解析SpaceX火星殖民計劃:有史以來最「扯犢子」的太空項目

天下 10-15

筆者本想再開一個連載把SpaceX的火星計劃的問題都說清楚，但顯然有人比我動作快。著名專欄作者Tim Urban憑藉其於依隆·馬斯克的私人關係，在宇航大會後趁熱打鐵推出了他的火星計劃解析文章，我尤其喜歡其火星運輸成本和未來發展的深度解析。本文原載知乎，本文前半部分為作者土豆泥原創，後半部分為土豆泥翻譯，轉載已獲授權。另外，排除火星大餅，SpaceX的恢複發射和事故調查也有重大進展，賣個關子，下期再說。還有請大家不要忘記觀看後天早晨的神舟11號飛船發射任務，有趣的是軌道ATK公司Antares火箭的恢複發射就安排在神舟11的幾十分鐘後，該火箭自2014年末發射爆炸後整整兩年才恢複發射，當年和獵鷹9比肩齊名，現在估計很多人都快忘掉他了吧。

這是一個很長的文章，只是為所有想了解這個計劃的童鞋做一個簡單的科普：
分為兩個部分：1）開胃菜；2）主食。

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開胃菜：

首先，我們來看一下人類這最近50年以來的星際探索：

我把地球—火星連線給截取出來：

對比於一旁星羅密布的月球任務，只有38次上訪的火星任務似乎小的像盒蚊香，然而你所看到的月球任務的超大部分比例來自1960~1980年間，拋開冷戰的背景不談，載人登陸的秘技似乎被鎖在了黃金歲月之中，無人解鎖的後果就是技術斷層（載人航天基本都是去近地軌道）。

各位80後的看官可曾記得小時候，總有電視報紙宣傳要如何登陸火星，可一講就是30年過去了。

記得曾經看到過在Quora上關於「我們是如何丟失登月技術？」這一問題的討論，作為前NASA攻城獅兼宇航員的Robert Frost提供了一個非常客觀的答案：

So, when the Apollo program ended, thefactories that assembled those vehicles were retasked or shut down. The jigs were disassembled. The molds were destroyed. The technicians, engineers,scientists, and flight controllers moved onto other jobs. Over time, some ofthe materials used became obsolete.

······

We don't have the factories or tools. Wedon't have the materials. We don't have the expertise to understand how thereal vehicle differed from the drawings. We don't have the expertise to operatethe vehicle.

而伊隆·馬斯克這一計劃的高妙之處就在於承接了黃金年代的夢想，把30年的斷檔重新讀取，提出了跨星種族的戰略，為人類的存亡絕續做一個備份。在如此恢弘的藍圖面前，你需要從雲端接地氣，下面利用本人非常喜歡的YouTube頻道Real Engineering的一個解析視頻為大家開胃：

這個視頻很棒，但沒有精力配上字幕了，不過好在大部分內容都在文中提及了，主頁君注

首先，火星旅行的理論方案有不少，包括利用金星作為引力跳板以及霍曼軌道轉移，人類玩的最溜的是霍曼軌道轉移（玩兒過坎巴拉太空計劃的應該都懂，主頁君注）：

在霍曼軌道轉移理論中，在離開母星近地軌道1（綠色圓線）之後，航天飛船利用一次加速切入更大半徑的橢圓軌道2（黃色橢圓線），在從近拱點（periapsis）運轉到遠拱點（apoapsis ）之後，飛船再次加速切入半長軸更大的橢圓軌道3（紅色橢圓線），這樣航天飛船利用兩次瞬間加速，將自己轉移到更大的運行軌道中去，而現實中，這兩次加速是不可能在瞬間完成，但因為引擎的推力不同，實際在加速所耗費的燃料和時間也不盡相同。

其大致計算的原理如下：（如果你懶得理解這個公式也沒關係，這不影響您對文章的理解，當然理解了更好，主頁君注）

角差是計算的一個關鍵點，可以清楚的查得地球繞日軌道半徑R1=1AU（天文單位，1AU=149597870700m），而火星繞日的軌道半徑為R2=1.52AU。把這兩個數值帶入角差公式，你就可以知道發射火星飛船時地球——火星的相位差，我計算得到的是，也就是44.1°。

