星际飞船升级版有多可怕,低轨道运力可达230吨,一次发射可打920颗星链



SpaceX 首席执行官埃隆·马斯克 (Elon Musk) 表示,未来的星际飞船——或者至少是某些星际飞船变体——正在升级,猛禽发动机数量增加 50% ,推进剂储箱加长。
12 月 17 日,马斯克透露了这些计划,证实了三个月前发布的一条推文,称星际飞船正在“增加额外的 3 台发动机”。
                           

SpaceX的 9 发动机星际飞船与33发动机的超重型运载器组装,将制造出具有42台猛禽发动机的“星箭”。在《银河系漫游指南》中,42是“生命和一切终极问题的答案”、一个特殊的数字 ,马斯克似乎也很喜欢这个数字。当然,星箭的42台发动机绝对不是空穴来风的,这个数字肯定有工程上的细致考虑。在星际飞船上再增加三台猛禽发动机,将数量从 6 台增加到 9 台,并延长其储箱,这将是一个重大升级。
猛禽发动机是由 SpaceX 开发的一种新型发动机,由低温甲烷和液氧提供燃料。与标准猛禽发动机相比,猛禽真空发动机版本具有更大的喷嘴,喷嘴增大的直径提高了在外太空环境中工作的效率。
根据业余爱好者的计算,他们通过有关火箭结构、形状和发动机的信息来估计火箭性能,一艘九发动机星际飞船的油箱将伸长约 25%,以储存额外 300 吨低温液氧和甲烷。升级后的星际飞船的升空质量接近 1600 吨,高约 55 米,比目前飞船高 10%。
星际飞船版本
满载燃料质量
高度
猛禽台数
推力大小
运力
标准版
1200吨
约50米
6台(3+3)
>1400吨
150吨
升级版
1500吨
55米
9台(3+6)
2000~2250吨
220~230吨
 在星箭的超重型运载火箭与星际飞船分离时,此时环境接近真空,带有三台海平面优化版猛禽和六台真空优化版猛禽的加长星际飞船可产生至少 2000 吨的推力,甚至并且可能超过 2250 吨,具体取决于发动机性能。星际飞船的推力和目前世界现役运力最大的猎鹰重型一级相比,仅仅小10%。

不管它的推力、尺寸或重量如何变化,加长的储箱和增加后的九台猛禽发动机会如何影响星际飞船运载器的发射性能呢。根据业余爱好者的计算数据,和正常的星际飞船(标准储箱和6台猛禽发动机配置)相比,升级版星际飞船发射性能的提升是显著的。从理论上讲,储箱加长可以提高有效载荷质量,对于近地轨道LEO来说,升级版的星际飞船的运力可由150吨提升至220吨,这基本上是50%的能力提升。事实上,根据马斯克最近的另一条评论,升级版星际飞船的运力可以达到略低于230吨的水平,比标准版星际飞船的运力提升了50%以上。如果这些计算是准确的,那么升级版的星际飞船增加到九台猛禽和延长燃料储箱并不是太困难的事。它会减慢开发速度,并且增加发动机将使星际飞船成本增加一大截,但是获得50%的运力提升将显著提高星际飞船的效率(效费比)。
马斯克和SpaceX更雄心勃勃的月球和火星发射计划需要多次在轨“加油”。50%的运力提升将使SpaceX更高效、更快速、更便宜地完成大多数燃料加注任务。来算一笔账,如果所有星际飞船都加长并配置9台猛禽发动机,在LEO轨道为升级后的星际飞船加注满燃料需要7次发射,而不是原来的8~10次发射;如果SpaceX计划保留星际飞船的多个版本(同时运营标准版和升级版),事实很可能也是如此,像需要依赖在轨“加油”的月球或火星着陆的星际飞船可以保持目前的大小,即采用标准版本(满载装载1200吨燃料,6台猛禽发动机);星际飞船加油机采用升级版本,仅需要5~6次发射即可满足。
实际上,将星际飞船的燃料储箱延长5.5m,仅仅带来4吨的结构增重。所有,SpaceX有可能还有星际飞船的第三种变体:增长储箱、6台猛禽发动机版本。像未来NASA的载人登月着陆器和火星着陆器,需要依赖在轨燃料加注才能到达目的地,增长的燃料储箱和更多的燃料储备可以带来有效载荷质量的提升,发送到月球、火星或其他高能量轨道的质量可以提升许多。
在接下来的几个月里,如果可以从马斯克和SpaceX那里得到升级版星际飞船的更多设计细节,结果将会更加诱人。
SpaceX目前正致力于将南德克萨斯星际基地开发为一个完全可重复使用的星际飞船发射系统。在获得FAA的飞行许可后,SpaceX计划在2022年年初执行星际飞船的首次轨道级发射。马斯克的目标是到2023年拥有可用于太空发射的星际飞船和超重型运载火箭。如果一切顺利,SpaceX可在2024或2026年执行第一次星箭的深空飞行。2024或2026年对应着下两个探火周期,火星和地球每隔26个月会接近一次。
马斯克表示,如果SpaceX在未来的20年可以制造出一个由1000枚星际飞船组成的庞大舰队,将几万吨货物和几百人送到火星,那么人类在2050年前就可以在火星建立一个自给自足的殖民地。每隔26个月,一个批次的星际飞船舰队执行一次发射,携带必要的物资设备,第一批火星定居者为人类在火星建造第二个家园奠定基础。为了使生命占领除地球以外的行星,SpaceX需要建造1000艘以上的星际飞船。
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