從長遠來看,在一個資源恒定的世界裡,人類的命運就是爭奪資源,甚至國家或種族之間也將因此為敵。終極的解決辦法是什麼呢?《趕往火星:紅色星球定居計劃》一書中認為可能只有在一個資源無限的宇宙中,所有人才會成為兄弟姐妹。
定居火星,聽起來似乎很遙遠很科幻,遠水真能解近渴嗎?
之所以提到這一遠景,因為作者、航空航太工程師羅伯特祖布林認為,探索火星不需要什麼神奇的新技術,用今天已經存在的技術,我們就能在十年內,建立火星上的第一個前哨基地。
宇宙射線、太陽耀斑、零重力、成本過高、心理因素、維生系統——這些反對者提出的阻礙,正在一點點消解。比如,利用現有的化學推進劑,人類從地球去火星只需要六個月,這完全是人體和心理能夠承受的航程,也是許多太空人在太空站度過的標準時間。
事實已經證明,普通人進入太空並非不可能。去年,藍色起源、維珍銀河都成功完成了首次次軌道太空旅遊之行,SpaceX則成功將4名平民送入了近地軌道。
所以,作者大膽預言,下一個世紀屬於火星。
而在這如同發現新大陸一般重要的探索中,決定誰能去、誰不能去火星,自然就成了新的國家級競爭焦灼點。去年底,馬斯克的SpaceX星鏈衛星引發中國熱議。前不久美國又宣布對中國航太科技集團一院、中國航太科工集團四院,以及保利科技公司三家企業實施制裁。
前方不忍直視,不如望向遠方,去開拓下一個故鄉,去向外發展而脫離內耗。在這個冬天,不妨先來瞭解一下,人類如何前往火星?
前往火星:不然試試用甩的?
計畫一次長途旅行,首先得選擇路線和交通方式,探索火星也一樣。迄今為止,所有行星際任務都是「直接發射」,採用燃料點火、噴氣推進,依靠運載火箭將飛船送到近地軌道,阿波羅登月計畫就是這樣實現的。
但如大家所知,這樣的方式十分消耗物力財力,將阿波羅號太空人送上月球的土星五號,研發費用就高達64億美元。這種燒錢模式,恐怕只有在美蘇爭霸的冷戰局面下,才有可能獲得納稅人支持。和平年代,重新設計和製造土星五號這樣的重型推進器,看來難度重重。
那麼,有沒有其他出行方式呢?
最近,總部位於美國加利福尼亞州的初創公司SpinLaunch,因其創新的太空飛行方法而登上了新聞頭條。簡單來說,這家公司想將人類「甩」進太空。
SpinLaunch研究出一種使用動能作為主要方法的發射系統。透過真空密封離心機,以每小時數千英里、幾倍於音速的速度旋轉火箭,將其投擲到太空中。
這種方式有兩個好處。一是便宜。傳統的太空火箭依靠大量的燃料來離開地面,成本高昂,在太空梭時代,將物品送入地球軌道的成本約為每磅10萬美元。SpaceX的火箭回收技術因為可重複使用,大大減少了成本,將價格降到了每磅2000美元。而SpinLaunch的動能系統在大大減少進入軌道所需的燃料,理論上能夠進一步降低價格。
二是擴大容量。無需攜帶大量燃料,自然就增加了火箭的有效負載,提升了發射的整體商業價值。SpinLaunch為其軌道飛行器設計了能夠攜帶約200公斤的有效載荷,相當於幾顆小型衛星。
這種方式,真的靠譜嗎?
其實這一技術邏輯並不新鮮,早在20世紀60年代,美國和加拿大就開發了HARP(高空研究專案)系統,可以將探測器投射到高層大氣中。這實際上也奏效了,但專案最終因政治原因被取消。
而SpinLaunch作為商業公司,則在去年證實了動力學發射的商用可能性。其首席執行官喬納森‧亞尼(Jonathan Yaney)曾告訴媒體:「我們必須證明,我們真的可以做到這一點。」
2021年10月,SpacePort在新墨西哥州進行了一次測試發射,只使用了20%的功率就將原型機發射到空中「數萬英尺」。
當然,這種「甩人」方式也有風險。
首先是可靠性。高速旋轉是極其危險的,可能造成災難性的後果。而和火箭爆炸不同,這種動能發射系統如果失敗,將失去火箭和整個動力裝置,而火箭爆炸只會失去一枚火箭,兩者的成本不可同日而語。
其次是商業潛力。一方面,依靠動能,火箭的上升高度有限,這種方法沒法發射太大的火箭;此外,高海拔地區的大氣壓力更低,更適合這種發射模式,但同時建設成本和工程複雜性也提升了。如果最終成本高於spaceX那樣的可重複回收的火箭,那麼商業前景還是很渺茫。
此外,發射只解決了去程的問題,一次完整的太空任務還需要返程方案,而這種動力裝置在月球、火星顯然是無法複製的。
當然,目前只是開始。SpinLaunch仍然有很多東西需要證明,因此它們也計畫在未來六到八個月內從美國太空港進行約30次次軌道試飛。
其實除了spaceX的火箭回收方案、SpinLaunch的動能方案,美國還在開發一種火箭替代品,透過沖壓噴氣機以7馬赫的速度,將有效載荷發射到近地軌道。這種系統可以在一天之內多次發射,並且可能比SpinLaunch更便宜、更安全。
毫無疑問,去往火星的征途,已經成為新世界的前線,人類距離無盡的宇宙,又近了一步。
商業力量:商業公司為何成為航太明星?
太空探索原本是一項技術和資金雙高的事情,一直是國家競爭的領域。而越來越多的私人商業公司,正在加入其中並帶來了諸多模式創新,讓進入太空不再是少數菁英的夢想,開始與普通平民產生關聯。
商業航太公司的快速成長,不斷改變遊戲規則、顛覆傳統「火箭方程式」,與網際網路時代的商業公司崛起一樣,是一個值得矚目的現象。
關於航太,我們瞭解的只是皮毛,但從成熟的資訊技術產業規律,或許可以粗略感受未來的商業藍圖。
IT產業的規律之一,是摩爾定律。關於這一定律有很多種表述,可以理解為積體電路上可容納的電晶體數目,每隔18個月便增加一倍;或是相同價格所買的電腦,性能每隔18個月增加一倍;又或者是同樣性能的電腦,每隔18個月價格下降一半……總之,本質就是越來越低價高質,有著比傳統行業更快的增長速度。
顯然,火箭發射也因為商業公司的參與,不斷沿著這一路線演進,實現高速發展。
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