马斯克星船试验箭炸裂，人类离殖民火星还有多远

星际飞船Mk1曾经矗立在美丽的夜空下。现在它的舱壁已经破裂，它的顶部也被吹掉了。来源:SpaceX官方网站

11月21日，在得克萨斯州进行的一次地面压力测试中，SpaceX公司首席执行官埃隆·马斯克的“星际飞船”(以下简称“星际飞船”)的首支全尺寸测试箭MK1炸裂了舱壁并炸掉了顶部。

这是继2019年8月可重复使用的重型运载火箭系统“大猎鹰火箭”(该火箭于2018年11月20日更名为“超重星船”)成功试飞后的又一次测试。

根据SpaceX最初的计划，最近几个月，卫星飞船MK1将在20公里的高度进行飞行测试。但是爆炸在某种程度上影响了最初的计划。

马斯克早就说过，太空探索技术公司自成立以来的主要目标就是帮助人类成为一个多行星物种。殖民火星是他的真正目标。他的每一次实验都是为了实现人类殖民火星的梦想。

爆炸将影响后续的飞行试验。

至于爆炸的原因，SpaceX官方发言人声称，卫星MK1正在进行低温极限压力测试，该测试的目的是模拟最大压力。"结果并非完全出乎意料，没有人受伤，也不是严重的挫折。"发言人说。

早在9月，SpaceX就表示，卫星飞船和助推器的“超重”可能最早在2021年开始商业飞行。运载系统将运载人和货物进入地球、月球和火星的轨道，并且可以重复使用。

然而，与原计划相比，这次爆炸可能会推迟其进入轨道的试验飞行，并给其商业飞行时间带来一些不确定性。

有人认为，由于MK1星际飞船的火箭体是由301不锈钢露天焊接而成，不同于目前主流的制造方法，其质量在很多方面都无法保证。“用最直接的话来说，用这种粗糙的方法制作的东西肯定有质量问题。这是一个相对普遍的观点。”中国空间系统科学与工程研究院的研究员陈杰说。

在陈杰看来，从有利的角度来看，这次爆炸对于优化卫星船高阶MK3和MK4试验箭的制造工艺具有重要意义。MK1是第一个全尺寸的测试箭，具有很大的创新性，起着“探路者”的作用。作为验证其制造工艺的一种方法，整体压力测试有利于优化后续工艺。

与星际飞船MK1相比，MK3和MK4将正式拥有进入地球轨道和从大气层外返回的能力。此后，SpaceX还将制造一个名为“超重”助推器的火箭级，并将其与一艘卫星飞船结合，形成一个完整的两级运载火箭，经过一系列渐进的迭代后，将发射进入轨道。

“这次爆炸将对‘超重星船’的后续试验和发展进程产生一定影响。外界再次对SpaceX的创新制造方法提出了一些问题，但我认为这些问题不会对其产生太大影响。”陈杰说，“SpaceX自己的开发理念是‘测试，测试，再测试’。在创新的设计和制造方法出来后，他们将不得不进行许多测试来验证它们。这一次他们也应该遵循这一思路。”

殖民火星有多难？

2016年9月27日，马斯克在国际宇航大会上提出了火星殖民的想法。他说，作为一个面临生存危机的物种，人类要么灭绝，要么成为一个多星球物种。

陈杰说，火星殖民从构想到现实还有很长的路要走。殖民火星必须至少解决到达火星和在火星上生存这两个主要问题。

到目前为止，人类登陆的地外天体仅限于距离地球38万公里的月球，并且还没有建立月球前哨或基地。火星和地球之间的距离随着它们围绕太阳旋转而不断变化。两者之间最近的距离是5500万公里，是北京和上海之间距离的5万倍。

“飞往火星至少需要6到8个月。如果宇航员在火星上工作一年，来回需要2到3年。在这段时间内，飞往火星的飞行必须满足高可靠性、高安全性和自给自足的要求，同时维持宇航员在火星表面的生活和工作。这需要一个非常强大的太空运输系统来为宇航员提供生命支持、充足的消耗品和循环生态。”陈杰介绍。

为了人类的生存，火星基本上是一个沙漠星球，表面有沙丘和砾石，没有稳定的液态水体。为了建立生存基础，必须解决循环生态系统和资源利用的技术问题。陈杰认为，目前，火星殖民化的想法将需要30年甚至50年。

