世界最強運載工具——“星際飛船”

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世界最強運載工具——“星際飛船”

星際飛船（Starship）是美國SpaceX公司2012年開始研發的超級重型運載火箭，可重復使用，LEO 100t以上。該計劃最初被稱為“火星殖民地運輸系統”（MCT），后更名為“行星際運輸系統”（ITS）、“大獵鷹”（BFR），2018年改名為“星際飛船”。星際飛船可以完成多種航天飛行任務，包括太空旅游、地月運輸、火星殖民、星際運輸與洲際運輸，而且其著陸可靠性最終能達到“航空公司水平”，預計將取代獵鷹9號、獵鷹重型運載火箭以及龍飛船等。這種使用單級火箭搭載有效載荷，以接近M20的速度行駛10000km的方案，極大地改善了重型火箭的成本、復雜性與操作便利性。值得一提的是，美國軍方對星際飛船的地球點對點亞軌道運輸能力特別感興趣，即可以在30min內使用助推火箭將重達150t的貨物運到世界任何地方，且成本低于C-5銀河運輸機。

星際飛船直徑9m，高120m，分為一級助推火箭“超重”（Super Heavy）與二級飛船兩部分。“超重”高70m，根據載荷不同，可使用24～31臺甲烷/液氧“猛禽”（Raptor）發動機，推力可達7342t。火箭底部有6個尾翼，覆蓋著6個著陸腿，頂部焊接有4個菱形鋼制網格翼控制下降；飛船高50m，使用6臺“猛禽”發動機，推力可達1224t。與以往運載火箭和飛行器設計不同，飛船既要作為第二級，從地球發射時達到軌道速度，又要作為航天器，在外太空長時間在軌飛行。6臺“猛禽”發動機中，3臺地面級與助推火箭的發動機相同，3臺真空級是地面級的衍生型號，比沖提高到380s。星際飛船主體結構采用300系列不銹鋼材料，因為這種材料既便宜，又易于加工，而且具有在低溫下強度提升50%的優質特性。對貯箱來說，從推進劑的低溫到再入大氣層的高溫，材料的比強度與早期選擇的碳纖維復合材料相當或更好。300系列不銹鋼經過某種低溫處理，比傳統的熱軋鋼更輕、更耐磨，其高熔點也意味著飛船的“背風面”不需要另外再加隔熱保護系統，而溫度高得多的“迎風面”則采用發汗冷卻技術，讓冷卻液流過夾層，并從外殼的微孔排出，達到冷卻的目的。SpaceX公司也在研究飛船“迎風面”備選材料，如六邊形陶瓷片。

目前，飛船試驗機已進入點火測試階段，預計2022年首次發射，且有2艘飛船登陸火星；2023年載7～9人去月球旅行；2024年發射4艘飛船登陸火箭，其中2艘載人；2050年達到在火星建城。

（李嘉亦 丁新玲 供稿）