,且並未造成火箭嚴重損壞。SLS項目經理約翰·霍尼卡特說:「我不認為我們需要大幅修改設計。」

孰優孰劣?

那麼,到底哪一個太空飛船有望率先讓人類重返月球呢?按計劃,阿爾忒彌斯二號將是首個使用SLS執行月球飛越任務的載人計劃,預期將於2023年8月發射。SpaceX還沒有載人發射的具體計劃日期,但該公司正在運行一個#dearMoon項目。該項目涉及月球太空旅行,計劃於2023年啟動。馬斯克還表示,載人火星任務最早將於2024年實現,屆時也會使用星艦執行任務。

歸根結底,這場競爭的一方是擁有多年測試經驗但時時受到納稅人預算波動和管理政策變動限制的機構,另一方則是相對年輕的公司,但已經發射了109枚獵鷹九號火箭,且成功率達到98%,資金也充沛。

不管誰先登陸月球,我們都將開啟一個太空探索的新時代。在地球之外,仍有很多科學謎團,等待我們去解答。

來源:cnBeta