简化设计，创新技术

在他看来，正是因为困难大、周期长，所以从现在开始更有必要逐步突破关键技术。

当马斯克在2016年宣布“大猎鹰”火箭的设计理念时，由于其技术指标和发射规模都刷新了载人航天的技术极限，而且其设计方案也多次改变，来自美国宇航局、同行公司和普通市民的质疑从未停止过。波音公司首席执行官丹尼斯·穆伦堡曾在接受CNBC采访时说，波音公司有机会在马斯克之前将人类送上火星。

然而，最近“星舰”测试箭的爆炸带来了更多的问题。

“之前有很多问题，但马斯克的想法没有改变。”陈杰说，马斯克采取了不同的方法和手段，从什么看起来像高达的航天工业。马斯克没有让技术变得越来越复杂和复杂，而是努力简化设计，坚持可靠应用的原则。这是一个非常实用和有效的创新。

由301不锈钢焊接而成的箭体就是其中之一。目前，主流运载火箭的主要结构是由碳纤维或铝合金制成，价格昂贵。然而，每吨不锈钢的成本仅为碳纤维的2%，不锈钢在超低温条件下具有弹性好、强度高的优点。

钢的熔点约为1500摄氏度，高于退役的美国航天飞机轨道器中使用的铝合金结构。因此，星舰可以配备较少的热瓦，再入时前缘的热防护负担将大大减轻。

同时，马斯克只使用梅林发动机，根据火箭的高度增加其数量。

“这就像堆木头一样。第一级火箭体和第二级火箭体使用完全相同的发动机，这相当于它们只为发动机的开发付费，但形成第一级和第二级发动机的两个动力系统，形成两级火箭。此外，由于发动机部件的通用化，可以实现大规模生产，从而降低成本。”北京蓝剑航天科技有限公司航天火箭研发部副总经理戴铮说。

从最佳性能的角度来看，传统主流火箭对大多数一级和二级发动机使用不同类型的发动机。两级火箭需要开发两种类型的发动机，它们的部件不是通用的，不能批量生产。

如果箭头体被重复使用，客户只需支付“燃料费”

在降低成本方面，火箭体的再利用是马斯克的关键步骤。

戴正解释说:“过去，火箭发射通常是一次性的。客户必须支付整个火箭的费用，并添加燃料来完成发射。可重复使用的火箭将使太空发射越来越像航空工业。顾客只需支付燃料费就能完成飞行，所以普通人也可以坐起来。如果飞机是一次性的，需要购买整架飞机，机票价格将非常昂贵。”

目前，SpaceX公司的Falcon -9和Falcon重型火箭已经在第一级和整流罩中得到重复使用，它们的第一级火箭经过适当改造后甚至可以继续使用。

陈杰认为，在“超重星船”组合中，重新使用助推器“超重”相对容易。然而，卫星船的设计在结构和材料上与以前发射的航天器有很大的不同。与此同时，卫星飞船有着巨大的体积。它必须由许多人执行载人任务，并在进入轨道空间后返回地面。只有在返回地面的过程中没有问题时，它才能被重复使用。这对其结构、热防护和控制有更高的要求。因此，卫星船的再利用更加困难。

通过一系列降低成本的技术创新，SpaceX的火箭发射报价远低于其他国家。例如，发射地球同步转移轨道的猎鹰9号火箭的价格为6200万美元，每公斤有效载荷的进入值为7500美元。猎鹰重型卡车的报价为9000万美元，进入GTO的每公斤货物的价格为3400美元。

据陈杰称，将于2020年发射的欧洲“阿里安”6新一代运载火箭的轨道运载能力为10.5吨，定价为1.018亿美元。进入地球静止轨道的每公斤有效载荷的价格是9695美元。美国主要运载火箭“宇宙神”5 (401)，运载能力为4.95吨，报价为1.09亿美元。进入地球静止轨道的每公斤有效载荷的价格高达20，000美元。

“通过比较这些报价，我们可以看到SpaceX的火箭发射价格是多么有吸引力。低成本一直是火箭生存、发展和壮大的重要手段和途径。”他说。

太空旅游如你所说。

马斯克说，太空探索公司希望创造一种能把火星旅行的价格降低到20万美元的交通工具。

日本亿万富翁宫泽洋三曾经购买了第一张“船票”，并计划在2023年邀请6至8名来自世界各地的艺术家乘坐“星舰”绕月飞行。

在陈杰看来，太空旅游本身就是商业空间的一个重要组成部分，对那些具有探索精神、冒险精神和求知欲的人非常有吸引力。

“当然，太空旅游本身对乘客的身体和心理状况有许多限制，特别是对经济实力的高需求，这决定了它的受欢迎程度起初不会很大。然而，随着空间技术的进一步发展和成熟以及成本的不断降低，我相信空间旅游商业化的前景将会相对广阔。”他说。