SpaceX計劃將星艦打造為美國軍方的移動平台,這事看來真不簡單

我爲科技狂tech 發佈 2024-05-04T11:47:29.331592+00:00

雖然超重助推器+星艦的組合距離第一次軌道級試飛仍然要等上一段時間。但美國太空探索技術公司SpaceX如今已在考慮將這一完全復用型超重運載火箭運用於軍事領域,包括了地球上點對點運輸和充當在軌基礎設施等。而SpaceX正在全力建造的星鏈網際網路星座,在軍事領域同樣具備應用價值。

雖然超重助推器+星艦的組合距離第一次軌道級試飛仍然要等上一段時間。但美國太空探索技術公司SpaceX如今已在考慮將這一完全復用型超重運載火箭運用於軍事領域,包括了地球上點對點運輸和充當在軌基礎設施等。而SpaceX正在全力建造的星鏈網際網路星座,在軍事領域同樣具備應用價值。

對於SpaceX這家公司,不同人站在不同的角度,可能會得出不同的答案。它既可以被視為是完全按照市場商業化運營的私營太空技術公司,又可以被視為軍民融合型科技巨頭。或許,網紅老闆Elon Musk本人創辦並執掌SpaceX公司,畢生最大的夢想就是實現火星殖民,但一些人卻對SpaceX的星鏈、星艦有著另外的想法,而且馬斯克幾乎無法拒絕,比如面對美國軍方(SpaceX的一大重量級金主)。

1,星艦什麼時候能夠第一次軌道級試飛?

SpaceX在日前表示,計劃於今年3月對星艦做第一次軌道級飛行測試,即由超重助推器B7將星艦S24送入地球軌道。這一軌道試飛計劃要求超重B7+星艦S24的組合從德州星艦基地發射,B7將墜入墨西哥灣,而星艦S24將在環繞地球一圈後,在夏威夷的卡烏艾島附近的太平洋中濺落。不久前SpaceX對超重B7的33台二代猛禽發動開展靜態點火測試,儘管有兩台發動機因為異常未能點火啟動,但SpaceX依然認為這次測試取得了成功。

SpaceX負責空間安全方面的高級顧問Gary Henry在2月21日的Space Mobility會議上表示,公司已經為星艦軌道級首飛做好了準備。超重助推器B7的31台發動機在2月9日完成了靜態點火測試,是一次成功的測試,基本上也是最後一個需要檢測的環節。按照Gary Henry在這次會議上的說法,超重B7+星艦S24已經準備好了升空,並且SpaceX可能不用再對B7的33台猛禽發動機做另一次靜態點火測試。需要補充的是,Gary Henry曾是美國空軍軍官,退役後在波音公司擔任多年高管,後在2019年加入了SpaceX公司。

然而SpaceX還需要跨過一道難關,那就是獲得美國聯邦航空管理局FAA的發射許可。事實上,在過去兩年中,SpaceX先後宣布了多個星艦軌道級發射的日期,因為沒能達到FAA發放許可證的要求而一再被推遲。

Gary Henry還提到,如果星艦首次軌道飛行取得成功,那麼更多的星艦發射將快速跟進,並開始用星艦部署星鏈衛星。通過發射多次星鏈部署任務,工程師們能夠開發出更加可靠的星艦。在2025年執行NASA阿爾忒彌斯載人登月計劃時,星艦才能夠把太空人安全地送到月球表面。正如SpaceX執行長Elon Musk所說,星艦在未來的重要用途之一是將人員和貨物運送到月球和火星。在經濟層面上,星艦因為具備完全可復用的特點,使得人類在火星上建立殖民地成為可能。

簡單來說,FAA遲遲沒有向SpaceX發放星艦發射許可證,背後的原因應該包括這樣幾個方面。

首先是全面環境評估的滯後。FAA要求進行全面的環境評估,包括對環境和德州星艦基地當地社區的影響評估。然而,這個評估的進行因為監管的複雜性和公眾的關注而多次被推遲,直到2022年6月才完成。在完成評估後,FAA告訴SpaceX必須在發射之前完成超過75項環境緩解措施。