下面是個人製作的簡易示意圖（忽略物體比例）：

先讓出火星大約44.1度的相位，這樣當火星到達自己軌道的遠拱點位後，飛船也正好被納入火星的引力範疇，這並不是最快的也不是最近的路徑，但這卻是目前為止最省燃料的方案。

既然說到燃料的節省，那麼成本控制就是非常關鍵的因素了。傳統飛船近地軌道運輸目前的成本控制為$18000/kg，SpaceX的獵鷹9可以做到$2700/kg，現在的SpaceX還在繼續降低成本。

從獵鷹9的發射程序中可以一見端倪：

首先，獵鷹9的一級火箭是由9台梅林引擎提供動力，這種引擎在所有的助推器中有著最高的推重比—155:1（發動機推力和自重的比值，越大越好，主頁君注），這意味著梅林引擎可以在最小的消耗內做更多的功，並且效率更高。

在發射階段，9台梅林引擎可以提供7900kN的推力，旱地拔起550噸的火箭，然後循序地將其加速至5倍的音速。

這種火箭的級間機構（interstage），則是由一台梅林引擎負責在真空中作業。一級火箭在大約離開地表75千米處進行分離，然後把任務交給第二級火箭的引擎，值得注意的是，在完成分離後，級間機構還始終與一級火箭相連。

這跟之前土星5號的原理不同，因為級間機構需要在一級火箭分離前等候二級火箭的引擎使用電子點火啟動，這樣可以保障完整的分離進行，也是為了防止級間機構在分離時與引擎相撞。當然，獵鷹9不會有這樣的問題，同時還能回收利用級間機構，節約成本。二級火箭的梅林引擎被設計成為多次熄火啟動運作，目的是將載荷送到指定軌道，或者增加火箭的速度進行霍曼軌道轉移到火星。火箭的載荷被儲藏在複合整流罩中，這裡的空間可以裝下一整輛校車。當時機適宜，整流罩就會分裂並從二級火箭上彈走，負載就會從二級火箭上脫離進入近地軌道作業。

同時，一級火箭也開始著降落的過程，冷氣推進器點火後將火箭直接翻轉，在這個動作完成後，引擎會被再次啟動將速度下降至重新進入大氣的速度，為安全著陸設計一條精準的彈道。

在返回過程中，柵格翼（主頁君這裡也經常叫柵格舵，因為獵鷹9的柵格是可動的）被啟動以提供氣動控制，並由之掌舵。這些是一些精妙絕倫的小型裝置，但卻能提供在超音速下的超穩控制。這些網格狀的構架能在極小的空間里提供超大的控制比表面積，這樣即便是在發射階段也能讓它們被收疊起來以減小拉力。

柵格結構的氣動機構並不少見，很多導彈都有應用，我國長征二F火箭的逃逸塔上也有應用，不信看後天發射直播，但是逃逸塔上的一般不可動，叫柵格翼可能更嚴謹些

照比傳統的平面翼，柵格翼的尺寸要更小，導致它們產生的鉸鏈力矩更小，也意味著它們需要更小的發動機來實行高速流中的控制。

當一級火箭降落至海平面的高度時，低溫氣體推進裝置、柵格翼和梅林引擎協同運作合力完成移動基地船舶的精確降落。SpaceX使用這種可移動船舶也是一種成本控制措施。當一級火箭飛離後，它正好位於一片開闊大洋的上空，如果這時候它選擇陸地著落那麼它必須大幅減速、掉個然後消耗大量的燃料回到原始的起點。不過，SpaceX的移動基地可以將自己轉送至預定著陸地點，等候一級火箭的回歸，這樣一來獵鷹9所需要的燃料就會小得多。

