美國(guó)太空探索技術(shù)公司SpaceX創(chuàng)始人埃隆·馬斯克(Elon Musk)有個(gè)雄心勃勃的殖民火星計(jì)劃，以便幫助人類成為跨行星物種。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，他旗下公司正在研發(fā)星際飛船、獵鷹重型火箭，并開始建設(shè)火箭和飛船工廠，幫助打造前往火星的星際飛船艦隊(duì)。
馬斯克正在徹底顛覆美國(guó)宇航局(NASA)的火星殖民計(jì)劃，不需要建設(shè)軌道站、空間站等設(shè)施，直達(dá)火星的策略似乎更省錢省力?；鹦菂f(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)、先鋒航天公司總裁羅伯特·祖布林(RobertZubrin)日前撰文，詳細(xì)解讀了馬斯克的火星策略。
以下為祖布林的撰文全文：
上周，我(祖布林)和妻子霍普(Hope)前往德克薩斯州的博卡奇卡(Boca Chica)與埃隆·馬斯克(Elon Musk)會(huì)面。當(dāng)我們?cè)赟paceX總部?jī)?nèi)交談時(shí)，一支流浪樂隊(duì)在外面演奏，為排隊(duì)申請(qǐng)多個(gè)類別工作的人提供娛樂，這些求職者將幫助制造前往火星的載人飛船。數(shù)百人已經(jīng)被雇傭，并在建筑群中工作，很快就會(huì)有數(shù)千人加入進(jìn)來。
馬斯克稱他的設(shè)計(jì)為“星際飛船”(Starship)。這是由甲烷/氧氣驅(qū)動(dòng)的不銹鋼兩級(jí)入軌火箭，有效載荷能力相當(dāng)于將阿波羅宇航員送上月球的土星5號(hào)運(yùn)載火箭(Saturn V)。然而，土星5號(hào)火箭是消耗性硬件，只能使用一次就會(huì)在大氣層中墜毀。而星際飛船將完全可重復(fù)使用，就像客機(jī)一樣，因此將從根本上降低有效載荷交付成本。
星際飛船的具體表現(xiàn)還有待證明。然而，馬斯克就在這里，他建造的并不是第一艘證明這一概念的實(shí)驗(yàn)船，而是正如我們已經(jīng)目睹的那樣，他建造了組裝星際飛船的工廠和艦隊(duì)。他瘋了嗎?按照傳統(tǒng)航空航天行業(yè)人士的想法來看，他的確讓人覺得有點(diǎn)兒瘋狂。但他的瘋狂似乎自有其道理!
我認(rèn)識(shí)馬斯克已經(jīng)有二十多年了。2001年，我是幫助說服他制定火星殖民目標(biāo)的人之一。他的計(jì)劃在很大程度上是基于我的設(shè)想，也就是通常所說的“火星直達(dá)”(Mars Direct)計(jì)劃。我在1996年出版的《趕往火星：火星直達(dá)》(The Case for Mars, Mars Direct)一書中詳細(xì)闡述了這一點(diǎn)，它徹底打破了美國(guó)宇航局以前如何完成殖民火星的思考，但馬斯克的星際飛船計(jì)劃要激進(jìn)得多。
除了在20世紀(jì)90年代，美國(guó)宇航局在負(fù)責(zé)太空探索的副局長(zhǎng)邁克·格里芬(Mike Griffin)的指導(dǎo)下，確實(shí)接受了“火星直達(dá)”計(jì)劃的擴(kuò)展版本之外，該機(jī)構(gòu)始終堅(jiān)持沃納·馮·布勞恩(Wernher Von Braun)在1948年至1969年之間幾次變化中提出的范式。根據(jù)這些想法，首先應(yīng)該建造軌道站，為使用先進(jìn)的推進(jìn)系統(tǒng)在軌道上建造巨型星際宇宙飛船提供平臺(tái)，這些宇宙飛船將從地球軌道飛向火星軌道。從這些軌道母艦出發(fā)，小型登陸器可以帶著宇航員到火星表面插上國(guó)旗，留下幾個(gè)腳印，然后在短暫停留后返回軌道。
