【太空聖杯】Starship 試射,為何重要?

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Starship 火箭原型。 圖片來源:Loren Elliott/Getty Images

SpaceX 原定於 4 月 17 日發射重型運載火箭 Starship,但升空前不到 10 分鐘,因助推器出現增壓問題宣佈推遲發射至少 48 小時;SpaceX 創辦人馬斯克後來發推文解釋,問題似乎是「壓力閥被凍結」。火箭發射延期甚至失敗自然不稀奇,若這支以可重複使用、載人上月球和火星為目標設計的「最強火箭」Starship 成功發射,意義重大。

眾所周知,馬斯克的願景是登陸火星,甚至讓人類在火星生活,SpaceX 的創辦精神就是要讓生命在多個行星上存活。馬斯克更希望未來 SpaceX 能建造至少 1,000 艘 Starship,在 2050 年運送 100 萬人登陸火星。Starship 的設計足以載 100 人,還有人們的行李、登陸後建造房屋、企業、火箭燃料站和鑄造廠需要的材料。其載重艙將設有公共區域、儲存空間、廚房和避難所,以便乘客們在單程前往火星的 9 個月期間,可以聚集躲避太陽風暴。馬斯克甚至表示,創立 SpaceX 的唯一目的,就是開發像 Starship 這樣的運載工具,讓人在火星建立定居點。

整個 Starship 系統高 120 米,是迄今最高的兩級火箭。 圖片來源:路透社

Starship 高 120 米,由兩個不銹鋼部件組成,底部是 SpaceX 的第一級超重型助推器,頂部則是 Starship 載具,每次發射能夠運載超過 100 公噸的貨物和乘客,是世上最高及最強大的火箭系統。可重複使用的設計,意味著 Starship 的主要組件毋須如其他發射系統般,使用後即丟棄在海中或被燒毀。從太空返回後,Starship 能重新裝上火箭推進劑,於短時間內再度發射,降低整個系統的運作成本。2022 年 2 月馬斯克在德州南部一個公司活動中表示,可重複使用這項特性,是「太空的聖杯」,使普通人較能負擔太空航行的費用。

不過,首次試射的 Starship 不會馬上嘗試登陸,而是在離地球表面約 241 公里的低地球軌道(low Earth orbit),以每小時約 28,160 公里的速度向東航行,從德州南部發射的 Starship 隨後將重返地球大氣層。超重型助推器會在飛行約 3 分鐘後分離,預定在墨西哥灣濺落。飛越大西洋、非洲南端和印度洋的 Starship 則飛向夏威夷海岸附近的太平洋濺落。SpaceX 表示,整個 Starship 試飛會持續約 90 分鐘。雖然可重用是 Starship 的建造目的之一,但據指 SpaceX 這次故意將 Starship 及助推器丟入海洋,以減少最初試射需要測試的東西。

這次延遲發射,或顯示 Starship 實際運作上更困難。麻省理工學院太空推進實驗室負責人 Paulo Lozano 表示,使用 33 個引擎同步工作的助推器將 Starship 火箭推離地面,「是一項極大挑戰」。SpaceX 選擇的燃料甲烷,也跟大多數功率龐大的火箭採用的氫不同。Lozano 認為,甲烷和火箭的氧化劑需要冷卻至極低溫,這也許是閥門凍結的原因。但選擇甲烷與其登陸火星的目標有關,馬斯克指,火星地下水和大氣中的二氧化碳,可通過名為薩巴捷(Sabatier)的化學反應過程合成甲烷,意味著 Starship 可使用火星資源返回地球,實現補充燃料自給自足,太空旅程自然更具成本效益。

除了實現 SpaceX 的火星殖民夢,NASA 也將在 20252027 年利用 Starship,將阿提密斯(Artemis)計劃 III、IV 的太空人送上月球。在阿提密斯 III 期間,Starship 會將配合 NASA 的 SLS 系統,將太空人和獵戶座飛船運送到月球南極。第四次任務則預計 Starship 會停靠在現時未建成的 Gateway 太空站,並運送太空人往返月球。在火星定居之前,Starship 必先要滿足快將到來的登陸月球任務。SpaceX 簽署的合約中,除了要開發將太空人帶到月球表面的人類登陸系統(Human Landing System,HLS)版本 Starship,還需要演示一次無人駕駛的月球試飛

Starship 以後的不同試射結果、成功與否仍待驗證。但正如 NASA 局長 Bill Nelson 曾稱:「這是全新的系統,總有可能失誤。」SpaceX 描述試射任務也表示:「在這樣的測試裡,成功取決於我們從中學到多少。隨著 SpaceX 迅速推進 Starship 的開發,將為未來提供信息,令我們更有可能成功。」