SpaceX的標新立異被大多數人著眼於他們的可回收火箭，這多少令他們的製造能力被掩埋和淡化，但這其實同樣是他們的革新之巨！SpaceX是第一家實行火箭製造縱向整合的航空公司，換句話說，他們幾乎完全是自己獨立研發和製造零件完成整合：梅林引擎、鋁鋰合金的燃料罐、儲藏載荷的複合材料整流罩、龍飛船、飛行控制電腦和相應的編程。

如果把太空梭拿來作比較的話，洛克威爾公司（Rockwell）研製的軌道飛行器，洛克希德馬丁提供的外部燃料箱，阿連特技術系統公司（就是現在的軌道ATK公司，主頁君注）開發的固體火箭助推器，然後這些大公司同時還有自己的分包合同，每一家分包商必須從售價中抽成來盈利。

如果是自主研發所有部件就省去了利潤的被抽成，這中切掉中間商的舉動就像是買玉米自己焙烤爆米花，這顯然要比去電影院花10刀買一包現成的要便宜不少。同樣地，你可以完全地進行質量監控打造更加高效的研發系統。所有的員工可以就新設計和產品直接交流，毫無障礙。

他們接下的打算是發射重型獵鷹火箭，根據他們的預算，獵鷹9火星運載的成本為$15400/kg，但如果是重型系列的話，成本可以被控制在$6600/kg，一個普通美國人的體重大約是80kg，將你在火星的生存成本、旅程的危險程度不考慮在內，去火星的單程估價為每人50萬美元。當然，馬斯克最終會將綜合因素考量後的價格壓在這一數字左右。

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主食：

昨天在WaitButWhy的官網上看到了這篇文章：SpaceX's Big Fucking Rocket

作者Tim的原文網頁——這實在是一個很黃很暴力的標題

我覺得對於星際移民的小白來說，評價伊隆·馬斯克的火星殖民這篇文章就夠了，普通人即沒有必要去計算霍夫曼軌道轉移的參數，也沒有50萬美元的閑錢去支付這種成本高昂的星族體驗。對本人用蹩腳的英語翻譯水平而言，這篇博文太長，所以我們略去了最後無用的一部分，翻譯了大部分內容，正文開始：

就在昨天，伊隆·馬斯克在2016年度的國際宇航大會（International Astronautical Congress ）上公布了第一手關於他們正在研製的饕餮雲箭（The Big Fucking Rocket，也可翻譯為超（讀第四聲）大火箭，但明顯不太雅觀）的細節（這實質上就是本號之前解析的ITS火箭和飛船，ITS為行星級運輸系統Interplanetary Transport System的縮寫，之前一直縮寫為BFR，被網友戲稱為Big Fucking Rocket，主頁君注）。

幾個月前，當SpaceX首次宣布會在今年九月末進行揭幕的時刻，我突然想起因為在2015年對伊隆和他的公司進行過一段時間的貼身專訪，也許我的特權卡上還有一些存值可以揮霍，所以我主動出擊，詢問說我是否可以搶先了解關於饕餮雲箭的內幕然後再寫一篇相關的博文。

他們欣然應允。哦也。

於是稍晚一些時候，我跟伊隆就通上話了，大致聊了火箭、（計劃的）時間軸線以及只露出冰山一角的大藍圖。當然，我們還是一如既往的低調開場：

然後我引入了火箭話題：

最後，我們還是卧機暢談了一把關於SpaceX正在打造的瘋狂機器以及未來的發展。不過，在正文開始前——

這次的博文也是SpaceX這塊寶藏的一小塊而已，當然了，SpaceX也只是我們這個時代五彩繽紛的故事之一，但我去年好歹也花了3個月來撰寫，林林總總40000個字好不好。如果你真的對火星計劃感興趣而且還沒有看過SpaceX的博文系列的話，我建議你先從那裡開始啃會更好，以下是SpaceX的博文系列：

（這幾篇文章更長，推薦你有空讀讀，不過這些博文是本公眾號的早期推送，公眾號菜單里也有這篇連載，不一定都要通過文章里的鏈接開始看，如果你想徹徹底底的了解一下SpaceX的火星移民理念，建議你看看，主頁君注）