相比之下，“火星直達(dá)”計(jì)劃和星際飛船計(jì)劃都使用從地球軌道到火星表面的直達(dá)飛行，并使用在這顆紅色星球上找到的當(dāng)?shù)夭牧现圃旒淄?氧氣推進(jìn)劑，以直接從火星表面返回地球。這兩個(gè)計(jì)劃都避免了對(duì)軌道基礎(chǔ)設(shè)施、軌道建筑、星際母艦、專門的小型登陸器或先進(jìn)推進(jìn)器的任何需求。兩者都涉及從第一次任務(wù)開始就在火星上停留很長(zhǎng)時(shí)間。對(duì)于這兩個(gè)計(jì)劃來說，任務(wù)的中心目的不是飛向火星，而是在那里完成更嚴(yán)肅的事情。
但這是有區(qū)別的。在“火星直達(dá)”計(jì)劃中，這個(gè)不起眼的地球返回飛行器和機(jī)組人員的居住艙都離開了將它們送入軌道的助推器，并降落在這顆紅色星球上，居住艙加上有效載荷的總質(zhì)量約為40噸。而在馬斯克的計(jì)劃中，星際飛船會(huì)被發(fā)射到軌道上，然后由六艘負(fù)責(zé)加油的星際飛船在那里添加燃料，之后整個(gè)飛船將飛往火星，提供高達(dá)200噸的居住艙加有效載荷質(zhì)量。因此，“火星直達(dá)”計(jì)劃可能每次向火星派遣4至6名宇航員，而星際飛船可以容納50人或更多人。
馬斯克的計(jì)劃提供了比“火星直達(dá)”計(jì)劃更強(qiáng)大的任務(wù)執(zhí)行能力，但這種能力是有代價(jià)的。具體地說，如果宇航員要回來，你需要重新給星際飛船加載推進(jìn)劑，這需要大約1000噸。而在“火星直達(dá)”計(jì)劃中，在機(jī)組人員之前送往這顆紅色星球的地球返回飛行器只需要100噸推進(jìn)劑。支持星際飛船行動(dòng)所需的火星表面動(dòng)力和其他基地要求比實(shí)施“火星直達(dá)”計(jì)劃所需的要求高出10倍。
因此，馬斯克需要提前建立大型火星基地，幾艘星際飛船會(huì)單程前往火星，裝載著大量的基地建設(shè)設(shè)備，比如10個(gè)足球場(chǎng)大小的太陽能電池板，以及派遣機(jī)器人來建設(shè)。直到一切準(zhǔn)備就緒，首批搭載宇航員的載人星際飛船才能到達(dá)那里。這使得該系統(tǒng)對(duì)于探測(cè)來說是次優(yōu)的，但探索并不是馬斯克想要的。
如果可以將“火星直達(dá)”計(jì)劃比作阿波羅計(jì)劃的進(jìn)化版本，那么馬斯克的計(jì)劃就像諾曼底登陸，他需要一支艦隊(duì)。所以他正在建造工廠來建造這樣的艦隊(duì)。但他為何要在飛船測(cè)試之前就建造艦隊(duì)呢?主要有以下兩個(gè)原因：
首先，馬斯克要做好承擔(dān)損失的準(zhǔn)備。當(dāng)?shù)谝凰倚请H飛船準(zhǔn)備好進(jìn)行首次試飛時(shí)，他將有三到四艘已經(jīng)建成的飛船，隨時(shí)準(zhǔn)備進(jìn)行改裝，以修復(fù)導(dǎo)致第一艘飛船失敗的任何問題。發(fā)射、墜毀、修復(fù)，重復(fù)發(fā)射過程，直到解決所有問題，然后繼續(xù)發(fā)射，提高有效載荷，縮短發(fā)射周期，提高性能。
其次，建造艦隊(duì)為了讓星際飛船變得更便宜。美國(guó)宇航局在12年內(nèi)建造了5架航天飛機(jī)，每架耗資數(shù)十億美元。而馬斯克正在創(chuàng)建的工廠旨在最終以每年50艘或更多的速度批量生產(chǎn)星際飛船。這聽起來可能很瘋狂，但并非不可能。
