本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
今天早些时候,我们的太阳获得了一颗新的卫星,这要归功于SpaceX的猎鹰重型火箭的首次试射:一辆樱桃红色的特斯拉跑车,曾经由SpaceX和特斯拉的首席执行官埃隆·马斯克驾驶,播放着大卫·鲍伊的《太空怪人》的乐曲,驾驶座上绑着一位身穿宇航服的“星人”假人。当星人冲入黑暗,在天空中等待时,仪表盘显示着什么呢?是道格拉斯·亚当斯的《银河系漫游指南》中的标语:“不要恐慌”。
这辆跑车从佛罗里达州卡纳维拉尔角的美国宇航局肯尼迪航天中心的39a发射台发出震耳欲聋的轰鸣声发射升空,这里也是1969年阿波罗11号登月任务和1981年首次航天飞机飞行的发射地点。跑车计划开始一次行星际轨道飞行,在地球和火星的轨道附近之间盘旋。然而,猎鹰重型的上级火箭在最后一次燃烧时表现过头,将跑车的太阳中心轨道的外围推过了火星,进入了小行星带。*跑车既不是第一辆汽车,甚至也不是第一辆被发射到太空的电动车型(阿波罗时代的月球车赢得了这两个奖项)。但它肯定是速度最快的,当它从猎鹰重型的整流罩分离,前往深空时,相对于地球的速度接近每秒12公里。
然而,这里的大新闻实际上不是猎鹰重型火箭的古怪有效载荷,而是这枚巨型火箭存在并且即将投入常规运营的事实。马斯克本人将成功的几率定为仅为50/50,其中“成功”的定义是火箭仅仅能够飞过发射台而不爆炸。实际上,火箭的表现几乎完美无瑕。
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猎鹰重型火箭由三个相互连接的助推器组成,每个助推器都来自SpaceX较小的猎鹰9号火箭,总共有27个火箭发动机,使其能够将约140,000磅的物体送入近地轨道。这不到20世纪60年代和70年代将阿波罗宇航员送上月球的著名土星五号火箭“投掷重量”的一半,但仍然大约是目前重型运载冠军——联合发射联盟制造和运营的德尔塔四号重型火箭的两倍。然而,猎鹰重型的运载能力可能很快会被美国宇航局正在开发的太空发射系统(SLS)火箭所取代,该火箭可能在2019年或2020年开始试飞。
SpaceX官员表示,乘坐猎鹰重型火箭的费用至少为9000万美元。这只有德尔塔四号重型火箭成本的20%,不到SLS飞行预估高达10亿美元价格标签的十分之一。如此低廉的价格主要是由于大胆的技术创新和新的运营效率,这使得SpaceX不仅能够以更少的钱建造火箭,还能够重复使用它们。
该公司的猎鹰9号助推器在将卫星送入轨道并将货物运送到国际空间站后,已经能够例行进行精确的软着陆。在猎鹰重型火箭的试飞中,所有三个助推器的第一级都飞回了发射场附近,其中两个助推器近乎完美地同步降落在等待的着陆台上。第三个,中央助推器需要释放更多的速度,并且在下降过程中一些发动机发生故障后,其在离岸300英里的机器人驳船上的计划着陆失败,而是坠入了水中。
即便如此,猎鹰重型火箭出乎意料的整体顺利表现,无疑预示着火箭发射业务即将发生重大变革。SpaceX的竞争对手可能很快将被迫以低廉的价格提供类似的空气动力学壮举,以免在争夺市场份额方面输给他们的竞争对手,特别是在将商业和军用有效载荷发射到地球上方珍贵的地球同步轨道的利润丰厚的领域。
对于太空科学和探索来说,随着发射成本的大幅降低,似乎也即将迎来复兴,其中可以建造和发射比以往更多数量的卫星、太空望远镜和行星际探测器。那么,人们可能会想知道,在这样一个低成本重型运载的新世界中,SLS将如何生存。
答案似乎在于SLS作为未来将美国宇航局的宇航员运送到深空目的地的指定渡船的地位。马斯克最近宣布,猎鹰重型火箭将仅限于货运飞行。对于SpaceX而言,载人飞行的任务将在不久的将来由猎鹰9号和该公司的龙飞船承担,它们正在接受认证,用于将宇航员往返于近地轨道。为了走得更远,该公司正在开发一种更大的火箭,名为“BFR”(“B”代表“大”,“R”代表“火箭”,其余的您可以自行填写)。连同配套的“BFV”(“V”代表“飞行器”),它可以将更大的船员运送到行星际目的地,有可能实现马斯克经常宣称的在火星上建立一个自给自足的殖民地的梦想,这是他更根本的目标“使生命多行星化”的第一步。
现在……回到那辆跑车,它并非最初看起来那样多余。出于测试目的,猎鹰重型火箭需要一个沉重的有效载荷——没有有效载荷的飞行将无法提供SpaceX工程师渴望的关于火箭性能的所有有价值的数据。而且,可以肯定的是,这并不是该公司首次发射的异想天开的测试有效载荷,它还曾为龙飞船的首次飞行发射了一块著名的勒布勒奶酪。
与其在展示一枚可以颠覆现有发射公司商业模式的火箭时,举起数千磅的混凝土(或勒布勒奶酪),为什么不展示一下马斯克的其他潜在革命性事业之一——旨在挑战大型汽车制造商的电动汽车呢?在主题上,它是完美的匹配。
事实证明,马斯克的跑车还搭载了一些额外的物品——一个像小矮人一样的Hot Wheel版本,配有一个微型星人,以及一块刻有6000名SpaceX员工名字的牌匾,以及一个编码了艾萨克·阿西莫夫经典《基地》三部曲全文的石英盘。如果跑车还携带了任何具有附加值的科学或技术有效载荷,SpaceX尚未透露。
它近乎毫无意义的行星际航行似乎非常符合我们所处的时刻,当时,孤独、富有的个人的古怪冲动可以通过影响深远的行动来表达,而这些行动以前是世界上最强大的政府或跨国集团的专属权利。在满月的表面上用巨大的字母草率地刻上“基尔罗伊到此一游”是所有人都想做的事情,这是一种永恒的、太人性化的冲动。而真正有能力做到这一点则完全是另一回事。这应该庆祝吗?
