虽然美国SpaceX的星舰第一次全状态试飞失败了,但中国航天还是对星舰这种完全重复使用技术很感兴趣。在4月24日世界航天日那天,介绍了长征九号构型演进的路线,提到了二级完全重复使用技术,也就是类似星舰的技术。为啥中国航天对SpaceX的技术路线这么感兴趣呢?我是东城观星,记得关注我,每周跟大家聊聊高科技的那些事。
关于星舰,大家已经了解很多了,自然知道它的主要用途。但是,很多人并不清楚,星舰除了可以完全重复使用和可以飞往其他星球以外,还有很多非常有价值的战略用途,一旦在军事领域放开手脚,将带来很多全新的战略方案。在民用领域使用,也有非常独到的优势,可以说能解决很多难以解决的航天痛点。下边我们简单分析一下,你也就能理解中国为啥也要发展星舰了。当然,以下仅代表个人观点,并不是官方意见。
一、可重复使用飞船有可能实现太空核力量常规巡航
从国防角度来说,多位一体的核力量布局,是震慑敌方维护国家安全的重要保障。目前主要的战略核武器投送方式,有潜艇投射、导弹投射和飞机投射。其中飞机投射的机动性最好,能实现最近距离投射,给对方留下的反应时间最短,但安全性也最差。飞机飞临其它国家的时候,很容易被击落从而失去战略威慑意义,哪怕是隐形飞机,现在也是可以被特殊雷达系统识别出来的。
飞机巡航,受各国领空的飞行限制,不能随意穿行。太空飞船却可以随意飞到任何国家上空,不受各国领空的限制。如果把核武器安装到星舰内部,那将让战略核力量威慑能力大大增强。低轨道飞行的星舰,可以做到两个小时左右围绕地球一周,只要调整好轨道,可以在两小时以内路过任何国家上空。
飞机在空中续航需要不断消耗燃料,飞行成本极高。星舰在太空轨道,只要不随意变轨,几乎不怎么消耗燃料,相当于是全天候低成本战略巡航,如果考虑燃料太空补加的话,星舰在轨道上巡航几年一点问题都没有。更厉害的是,星舰可以在200公里的低轨运行,这是一个非常近的距离,大概相当于朝鲜的平壤到韩国首尔的距离。在太空投射武器可以在非常短的时间内到达目的地,比一般的高超音速武器速度还要快,基本上难以拦截。太空核打击,要比导弹、潜艇甚至飞机的核打击都难拦截。
一旦这样的战略巡航付诸实施,还可以用几艘星舰实现阵列巡航和轮班巡航。所谓阵列巡航,就是类似GPS导航一样,同一条轨道上安排多个星舰,让重点关注国家上空每时每刻都有星舰在飞,可以实现0响应时间攻击。比如飞船在近地轨道2个小时围绕地球一周,在这条轨道上放上多个飞船,然后再多部署几条轨道,就可以实现同一个地点上方始终有飞船在飞。所谓轮班巡航,就是定期安排一部分星舰返航检修,并及时补充替补飞船实现无缝衔接。如果真那样做的话,就相当于每时每刻都有至少几十枚核弹头在咱们头上飞,你说恐怖吗?
当然,受国际法的限制,战略核武器不太可能部署到太空。但一旦有一个超级大国不讲武德,坚持要把核武器部署到太空怎么办?其他国家靠谴责是没有用的,小国也没有实力去经济制裁超级大国,甚至反卫星武器也毫无意义。假如用反卫星武器把星舰炸毁,核武器还是有可能会坠落下来,有一定概率在地面引爆,那引爆的后果就需要由击落的那个国家来负责了。最倒霉的还是引爆点附近的那些平民们。对付这种核武器巡航的办法,只能是另一个大国也发射一定数量的同类型飞船,也在对方头顶飞行。
二、地球点对点航班化高速运输
按照规划,星舰地面发射可以实现一小时内到达地球上任何地点。目前,我们主要使用飞机进行远距离快速运输,但飞机的飞行速度仍然比较慢,远距离需要动辄十几个小时的时间,甚至中间还需要加油中转。同时,各种飞机对于机场的要求比较高,没有机场的地方很难降落,大大限制了飞机的输送范围。将来用星舰这样的运输工具,不受飞机场的限制,理论上可以在地球上任意地点着陆,而且可以做到一小时左右到达,这可真是非常便捷的一种运输工具了。
虽然战争状态下,这样的运输方式并不能保障安全,起不到突围输送的作用,安全性甚至比不上空投。但是,在远距离快速运输方面,这种方式还是有一定的优势的。另外,对于战火范围之外,这种运输方式的优势也很大。比如发生重大地质灾害以后,需要运输大量物资进入灾区,星舰这样的运输工具可以实现一次性运输100吨物资。而且在灾区复杂的地面环境下,采用垂直降落的星舰可以自主找到合适的降落地点完成安全着陆。这样的运输方式,可比飞机空投方便多了。甚至相对于直升机也有一定的优势。
