SpaceX星际飞船：着陆成功，但载人火星任务仍需努力【2021新闻】

×工程7（2021）1345新闻亮点SpaceX星际飞船降落在地球上，但载人火星任务将需要更多克里斯·帕尔默高级技术作家在2020年12月至2021年3月期间，SpaceX（美国加利福尼亚州霍桑）发射了四艘星际飞船原型，这是一艘巨型火箭，旨在有朝一日将人们送往火星。然而，在到达几英里的高度并执行一个有控制的腹部翻转回到地面后，每个人都在着陆期间或着陆后不久以壮观的方式爆炸。2021年5月5日，该公司成功建造了第五艘星际飞船，名为SN15（图1），它在没有爆炸的情况下成功着陆[2]。随着SpaceX-火箭业务中相对较新的公司-以其独特的快速故障，快速修复方法将人类登陆火星的任务向前迈进，政府支持的航天机构预计使用半个世纪的核推进和离子驱动技术将宇航员运送到红色星球和更远的地方。‘‘We are seeing from SpaceX a very rapid development processfor a system that opens up a huge number of possibilities in space,”said Casey Dreier, senior space policy adviser and chief advocate atthe Planetary Society, headquartered in Pasadena, CA,SpaceX打算让这艘完全可重复使用的星际飞船--目前高45米SpaceX火星[4]。尽管马斯克很乐观，但德雷尔并不乐观。‘‘We have not seen themland anything on Mars yet, much less human beings, and so weneedtoseethemworkuptodemonstratingthatbroadercapability,”SpaceX的下一个目标是实现马斯克的目标，对60米高的Starship版本最初定于2021年7月发射，此后推迟了环境评估[5]。在未来，可能在2021年底[6]，是轨道发射所需的“全栈”版本火箭的组装。这种配置堆叠了一艘装载有六个猛禽发动机，安装在一个70米高的“超重型”助推器上，由30个猛禽发动机提供动力，107 N美国国家航空航天局（NASA）的土星五号火箭是迄今为止最强大的运载火箭。最终，Starship及其配置也有望在很大程度上取代该公司图1.一、SpaceX图片来源：Steve Jurvetson（CC BY 2.0）。到目前为止，SpaceX已经在其位于美国德克萨斯州博卡奇卡的开发设施 去年，该公司的一个子公司购买了两个前深水石油钻井平台，并开始将它们改造成海上发射台，马斯克计划在发射前将Starship的轨道版本飞到海上发射台上。一旦进入轨道，星际飞船将在前往火星之前加油，预计这次旅行将持续8到9个月。星际飞船由液态氧和甲烷提供动力，这意味着宇航员可以飞往火星，并从plan-net的表面提取更多的燃料不过，火星并不是星际飞船唯一潜在的短期目的地。NASA与SpaceX签订了将宇航员运送到国际空间站的合同，并于2020年4月授予该公司29亿美元，将宇航员从月球轨道运送到月球表面，作为该机构Artemis计划的一部分此外，美国太空部队计划向SpaceX公司投资4800万美元，用于研究使星际飞船能够在2015年向地球上任何地方运送多达90吨的物资。https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.08.0052095-8099/©2021 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engC. 帕尔默工程7（2021）13451346在1小时内[10]。SpaceX 本身也计划使用Starship 一次将400 颗Starlink卫星送入轨道，以建立一个由3万颗卫星组成的网络，为全球提供高速互联网。“在某些方面，SpaceX是装配工。他们采用现有的技术，改进它，并整合各部分。