1944年，美國(guó)以每周一艘的速度生產(chǎn)護(hù)航航空母艦。數(shù)十個(gè)獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)同時(shí)工作，每個(gè)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)船上各自的工作，然后將工作移交給下個(gè)團(tuán)隊(duì)。如果馬斯克建立類似的生產(chǎn)線，并擁有3000名員工，這將意味著每艘飛船的勞動(dòng)力成本約為600萬美元，或包括材料和航空電子設(shè)備，成本在1500萬至2000萬美元之間。
如果他能以如此低的成本建造飛船，那么一旦火星基地投入運(yùn)營(yíng)，隨著工業(yè)和溫室農(nóng)業(yè)能力的不斷增長(zhǎng)，每艘載有100名乘客的星際飛船就可以飛往火星，并在必要時(shí)留在那里，每名乘客的硬件成本還不到20萬美元。因此，把飛船票價(jià)定為30萬美元并不算貴，這相當(dāng)于普通房主的凈資產(chǎn)，或者普通美國(guó)人大約七年的收入。
然而，外星定居點(diǎn)不太可能通過向地球出口任何物質(zhì)商品來產(chǎn)生利潤(rùn)，畢竟運(yùn)輸費(fèi)用實(shí)在太高了，所以基于這些概念的商業(yè)計(jì)劃中的數(shù)字根本就沒有被計(jì)算其中。但知識(shí)產(chǎn)權(quán)完全是另一回事，因?yàn)樗鼛缀蹩梢悦赓M(fèi)跨行星際距離傳播，任何數(shù)據(jù)可以擁有的最高價(jià)值是專利中包含的價(jià)值。
火星殖民地將由技術(shù)上非常熟練的人群在前沿環(huán)境中組成，在那里他們可以自由創(chuàng)新，也可以被迫創(chuàng)新。它將會(huì)像19世紀(jì)的美國(guó)，那里就像“發(fā)明的高壓鍋”。正如歷史學(xué)家弗雷德里克·杰克遜·特納(Frederick Jackson Turner)在其《邊疆在美國(guó)歷史上的意義》(The Right of the Frontier in American History，1982)中指出的那樣，類似的情況使年輕的美國(guó)形成了有史以來最具創(chuàng)造力的文化，洋基人的聰明才智給世界帶來了電力、汽船、電報(bào)、節(jié)省勞動(dòng)力的機(jī)械、錄音、燈泡、電話、中央發(fā)電等。在特納的著作發(fā)表后不久，飛機(jī)和大規(guī)模生產(chǎn)的汽車開始涌現(xiàn)。
因此，為了滿足需求，可以預(yù)期，硬驅(qū)動(dòng)和無官僚作風(fēng)的火星居民的聰明才智將在機(jī)器人、人工智能、轉(zhuǎn)基因生物、合成生物學(xué)和許多其他領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的進(jìn)步。這些發(fā)明是為滿足火星生存而發(fā)明的，可以在地球上獲得專利許可，帶來進(jìn)口復(fù)雜系統(tǒng)所需的收入，這些復(fù)雜系統(tǒng)與食品、織物、燃料、鋼鐵、鋁、玻璃和塑料等大宗材料不同，在未來一段時(shí)間內(nèi)可能很難在火星上制造。
目前，馬斯克正專注于建造飛船工廠，他認(rèn)為這項(xiàng)任務(wù)遠(yuǎn)比簡(jiǎn)單地完善星際飛船設(shè)計(jì)更重要。但要使所有這些都奏效，馬斯克還需要解決更多的問題。低溫推進(jìn)劑儲(chǔ)罐的在軌再灌裝尚未得到證實(shí)，火星就地推進(jìn)劑生產(chǎn)技術(shù)雖然已為人熟知，但仍未準(zhǔn)備好投入使用。從火星返回的星際飛船將遇到比簡(jiǎn)單地從地球軌道重新進(jìn)入大氣層的飛行器更大的熱負(fù)荷。
