最狂的Space X與殖民火星計畫 深度了解BFR火箭

說起地球上最狂熱於太空探險的公司,那Space X肯定榜上有名。Space X執行長Elon Musk日前於第68屆國際太空聯盟(IAC)上宣布Space X的最新太空計畫,其中將預計於2022年利用載具BFR(Big Freaking Rocket)把第一批物資送上火星,並於2024年正式將人類送上火星,開始人類的火星殖民計畫。

BFR也能當高速交通工具

這次Space X的火星計畫之所以可行,過往太空計畫的弊病是費用太高,多數裝置都是一次性使用,而Space X即將開發的新型載具BFR,將可完全重複利用,且不只用於太空航行,也可以做為地球上的高速交通工具,從紐約飛往上海只要39分鐘、倫敦到杜拜只要29分鐘、東京至印度德里也只要30分鐘。透過BFR能讓地球上的任兩點的交通時間縮減至1小時以內。且搭載單引擎的Falcon 9已經連續降落成功16次,搭載多引擎的BFR據稱其安全性更高,並預計單座的費用將與客機經濟艙相當。

▲BFR不完全是用於火星計畫,衛星發射、月球計畫、國際太空站補給、火星計畫甚至是地球端點交通都是BFR的應用範圍。

▲BFR搭著第一節引擎從紐約的海上發射台起飛。

▲在軌道上拋棄第一節火箭,而這火箭的第一節結構仍可重複利用。

▲39分後BFR抵達上海的海上平台,裝上第一節火箭後,又能再度發射。

火星之旅不是單程票

BFR的第一節與第二節都可完全重複利用,並可運送150公噸的酬載進入LEO(Low Earth Orbit)近地軌道,若把BFR做為拋棄式模式火箭,則可提升酬載到250公噸。BFR第一節為助推火箭,搭配了31具Raptor引擎可提供5400頓的推力。第二節則可分為有人板與無人版,全長48公尺,並具備比A380還大的客艙,可容納80至100人前往火星,並有儲藏室、餐廳與避難所等設施。

由於BFR補充燃料後可重複發射,因此只要在地球軌道上進行推進劑補給作業,也就是俗稱的加油,就能直接前往火星。在火星完成燃料補給後,因為火星重力較低,不需要第一節助推火箭就能直接靠第二節的動力脫離火星。火星基地的燃料預計會挖掘水資源,並與火星大氣中的二氧化碳反應,可製造氧氣與甲烷。如果是前往月球,BFR則只需要在地球軌道補充燃料後,動力就足夠登陸並返回地球。

▲巨大的液態氧容器,採用碳纖維材質,可承受2.3倍大氣壓力,容納1000立方公尺、1200公噸的液態氧。

▲BFR可分為2節,左側是第一節搭載著31具Raptor引擎,推力達5400公噸。

▲Raptor引擎可使用液態氧或是甲烷作為燃料,最長噴射時間為100秒,登陸火星則需要40秒的噴射推進時間,測試引擎燃燒室壓力為200大氣壓力,預計提升到250至300大氣壓力。

▲引擎噴嘴共有6具,周圍的是用於太空推進的引擎,轉動的幅度與速度都比較小。中央2具則是用於登陸使用,噴嘴的角度與速度都比較大。

▲BFR第二節有2種設計,分別是無人版與有人版,差異在於前端的貨艙設計。全長48公尺、直徑9公尺。攜帶1100公噸的助推劑,最大發射酬載為150公噸。

▲此為有人版的第二節設計,最特別的是側面的三角翼,有分裂式襟翼設計,可應付不同密度的大氣環境。由右至左分別是,酬載艙、燃料艙、引擎。

▲加壓貨艙的空間比A380還大,共有825立方公尺。將配置40個環繞的客艙,中央則是用於餐廳、儲藏與緊急避難所。

▲藍色的是儲存240公噸甲烷的燃料槽,右邊綠色的則是860公噸的液態氧。因為降落時BFR姿態會大幅度變動,因而甲烷燃料槽中央還有個次級槽,用於降落時提供穩定的推進劑來源。

▲填充燃料是以尾部對接的方式進行,油料滿載的狀況可登陸月球不須補給,直接回到地球。

▲在地球軌道上補充燃料後,可直接前往月球不須補給,直接再回到地球。

▲在地球軌道上裝滿油料可登陸火星,由於火星重力較低,可直接靠第二節的推力脫離重力圈,燃料則是利用火星上的水與二氧化碳,製造氧氣與甲烷。

成本低酬載高是優勢

因為BFR具備重複利用的特性,相較於多數拋棄式設計更有優勢,單次發射成本能大幅低於現在的各式載具。且無人版BFR可在第二節貨艙中收納大型人造衛星,甚至是鏡片不用折疊的新型太空望遠鏡。

目前Space X已經著手進行建造推進劑槽與火箭生產所需的廠房,預計2018年第二季開始製作首艘BFR,2020年要送2艘BFR去火星,並搭載著火星基地需要的預備物資。2024年正式開始火星殖民計畫,當年度會送上2艘無人BFR與2艘有人BFR前往火星,並建構火星推進劑補給站。

Space X的BFR應該是目前地球上最可行且具有執行力的火星方案,說久也不久沒意外的話,我們等個幾年就能看到BFR正式服役,也宣告人類的太空探險時代再度來臨。

▲BFR酬載有150公噸。

▲若使用拋棄的方式,可乘載250公噸的物資上近地軌道。

▲2022年會先送2艘BFR運送物資上火星,2024年則是分別派送2艘無人版與2艘有人版上火星。

感謝詳盡的資料來源:宇宙世紀 UC 0000

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