其次是衛星定位信息的缺失。就在最近,FAA就提出了對SpaceX的一項罰款,原因是在2022年8月的一次星鏈衛星發射前未能提交所需的衛星定位信息。雖然這並非是直接導致星艦發射許可證遲遲不發的原因,但最起碼也顯示了FAA對於SpaceX的監管態度。

再則就是飛行安全,FAA負責監管飛行安全,同時要求SpaceX遵守安全標準。SpaceX先前的星艦原型機高空飛行測試中,多個星艦原型都發生了爆炸燃燒等事故。即使有星艦原型完成高空試驗飛行並成功安全著陸,卻也伴隨出現一些新問題。這也就可能導致了FAA對於SpaceX的審查更加嚴格。

綜合來看,FAA至今未向SpaceX發放星艦發射許可證的原因,包括對環境和社區影響的評估、衛星定位信息的缺失和飛行安全問題等。況且,FAA的監管也受到公眾和政治壓力的影響。然而,從外界的角度看,SpaceX從FAA那裡取得星艦發射許可應該不會等很長的時間,最起碼今年上半年內星艦首次軌道試飛的可能性相當大。

必須要指出的是,星艦的商業化運作和技術更新疊代,需要星鏈的支持。未來三五年內,如果只依靠外部市場訂單需求,星艦要做到一年上百次甚至更多次發射,肯定是不現實的想法。但星鏈衛星的部署規模多達數萬顆,由星艦來承擔發射任務再合適不過,並且可以讓星艦做到高頻發射。如此一來,星艦就會「越用越好」。即使星艦在執行星鏈衛星軌道部署任務時發生意外,不過就是SpaceX自身的損失,肯定要強於拿外部客戶做「試驗小白鼠」。更何況,星鏈將來每年可以創造300億美元的收入。

星艦承擔星鏈發射和部署任務,為什麼會是「越用越好」,其實這個道理很好理解。比如,某公司團隊開發出了一款專業化工具軟體,並推向市場,隨著用戶越來越多,以及用戶在使用時發現這樣的問題、那樣的不足等,這款軟體就會持續更新升級,進入「越用越好」的良性循環。

2,SpaceX星艦在軍事方面將發揮什麼作用?

從海外英文網站上公開的報導可知,SpaceX目前正在開發至少4種類型的星艦——載人星艦、加油星艦、油庫星艦和月球星艦。

因為需要往返於太空和地球,載人星艦和加油星艦都將配備隔熱罩和襟翼,是典型的完全復用型星艦。其中加油星艦將只在近地軌道與在軌的油庫星艦進行對接和推進劑轉移。

帶有加長油箱的油庫星艦將長期留在軌道,用於儲存由加油星艦上行的推進劑,並為入軌後,需要遠航的星艦進行推進劑在軌補加。由於需要長時間留軌,油庫星艦需要配置太陽能電池(船體貼上太陽能電池片),以確保其留軌時的電能供應。同時為了減少太陽輻射對燃料儲存的影響,需要在其外部塗裝相應的光學特性材料。

而用於執行NASA阿耳忒彌斯計劃的月球著陸任務的月球星艦,由於發射後不再返回地球,且月球無大氣層的原因,無須配置隔熱罩和襟翼,該型星艦最終將被塗裝成白色並實現絕緣。另外,由於是載人飛船,需要配置生命維持系統、觀察窗和出入通道。

事實上,隨著SpaceX準備嘗試星艦的首次軌道試飛,該公司正在考慮星艦的軍事用途,包括了地球點對點運輸和在軌基礎設施等。其實,在2月21日的Space Mobility會議上,Gary Henry就明確說出了這樣的話,SpaceX將積累全復用型超重助推器+星艦的運用經驗,使該重型火箭成為美國軍方的移動平台。

目前Gary Henry正在與美國空軍研究實驗室(Air Force Research Laboratory)進行合作。根據2020年授予SpaceX價值1.02億美元的5年期合同,研究使用火箭進行全球點對點貨運的潛在概念。雖然其他航天公司也已與美國運輸司令部(U.S. Transportation Command)簽署了協議,探索火箭貨運概念,但只有SpaceX公司贏得了一份大的合同。

