SpaceX与NASA:谁将率先把人类送上月球?

2021年2月10日18:11:57科学探索91阅读模式

SpaceX与NASA:谁将率先把人类送上月球?

据国外媒体报道,直到1972年,人类才首次登上月球。然而,随着商业载人航天时代的到来,重返月球的愿望重新燃起,新一轮的太空竞赛也开始了。NASA选择与私人航天公司SpaceX合作,让后者参与NASA的一些商业航天任务。不过SpaceX也有自己的太空探索计划。

为了登陆月球等遥远的星球,NASA和SpaceX正在研发新一代重型火箭:SpaceX有星舰,NASA有空间发射系统(SLS)。

那么,星舰和SLS有什么区别呢?哪个更厉害?

SpaceX的星际飞船

火箭进入轨道有许多阶段。在飞行过程中,火箭会逐渐丢弃耗尽的油箱,从而减轻自身重量,从而更容易加快飞行速度。一旦投入使用,SpaceX的发射系统将包括两个阶段:称为“超级重型”的运载火箭和星际飞船。

超重型推进器由猛禽火箭发动机提供动力,使用的燃料是液态甲烷和液态氧的混合物。液体燃料火箭发动机的基本原理是两种推进剂(如煤油燃料和氧化剂如液氧)在燃烧室中混合点火。火焰在高压下产生热气,高温气体从发动机喷嘴高速排出,从而产生推力。

当火箭发射时,它可以产生1500万磅的推力。这个推力大约是阿波罗火箭的两倍。星际飞船在运载火箭的顶部。星舰本身装备了另外六个猛禽引擎,还有一个很大的任务舱,可以容纳卫星,可以容纳多达100名船员的舱室,甚至可以放下额外的燃料箱给太空中的飞船加油。这些对于长时间载人星际飞行非常重要。

SpaceX与NASA:谁将率先把人类送上月球?

脱离星舰的超重型星舰可以在真空空间飞行,也可以在地球和火星的大气层飞行。星舰将用小活动翼滑行到理想着陆区。

一旦滑翔到着陆区上方,星舰就会转向垂直位置,然后利用飞船上的猛禽引擎断电着陆。星际飞船也将有足够的推力从火星或月球表面起飞,克服这些行星上的弱引力,返回地球。返回地球时,星舰会再次转到垂直位置,然后动力下降到指定位置。星舰和超重型推进器完全可重复使用,整个系统设计为携带100多吨有效载荷到火星或月球。

如今航天器发展迅速。在最近的飞行试验中,原型SN8成功地演示了完成这项任务所需的一系列动作。不幸的是,船上的一个猛禽引擎坏了,导致SN8着陆时坠毁。2月初,SN9原型机在海拔10km的地方进行了测试,但再次测试失败。试飞、起飞和空中阶段都很顺利,但SN9在返航阶段经历了剧烈的摇晃,最终在地面爆炸。不过SN10样机已经到位,预计下次试飞不会太远。

美国宇航局的太空发射系统

美国宇航局的空间发射系统(SLS)将接替悬挂的土星五号,成为美国宇航局有史以来最强大的火箭。土星V (SLS区块1)现在的头像大概有100米高。

SLS核心级包含330多万升液氢和液氧(相当于1.5个奥运游泳池)。这个核心阶段由四个RS-25发动机提供动力,其中三个用于以前的航天飞机。RS-25发动机和Raptor发动机的主要区别是前者燃烧液态氢,后者燃烧液态甲烷。

SpaceX与NASA:谁将率先把人类送上月球?

SLS的每一级都有一个固体火箭推进在火箭核心级两侧辅助。在发射过程中,核心级可以提供820万磅的总推力,比土星五号的发射推力高5%,这种火箭可以将航天器送入低地球轨道。高级推进器的目的是将航天器上的有效载荷(如太空舱)推出地球轨道。这是一个由单个RL-10发动机驱动的小型液体燃料推进器。RL-10发动机已经用于ATLAS和DELTA火箭,比RS-25发动机更小更轻。

作为Artemis-1任务的一部分,SLS将承担把猎户座载人飞船送上月球的重任。猎户座载人飞船可以支持六名宇航员21天。NASA目前的火箭无法执行Artemis-1任务。

猎户座载人飞船将按计划安装大型丙烯酸窗户,这将方便宇航员在旅途中观看窗外的风景。飞船还将有自己的发动机和燃料供应,以及返回地球所需的辅助推进系统。未来的空间站(如月球门户)将作为物流中心,这也可能包括燃料补充。

SLS和螺旋桨火箭的核心级不太可能重复使用。他们没有着陆,而是掉进了海里。因此,SLS系统不仅材料成本高,而且环境成本也较高。根据设计,SLS可以升级到更大的舞台,以便搭载重达120吨的船员或货物,这可能超过星舰的负载。

SpaceX与NASA:谁将率先把人类送上月球?

美国宇航局的SLS和SpaceX的星舰都有望将人类送上月球或更远的地方。SLS上使用的许多技术被称为“老式技术”,因为这些技术是从以前的技术改造而来的

太空任务,这样可以缩短研发时间。但是,一月份的时候,SLS核心阶段的点火测试,在开始后一分钟以失败告终。这次点火测试原计划为八分钟。失败原因疑似为组件故障,且并未造成火箭严重损坏。SLS项目经理约翰·霍尼卡特说:“我不认为我们需要大幅修改设计。”

孰优孰劣?

那么,到底哪一个太空飞船有望率先让人类重返月球呢?按计划,阿尔忒弥斯二号将是首个使用SLS执行月球飞越任务的载人计划,预期将于2023年8月发射。SpaceX还没有载人发射的具体计划日期,但该公司正在运行一个#dearMoon项目。该项目涉及月球太空旅行,计划于2023年启动。马斯克还表示,载人火星任务最早将于2024年实现,届时也会使用星舰执行任务。

归根结底,这场竞争的一方是拥有多年测试经验但时时受到纳税人预算波动和管理政策变动限制的机构,另一方则是相对年轻的公司,但已经发射了109枚猎鹰九号火箭,且成功率达到98%,资金也充沛。

不管谁先登陆月球,我们都将开启一个太空探索的新时代。在地球之外,仍有很多科学谜团,等待我们去解答。(匀琳)

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