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近日,馬斯克又做了一項瘋狂舉動,在美國佛羅里達州,Space X完成了一次特殊的發射任務——也是人類航空史上的第一次,把火箭發射,然後炸燬。

此次馬斯克使用的火箭是獵鷹9號,它是SpaceX公司研製的可回收式中型運載火箭。獵鷹9號於2010年6月4日完成首次發射,於2015年12月21日完成首次回收,一枚獵鷹9號火箭的總造價約為5000萬美元,約合人民幣3.4億。

而火箭上搭載的則是馬斯克的“龍”飛船,這是全球屈指可數的商用太空飛船之一,是世界上第一艘由私人公司研發的航天飛船。

龍飛船內部

然而,這並不是馬斯克有錢燒的,他此舉的目的是為了展現載人艙逃逸技術。

在佛羅里達州,獵鷹9號比比原計劃推遲了1天零2個小時30分鐘之後成功發射,1分鐘24秒左右,火箭速度超過1600公里/小時,引擎熄火,太空艙上的八個推進器同時點火,並達到最大推力,太空艙彈射而出。。

在發射後不到90秒的時間內,火箭達到了稱為“Max Q”的臨界速度。這是最大的空氣壓力,地球上濃密的大氣層在加速向天空飛行時對火箭施加巨大力的時候。

這時,Space X出觸發了緊急逃生系統,正式開始飛行中的“中止測試”(這是為了測試火箭發射失敗時,逃生系統是否安全有效,符合設計要求)。“龍”飛船載人艙迅速與火箭分離,開啟降落傘回到地球,“獵鷹”火箭隨後爆炸,可以說這是人類史上最貴的煙花了。

2分25秒後,太空艙與推進器分離,呈自由落體狀向大西洋墜落。9分04秒,太空艙安全“落水”,成功完成了應對火箭災難性事故的安全性測試。

這項精彩的展示對於Space來說是富有意義的,因為這是決定美國宇航局批准該公司的太空艙搭載宇航員的關鍵。

但其實“龍”飛船早在2015年就成功進行了一次發射終止測試,八個逃逸用發動機同時點火併達到最大推力,將“龍”飛船帶離發射臺,幾秒鐘內達到345 mph的最大速度,隨後終止燃燒,主幹部分脫落,降落傘啟用,飛船平穩降落在大西洋上。

除了馬斯克的幾次展示,航空航天逃逸系統其實已經發展了很多年。

在1958年的時候,一位叫做馬克西姆-法蓋特的美國工程師提出了逃逸塔的理念,就是在整流罩頂端加一根長棍,上面傾斜地裝著幾臺大推力固體火箭發動機。一旦火箭有事,就立刻點燃這些發動機,然後炸開飛船與火箭之間的連線部分,把飛船帶到高空,依次拋掉整流罩、飛船推進艙,最後按照正常程式開啟降落傘回收。

由此航空航天逃逸系統開始發展,比如美國第一個載人飛船系列“水星”號,1961年5月-1963年5月美國共發射6艘“水星”號飛船,“水星”飛船的逃逸系統是採用發動機將飛船升高760 m,然後開啟降落傘,此種方法產生的動力過載達309;“阿波羅”飛船也是採用應急發動機救生方案。在發射前後的30 min內,隨時可使飛船發射到1220 m的高空,水平距離可達610 m。個人救生方案主要是指航天員使用彈射座椅逃離乘員艙,然後展開降落傘返回地面。

而在軌發生事故時可採用的方案包括:從地面發射營救航天器,軌道上備有營救航天器和採用再入救生系統。後者採用太空逃逸、再入和返回地球三步法救生。

很多時候飛船之所以會發生事故,往往是因為人為的疏忽導致,1986年1月28日,挑戰者號在進行代號STS-51-L的第10次太空任務時,在升空後73秒時,爆炸解體墜毀。機上的7名宇航員都在該次事故中喪生。

原因是“挑戰者”號在發射升空時因其右側固體助推器(SRB)的O型密封環失效,毗鄰的外部燃料艙在洩漏出的火焰的高溫燒灼下產生結構失效,最終導致高速飛行中的太空梭在空氣阻力的作用下於發射後的第73秒解體爆炸。而挑戰者號則沒有逃逸塔。

像俄羅斯的“聯盟MS-10”號宇宙飛船火箭發生故障,宇航員就成功利用逃逸系統實現了逃生,降落在了在哈薩克傑茲卡茲25公里處。

馬斯克的Spac X 研製的火箭為了實現可重複使用和降低成本,取消火箭整流罩,讓飛船直接露在外面。然而這樣就沒地方裝逃逸塔了。於是,他們把逃逸發動機都裝到了飛船的尾巴上。一旦火箭有事,就直接把飛船“推”出去,而不是像逃逸塔那樣“拉”出去。