在考虑跑车的最终命运时,这一点再清楚不过了。它前往小行星带附近的路程应该需要大约半年时间,但之后呢?当马斯克最初在Twitter上宣布有效载荷时,他说它“如果不在上升过程中爆炸,就会在太空中存在大约十亿年左右”,并且在SpaceX的发射网络直播中,公司代表重复了这一估计。对于我无忧无虑的那部分来说,这是一个可爱而快乐的想法。
然而,对于我内心另一个更忧虑的部分来说,这有点令人不安。马斯克的车辆可能会取代其他寿命长且明显更严肃的深空人造物吗?外层空间长期以来不仅被视为最后的边界,而且还被视为属于所有人和任何人的终极普遍公域——而且在那里发送的任何东西往往会持续很长时间。几十年来,任务规划人员一直谨慎而庄重地对待这里,他们意识到,在非常真实的意义上,他们的作品代表着我们所有人,代表着无数的后代。当且如果发射成本降到如此之低,以至于每个人和他们的表亲都可以在太阳系中散布他们的小玩意时,这会增强还是贬低那些真诚地试图为后代概括人类体验本质的少数行星际时间胶囊?
假以时日,猎鹰重型火箭的有效载荷可能会成为一种标志性的、特别不敬的太空时代奥西曼迭斯,这是一个缓慢侵蚀的纪念碑,它将在我们都消失很久之后依然存在,给无垠的未来传递一个相当基本(如果不是粗俗)的信息:“强大的众神啊,看看我的跑车,不要恐慌!”不过,这远不是第一次有人不尊重那些谨记后世的自命不凡的人类。即使是现在,安迪·沃霍尔潦草绘制的阴茎图片也贴在月球着陆器的腿上,而着陆器则停留在月球几乎永恒的惰性表面上。
最后,这些担忧可能被夸大了,因为对跑车十亿年轨道寿命的乐观预测可能是错误的。当它在地球轨道附近和小行星带之间来回盘旋时,来自太阳所有行星的小引力会轻轻地调整汽车的轨迹,随着时间的推移逐渐以混乱的方式重塑它,如果你等待足够长的时间,就会变得无法预测。此外,跑车还将特别容易受到太阳加热和辐射压力的影响,即每个光子撞击其表面所带来的微妙的动量冲击——这两者都会以几种重要但微妙的方式改变物体的轨道。
这意味着它不太可能持续十亿年——在此之前,它的轨道很可能已经被扰乱,将其抛到其他地方,甚至可能回到地球,在那里它可能会对未来寻找威胁行星的小行星的天文学家造成困扰。这也意味着,未经消毒的有效载荷,可能仍然装有可存活的微生物,最终被捕获到火星周围衰减的轨道中的机会非常渺茫,在那里它很可能在穿过火星稀薄的大气层后幸存下来,从而撞击地表——这正是让“行星保护”倡导者夜不能寐的事情。不过,在遥远的未来,马斯克的努力可能会结出丰硕的成果,不仅导致了火星殖民地,而且还会出现一个“地球化”的世界,一个曾经是红色的行星变得更像地球,到处都是活生生的绿色和蓝色,这将使行星保护的担忧变得毫无意义。
但这并不是我说的——我当然不会这么说,所以我请教了一位真正的专家。哈佛-史密森天体物理中心的航天器追踪天文学家乔纳森·麦克道尔说,马斯克的星际跑车“将在太阳轨道上停留很长时间,但时间尺度是数百万年”,而不是数十亿年。“在受到行星的摄动和太阳辐射引起的差异热效应后,它很可能会坠入太阳,而不太可能发生的长期结果是被抛出太阳系、撞击行星,或是被安置在火星上的马斯克城市特斯拉汽车博物馆。”对于星际人来说,这不算太糟糕的命运。
*本文已修订,以反映有关跑车当前去向的新信息。