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载人航天 解读马斯克火星计划：2036年我们在火星欢度国庆( 二 )

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MCT 飞船：　虽然“大”虽然不是 ， 但我们依旧可以找到亮点：　长 49.5 米；直径最大 17 米；火星客货运输/补给飞船自重：150/90 吨；　火星客货运输/补给飞船推进物质量：1950/2500 吨；　火星客货运输/补给飞船进入月球轨道的运载能力：300/380 吨；单次中途补给前往火星的运载能力：450 吨 。因为还要依靠自身力量返回 ， 所以 MCT 飞船的外形设计也非常重要 。 其两端有一个非常小的“翅膀”结构 ， 他们的作用与航天飞机用来实现大气层内飞行的大翅膀有所不同 ， 主要是在 MCT 飞船下落之时提供稳定姿态的能力 。 一旦宇宙飞船在降落的过程中进入不可控制的旋转和翻滚 ， 最终的结果很可能都是坠毁 。 在现场 Elon Musk 也展示了 MCT 飞船实际情况下可能的下落方式：在地球和火星上分别以 12.5、8.5 公里每小时的速度 ， 以及与星球表面大概 30 度的斜角“拍下去” ， 根据场地中的下坠模拟和计算机计算模拟 ， 最高温度会出现在飞船的头部一侧 。
MCT 飞船进入星球大气层时受热状态：在穿越宇宙和星球大气层的分界之后 ， MCT 飞船会在气流的阻力下略微减速 ， 并且在合适的时机调整自身姿态将火箭发动机对准下落方向 ， 利用火箭的推力来进行减速 ， 最终停到星球表面 。 至于回程则相对简单一些 ， 因为火星表面仅有地球 40% 的引力 ， MCT 飞船能够在再次补充自身燃料和物资之后自行起飞 ， 进入返回地球的轨道 。 并且最终使用和在火星降落相似的程序 ， 回到地球表面 。 好不容易看完了 BFR 火箭和 MCT 飞船 ， 但是我们还需要再来看看 ITS 系统中非常重要的另外一点 。
【载人航天|解读马斯克火星计划：2036年我们在火星欢度国庆】Raptor(猛禽)火箭发动机　前两天测试的 Raptor 火箭发动机：作为 BFR 火箭和 MCT 火箭的主动力 ， Raptor 火箭发动机同样值得关注 。 相比 SpaceX 之前使用的 Merlin 系列火箭发动机 ， Raptor 能力将有大幅提升 ， 海平面推力从前者的 914 千牛上升到 3500 千牛 。 两者的尺寸虽然没有准确数字 ， 但是应该相近或小幅度提升 。
Raptor 火箭发动机
Elon Musk 在大会现场也透露了性能大幅提升的奥秘——Raptor 燃烧室的压力高达 300 bar(约等于 300 万帕 ， 也就是一平方米的面积上均匀承受 300 万公斤的压力) 。 这个数值几乎三倍于上一代的 Merlin 引擎 ， 使得 Raptor 能够以更快的速度抛出燃料的最终产物 ， 从而获得更大的推进力(反向动量) 。
不同火箭之间的运输能力对比：最终的结果是 ， BFR 在设计上拥有了将近 4 倍于土星 5 号的运载能力 。 除了更强力之外 ， 它还有一个特点是采用了液态甲烷液氧火箭燃料(LOX/Liquid methane) 。 在它之前 ， 民用航天领域常见的液态火箭燃料组合包括“煤油/液氧”和“液氢/液氧”两种 ， 这两种的制作相对容易 ， 但受限于使用地球上的资源 。 而液态甲烷 + 液氧则可以根据特定的化学反应利用火星现有的资源进行再生 ， 从而让火箭能够“空着手”飞往火星 ， 而无需把宝贵的运载能力浪费在存储回程。
为什么要造 ITS 系统?看到这里肯定有人要问了 ， ITS 很大、很棒、很酷 ， 但是为什么要全新制造这样一套系统呢?这实际上是 Elon Musk 现场一开头解释的问题 ， 而回答实际只有一个核心：如何让大批人类前往火星成为可能 。 Elon Musk 的目标也很简单——让每人前往火星的成本降到 20 万美元 。 这样一来 ， 才能让“想要去火星”的人具备前往火星的“条件” 。 想要达到这一个目标 ， 必须依赖航天技术的进步 ， 并且在相关设备系统设计之初就纳入考虑 。 Elon Musk 也在现场列举了其中比较关键的数个技术要点： 设备的重复利用率要继续提高；能够在地球轨道实现二次补给；在火星表面生产推进燃料；使用恰当的推进燃料 。 这几点已经在上文中设备的设计中有所体现 。 比如设备的重复利用 ， 推进器、补给用 MCT 飞船、火星客货运 MCT 飞船都会重复利用 ， 而且 Elon Musk 还在现场给出了一个很夸张的目标数字：推进器要能循环使用 1000 次；补给 MCT 飞船要能够循环使用 100 次；客货运的 MCT 飞船要求相对严格一点 ， 只使用 12 次 。
火星上制备火箭燃料的化学反应方程：轨道的二次补给能力相对难理解一点 。 因为火箭发射时候需要抵消地球引力并且与空气阻力斗争 ， 这一个阶段实际上是人类太空探索最浪费能源的一个环节 。 而火箭相对小一些 ， 虽然单次载荷小 ， 但是在燃料的浪费上也相应的会少一些 。 但如果使用太小的火箭进行多次发射 ， 无疑会增加太空物资对接的次数和难度 。 最终的解决方案是首先确定前往火星的 MCT 飞船的大小 ， 再为其提供在地球轨道上二次补给的能力 。 Elon Muck 还表示 ， 如果不这样做那么同样能力的火箭将需要具备一次性使用的三级设计 ， 并且大小会增加到 5-10 倍 。 最后需要解释的是在火星制造燃料的意义 ， 如果需要在离开地球(地球轨道)之初就携带从火星返回的燃料 ， 那么将多消耗这些燃料自身重量 5 倍以上的额外燃料 。 最终必须压缩 MCT 飞船前往火星的负载能力 。 最终 ， 一系列“小问题”解决方案结合而成的 ITS 系统 ， 具备了大质量、低成本的将物质带到太空的能力 。 而这也可以视为 SpaceX 终于帮助人类迈出了地球引力的泥潭 ， 提供了探索火星、乃至更远星球的能力 。

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