但不管怎麼樣來說, 其實都不太需要炸燬整個火箭,來展示載人艙逃逸技術,馬斯克的此舉頗有些秀肌肉的想法,向大家展示其公司深厚的技術,表示他提出的載人計劃是可行的。

SpaceX表示,將在今年3月進行首次龍飛船載人任務,將宇航員Doug Hurley和Bob Behnken送抵國際空間站。

除此之外,Space X正在研製重型運載火箭“星舟”,有望於2020年實現載人飛行。“星舟”的目標是將超過100噸有效載荷送入月球或火星表面,以經濟的價格為建立月球基地和火星城市運送人力、物力。最終實現運送多達100人進行長距離星際飛行 。

馬斯克還發表了一系列的推文,到2030年,要把1000名人類送上火星,到了2050年這個數字將變成100萬。他還透露了有關計劃於2050在火星上建造一座100萬人口城市計劃的新細節。

他說,SpaceX為此計劃在未來10年內建造1000艘“星際飛船”。馬斯克表示,目標是平均每天發射3艘“星際飛船”,讓每個人都能開始火星之旅。

為了可以讓大家都去成,馬斯克甚至還提出了利用火箭在地球各個城市往返的設想:只需要30分鐘,就能到達地球上的每個角落,方便大家前往火星。他信誓旦旦宣稱“會讓每個人都能去,只要他們願意。沒有錢去火星的人會得到貸款。”

那實現沒有錢的怎麼辦呢?可以到了火星之後打工還錢,到時候火星會有許多的工作。

馬斯克火星旅行計劃可行嗎

但是我們也要清晰看到目前登陸火星的鴻溝,地球到火星的最近距離約為5500萬公里,最遠距離則超過4億公里。兩者之間的近距離接觸大約每15年出現一次。1988年火星和地球的距離曾經達到約5880萬公里,而在2018年兩者之間的距離將達到5760萬公里。

從地球到火星,美國的維京1號,用了304天飛抵火星,併成功登陸,從目前的航天器到火星的時間來看,大致需要6-10月左右。

一個正常體形的乘員每天需要消耗總重約5公斤的氧氣、水和食物,才可以完成標準太空飛行任務一天所需工作;與此同時,他也將排洩出多種代謝終產物。大致消耗拆分如下:0.84公斤氧氣、0.62食物和3.52水;並經過身體處理轉化成0.11公斤固體排洩物、3.87公斤液體排洩物和1.00公斤二氧化碳。

而你要搭載這麼多人前往火星,構建維持旅行者半年多生存的環境控制與生命保障系統,那麼整個規模會有多龐大,那你可以想象一下整個飛船的體積會有多龐大,那火箭發動機的推力要多強。

除此之外,從火星返回也是一個大難題,。航天器在軌道上的運動是在地心力場作用下,基本按天體力學規律運動,改變執行速度可使航天器脫離原來的執行軌道而轉入另一條軌道,若速度的變化可轉向進入地球大氣層的軌道,則可能實現返回。航天器從外層空間返回地面須經歷離軌、過渡、再入和著陸4個階段。

科學家在“阿波羅11號”上,裝有一臺推力1.6噸的上升發動機,該發動機點火後只需4分鐘左右的時間便可推動其進入月球軌道,隨後“阿波羅11號”在拋棄登月艙後開啟服務艙發動機獲得更大的速度,使其脫離月球軌道奔向地球軌道。

而火星的重力還是月球的2.4倍。科學家計算過,從月球表面起飛的品質每增加一公斤,其發射時就需要多632公斤的負載,比如油箱和燃料,而從火星上發射進入太空,每公斤品質需要的燃料比例要高出10倍以上,這是人類無法承受的。

人類如果沒有辦法在火箭動力系統上取得進一步的突破,比如發展核動力,那麼想實現火星旅行可以說是非常困難的。(還有就是構建可再生的環境控制與生命保障系統)

但不管怎麼說從2002年Space X 成立,馬斯克就一直在構建載人星際旅行的巨集偉藍圖,不管這是不是馬斯克營銷的噱頭,不得不承認,Space X的確是世界上技術實力最強的民營航天企業。畢竟自2011年太空梭退役,美國重新獲得本土發射宇航員進入太空的能力,而這一創舉將由一傢俬人民企完成。

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