巨型星際飛船的火箭排氣羽流可能會(huì)在著陸期間造成危險(xiǎn)的隕石坑，迫使馬斯克采用“火星直達(dá)”類似的計(jì)劃，在地球軌道上的星際飛船上安置較小的飛行器，比如迷你星際飛船。我相信，這些考慮，再加上為火星上的全尺寸星際飛船加油所需的非常大的功率，最終可能會(huì)迫使馬斯克開發(fā)微型版本的星際飛船。
這樣的“迷你”飛船可以由一艘星際飛船發(fā)送到地球軌道上，然后以“火星直達(dá)”的方式完成任務(wù)，使星際飛船可以在幾天內(nèi)返回地球，再次飛行到軌道上。Mini星際飛船也可以獨(dú)立發(fā)射，作為SpaceX已經(jīng)在運(yùn)行的獵鷹9號(hào)火箭可重復(fù)使用的上級(jí)，也使該公司擁有完全可重復(fù)使用的中等升力發(fā)射能力。馬斯克更喜歡用單一的設(shè)計(jì)來做所有的事情。
美國(guó)宇航局的運(yùn)營(yíng)預(yù)算是馬斯克旗下SpaceX的十倍以上，然而SpaceX正在迅速超越它。這家太空機(jī)構(gòu)延遲已久的重型運(yùn)載火箭SLS在1988年首次提出時(shí)，對(duì)于近期航天飛機(jī)衍生的助推器來說是個(gè)合理的設(shè)計(jì)。但它出現(xiàn)得太晚了，有效載荷交付能力比星際飛船更小，每次飛行的成本大約是后者的50倍。
美國(guó)宇航局表示，該機(jī)構(gòu)正在“全力以赴”，以期在2024年之前讓宇航員登上月球，但這個(gè)可能性很小，因?yàn)樗呀?jīng)制定了超復(fù)雜的計(jì)劃，包括首先建造圍繞月球軌道運(yùn)行的空間站，然后在每次任務(wù)中使用四次發(fā)射、五次飛行和六次會(huì)合操作。雖然這種方法提供了讓盡可能多的參與者分一杯羹的政治好處，但該計(jì)劃的可操作性非常值得懷疑。
美國(guó)宇航局的火星任務(wù)設(shè)計(jì)更糟糕。它包括在月球軌道空間站建立巨大的離子驅(qū)動(dòng)深空運(yùn)輸基地(DST)，然后將DST飛行到另一個(gè)空間站，該機(jī)構(gòu)聲稱，這個(gè)空間站需要在圍繞火星的軌道上建造。這個(gè)未來系統(tǒng)從月球軌道到火星軌道的過境時(shí)間為單程300天，幾乎是勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)火星探測(cè)器從2003年開始從地球到火星之旅所需時(shí)間的兩倍。此外，與勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)不同的是，DST不會(huì)著陸。
如果你想探索或定居火星，首先需要登陸火星。然而，DST計(jì)劃的目標(biāo)既不是勘探，也不是建立定居點(diǎn)。DST架構(gòu)并沒有提供通往紅色星球的最簡(jiǎn)單、最有效的路徑，而是提供了最復(fù)雜的路徑，以便為盡可能多的新技術(shù)開發(fā)計(jì)劃提供“理由”。
馬斯克的做法正好相反。美國(guó)宇航局的計(jì)劃是由供應(yīng)商驅(qū)動(dòng)的，而馬斯克的想法是目的驅(qū)動(dòng)的。他并不關(guān)心在一大堆“潛在有用技術(shù)”上的花費(fèi)是否合理，只想用最少的新技術(shù)來完成他的計(jì)劃。他的態(tài)度是，只需告訴我為什么需要它。如前所述，我相信他開發(fā)迷你星際飛船的決定將是明智的，可以降低在火星上制造回程燃料的能源需求。