当然,这种运输方式,也有两个比较尴尬的局限性。第一个局限性,就是超重助推器和星舰本身都是用气体燃料,而且使用量巨大,在发射之前加注燃料的准备时间是非常长的。看起来从起飞到降落只有一个小时,但加上组装和加油的时间,怎么说也得小半天才行。如果真要军用的话,最好还是能使用固体助推器,星舰自身使用常温液体燃料,这样就可以长期处于战备状态,不必要现用现加燃料了。第二个局限性是,虽然理论上它可以降落到地球上任何地点,但是,它的起飞必须要有发射场,而且必须要配合超重助推器来使用。换句话说,要想实现航班化运行,必须要把星舰的发射场建设到世界各地,建发射场可不像建飞机场那么简单。受发射场的限制,星舰的适用范围远远不如飞机。前面提到的往灾区输送物资,送过去容易,但要想把星舰弄回来可就困难了。
三、超大体型、超大容量,带来超强的运载能力
从民用来说,星舰这样体型的飞行器,可以发射超大数量的卫星,运送超大体积的载荷以及超长长度的载荷。比如,SpaceX用猎鹰九号发射星链卫星,一次最多发射60个,换成星舰发射,一次就可以发射400个,效率大大提高了。再比如,下一代星链卫星,体型更大,身体细长,猎鹰九号装不下,但星舰可以轻松装下。
国际空间站使用先进的桁架结构,得以组装出超大的规模。但是,制造空间站的桁架都是美国用航天飞机发射的,航天飞机退役以后,世界各国都无法再发射那种大型的桁架了。星舰就可以代替航天飞机完成超大体积桁架的发射,为下一代空间站建设提供保证。至于中国,虽然没必要在空间站上使用桁架,但正在规划中的空间太阳能发电站,却需要更复杂的组装过程,需要大量超长的空间组件。有星舰这样的飞行器,对于建设太阳能电站来说就是如虎添翼了。
另外,星舰有100吨的运输能力,真像前面说的,用到部署战略核武器的话,运力也是惊人的。100吨,大概可以安装将近四个沙皇炸弹,至于小型化的战略核武器,一次性携带几十枚是很轻松的。想想看,天上时刻都有几十枚核弹头在飞,那是多恐怖的事情啊!希望这样的战略部署不要付诸实施。但一旦有一个超级大国实施了,将带来极大的战略失衡,必须有其他国家用相匹敌的核力量来制衡才行。核武器是用来战争的,但世界的和平好像也需要各大国掌握的战略核武器来维持,天上飞的战略核武器,也是地面那些军事领袖们的冷静剂。就好像小说三体中介绍的那样,我们不想去毁灭三体世界,但也要有能震慑三体世界的手段,这样才能换来地球和三体文明之间的和平。
星舰这种类型的航天器,有这么多独特的优势,又有很大的战略价值。中国选择相同的路线,一点也不奇怪。虽然我们不希望这样的航天器军事化,但我们更不希望这样的航天器被单一国家军事化,因为我们希望有一个相互制约的和平,而不是某大国施舍的和平。
四、中国星舰有啥不一样?
中国如果发展星舰,虽然会在外形上有很大的相似之处,但内部结构上大概率是不一样的。作为后发的型号,肯定会发展更先进的技术。马斯克是考虑到综合性能和成本的因素而选择了不锈钢的外壳结构。中国大概率不会照搬不锈钢结构。十年后,碳纤维材料的生产成本将会大大降低,不锈钢相对于碳纤维复合材料的价格优势将不再那样明显,而性能劣势却很明显。如果使用碳纤维来制造飞行器,自身重量将大大降低,能够显著提高飞船的运送能力。
另外,从燃料和发动机来说,虽然甲烷和氧气有足够多的优势,但在轨运行的飞船使用气体燃料的缺点也是很明显的,泄露的风险比较大,对贮箱和管路的要求比较高。如果可以使用跟中国新一代载人飞船一样的燃料,在保证安全环保的同时,也能实现前面说的燃料可以在飞船中长时间储存,发射更便捷,在轨运行更安全可靠。将来也更容易实现在轨燃料补加。
最后,中国的星舰返回过程中,虽然也会选择垂直降落的模式,但降落的过程可能不太一样。我觉得在中间减速阶段,可以用上降落伞减速。这样做的好处是,可以节省一定量的燃料,同时更有利于飞船返回姿态的调整。更重要的是,通过降落伞减速,可以让贮箱里不多的燃料全部集中到底部,飞船点火减速的时候更加安全可靠。SpaceX星舰就曾经被燃料不沉底点不着火的问题困扰了一段时间,后来不得不多加一个小贮箱来解决返回时的点火难题。
好了,就说这么多吧!你想象的中国版星舰会是什么样呢?请在评论区讨论一下。
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