空軍研究實驗室火箭貨運項目經理Greg Spanjers表示,軍方設想未來通過火箭運送貨物可能比運輸機更便宜。例如,在國家安全或人道主義危機中,運載火箭將從卡納維拉爾角起飛,然後降落在臨時降落場,或進行物資空投。Greg Spanjers的原話是:「為了使火箭貨運計劃可行,五角大樓希望使用高頻次飛行的火箭發射服務供應商,他們可以提供更有競爭力的價格。為了取得成功,需要非常高的發射頻率,同時也需要能夠攜帶較重的載荷重入並下降。」 Gary Henry給出的預計是,星艦將把入軌載荷從每公斤2000美元降至每公斤200美元,甚至更低。網紅老闆Elon Musk給出的目標成本更是低到令人吃驚的程度,他的目標是每公斤20美元。

美國太空系統司令部(U.S. Space Systems Command)運營副主任James Horne表示,在世界各地用火箭運送貨物有『令人信服的用例』。軍方可能面臨輪船或飛機無法解決的運輸挑戰。如果火箭貨運向前發展並且技術成熟,美國太空軍部隊將帶頭管理該計劃,並採購該類服務。而且,太空軍已經開始積極規劃在2026年度正式啟動該類服務。

Gary Henry也表示,星艦的登月架構可以為美國軍方提供涵蓋在軌物流和燃料加注等服務的在軌基礎設施。對於NASA的阿耳特彌斯計劃,SpaceX公司將向近地軌道發射一艘油庫星艦,作為其他往返月球表面星艦飛船的燃料庫。他認為,這種基礎設施可以用於美國國家安全。而James Horne則稱,美國軍方需要軌道上的基礎設施,不僅用於貨物、儲存和移動,還用於許多其他應用。需要在軌燃料庫,甚至可能在空間進行製造。

而目前正在討論在軌物資庫,以實現「動態空間操作(dynamic space operations)」和「無悔機動(maneuver without regret)」等行動。它們是美國太空司令部用來描述其太空領域軍事行動願景的術語。動態空間操作是指在不同軌道上操縱衛星和移動有效載荷的能力,這在今天是不可能做到的,因為衛星無法攜帶足夠的燃料,而且也不是為了燃料加注而研製。

對於SpaceX考慮將星艦用於軍事方面的點對點貨物運輸。大致可以這樣來看:相比於貨運飛機,SpaceX星艦至少有這樣幾個優勢。星艦飛行速度快。可以在大氣層外飛行,避免空氣阻力和天氣影響,實現任意兩點之間的快速運輸。正如SpaceX公司所宣稱的那樣,星艦可以在一小時內抵達地球上任何地方。加之,SpaceX星艦的載荷量大,可以搭載上百噸的有效載荷;以及因為具有可重複使用的特點,可以降低發射和維護成本。SpaceX公司預計,星艦的單次發射費用可能低於1000萬美元。

至於星艦還將發揮在軌基礎設施的作用,其實依然可以這麼來看:星艦是完全可重複使用的運輸系統,設計用於將船員和貨物運送到地球軌道、月球、火星和更遠的地方。這意味著它可以降低太空運輸的成本和時間,提高太空探索和利用的效率。星艦將是世界上有史以來最強大的運載火箭,有能力運載上百噸的人員和貨物到地球軌道。這意味著它可以搭載大型的太空武器、衛星或其他設備,為軍事行動提供支持。星艦可以充當在軌基礎設施,為其他太空飛行器提供燃料、維修或轉移服務。這意味著它可以增強太空飛行器的持久性和靈活性,為軍事任務提供保障。

結語:並非是要說SpaceX這家公司多麼牛逼,更多是想指出的是,SpaceX通過不斷創新和探索,持續獲得技術進步和經驗積累,同時也給世界航天帶來空前的改變,確實值得重視。如果可以的話,中國民營航天公司應該儘可能追趕。

(部分內容參考外媒報導)

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