这就是他们如何生产出如此坚固、可靠和可重复使用的火箭，”美国新泽西州普林斯顿大学等离子体物理学教授、普林斯顿大学等离子体科学与技术项目负责人塞缪尔·科恩说。‘‘But they are not reallydoing basic propulsion虽然SpaceX已经非常成功地扩大了现有的化学火箭技术-将机器人探测器送到火星已经变得更加普遍[12]-许多火箭专家认为需要核推进来为定期载人火星旅行提供动力，尽管这样做的时间轴可能是在SpaceX实现其首次将人送到火星的目标之后的十多年。2021年4月，美国国家科学、工程和医学院（NASEM）发布了一份报告，结论是：“安全地将人类运送到火星和从火星运送人类先进的核推进系统，包括核热推进（NTP）和核电推进（NEP），与非核方法相比，有可能大大减少宇航员的旅行时间，发射质量和空间辐射暴露。NTP系统用核反应堆产生的热能加热火箭推进剂以产生推力，而NEP系统使用由核反应堆热能产生的电力驱动的推进器。然而，这两种技术提供的推力都太小，无法摆脱地球NASEM的报告表明，这些系统的积极发展，在20世纪60年代首次原型化，可能导致到2039年能够载人火星任务的车辆。与化学火箭相比，核推进器可以产生两倍的推力，这可以使核动力船在短短三个月内到达火星，不到传统推进星际飞船的一半。‘‘The more you can reduce your travel time, the相对而言，火星以外的核动力旅行时间更2021年7月， NASA和美国能源部合作向三家公司分别授予500万美元，用于设计核热火箭[14]。2021年4月，美国另一家机构国防高级研究计划局（DARPA）选择了三家承包商-通用原子公司（GeneralAtomics）（美国加利福尼亚州圣地亚哥），蓝色起源（Kent，WA，USA）和洛克希德·马丁公司（Lockheed Martin）（Bethesda，MD，美国）-到2025年演示第一阶段的核热火箭，最终将飞往月球，通过其演示火箭的敏捷地月内操作（DRACO）程序[15]。然而，目前美国还没有明确的计划将人类用核动力火箭送上火星[14]。俄罗斯也在指望核能用于星际旅行。俄罗斯去拜访金星和木星[16]。此外，俄罗斯还计划建造核动力空间站[16]。虽然宙斯和空间站的确切时间表尚未公布，但德雷尔表示怀疑。中国于2021年5月将其天问一号着陆器降落在火星上[12]，也在考虑从2033年开始载人火星之旅[17]。然而，中国国家航天局希望采取不同的方法，利用离子驱动器，另一个几十年前的技术。这些装置最初由美国物理学家埃德温·霍尔在20世纪30年代构思[18]，使用电力加速离子作为推进的一种形式。由太阳能发电提供动力的离子驱动器已经用于许多小型航天器和中国的天宫空间站核心模块，该模块于2021年6月迎来了四名宇航员，使其成为第一艘由该技术推动的然而，离子驱动器通常无法与化学火箭竞争通过太空运输大型有效载荷，并且像核推进一样，离子驱动器无法产生足够的推力将航天器发射到太空。离子驱动器产生的带电粒子会使发动机部件退化，随着时间的推移会降低航天器的完整性，危及宇航员的生命此外，它们产生的推力相对较小，尽管理论上的改进可以使该技术在前往火星的旅行时间方面与核推进器相当[19]。然而，中国科学院的研究人员表示，他们已经找到了一种解决方案，可以大大提高离子驱动器的推力[18]。他们的新设计用于为天宫空间站的核心模块提供动力，在发动机该驱动器由一种独特的陶瓷材料组成，旨在长时间承受严重的热量和辐射，研究人员声称已经连续燃烧了超过11个月的原型而没有问题。无论化学、核还是离子驱动技术被证明是最好的解决方案，“从某种意义上说更难的是你的闭环生命支持，你不能在运输中更换的组件的可靠性，宇航员的心理健康，以及与地面控制的有效沟通。谁想成功，谁就必须掌握这些东西。引用[1] 张克SpaceX火星测试火箭再次升空，并再次爆炸。纽约市：纽约时报; 2021年3月30日[引用2021年7月7日]。可查阅：https://www.nytimes.com/2021/03/30/science/space/spacex-starship-launch.html。[2] 放大图片作者：J. 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