對那些已經完閱想要有一個更新或者想了解巨鳥火箭的讀者們，下面是相關背景的概覽：

要理解為什麼巨鳥火箭這麼重要，你先要理解下面這個句子：

SpaceX正通過在火星上建造一個自給自足、百萬人口的文明來實現人類的跨星之夢。

讓我們一步一步分析。

為什麼要讓人類成為跨星種族？

兩個原因：

1）這是一個有趣而令人激動的想法；

2）單邊下注成本太大（這句是本人的轉譯，原文意為：把全部雞蛋都放在一個籃子里不是個好主意）：現在我們都居住在地球上，這意味著如果地球有什麼不測——自然災害或者黑科技自毀，那麼人類就狗帶了。就像只把一套非常珍貴的數字相冊存在一個並不十分可靠的硬碟上，如果你處在那種情況下，你肯定會把它們再次備份到第二硬碟上的，這就是原因所在，伊隆把這個概念叫做「種族的生命保險」。

那麼為什麼要選擇火星呢？

金星（Venus）鐵定是不能的了，它那能融化鉛的表面溫度、令人碎骨粉身的氣壓以及無法張口呼吸的空氣都令人望塵莫及。

月亮的自然資源少的可憐，一天相當於28個地球日，沒有大氣的話既不能在白天防止太陽的輻射也無法在黑夜中為我們供暖，白天和黑夜都是很殘酷滴。

水星的情況也好不到哪裡去。幾乎沒有大氣層，太陽輻射爆烈無比。

木星、土星、天王星和海王星都只是披著行星之名的氣態巨球。

木星和土星的幾個衛星貌似有點宜居的潛力，但那些地方照比火星荒遠冷蕪，所以為什麼要去呢。（為什麼土衛六是氣態行星衛星中唯一具有濃密大氣層的？它與其他衛星有什麼不同？可以參見知乎上答土主豆泥的其它回答）

冥王星要更遠、更冷、更暗，所以別給我提冥王星。

最後只剩下火星了。

其實火星也並不是最優選擇，如果它只是地球上的一方水土，沒有人會想去的。但對比手邊的選項，你會發現它就是個寶了。它冷吧但不是極冷，它暗吧也就比地球暗一些，它遠吧也不是那麼遠，一天的時長與我們幾乎一樣，這對我們十分有利，特別是對種植地球上的那些蔬菜來說意義非凡。它的表面重力也不是奇高或者奇低（大約是地球的三分之一），成噸的（凍）水和適量的二氧化碳無論室對生存的早期探索還是星球宜居化改造的後期實驗都至為關鍵。綜合來看，能有火星這樣的選項已經是很不錯的了——在多數的恆星系中，連火星選項可能都沒有。

為什麼要有100萬人呢？

這是伊隆根據火星文明自給自足所需要的人口的一個粗略計算，在提到自給自足的定義時，馬斯克說：「即便永遠不會再有從地球而來的飛船了，這個殖民地也不會消失殆盡」——這需要一個體量巨大的工業基地，而這個工業基地要比在地球上建造的難度大的多得多得多。

換句話說，如果為了能保證運行2號硬碟必須依賴1號硬碟的話，那麼你的相冊其實並不算真的備份，不是嗎？2號硬碟的意義在於當1號硬碟永久性毀壞後的絕處逢生。

雖然「地球」硬碟可以被各種碉堡的原因摧毀——天外隕石、人工智慧、政客或者生化武器等等，但是對於那些並不怎麼顯著的可能性，伊隆也有著自己的擔憂，例如地球飛船不再開往火星，因為這裡的文明已經無能為力：

從地球發射的宇宙飛船可以因為各種緣由被擱淺——第三次世界大戰、宗教征伐或者溫水煮青蛙般的文明慢性自毀。曾幾何時，古埃及人能夠建造金字塔，然後他們就慢慢遺忘，然後他們又損失了翻譯象形文字的能力，直到羅塞達石（又叫羅塞塔石碑，上用希臘字、古埃及字和當時的通俗體文字鐫刻了同樣內容，互為對照，主頁君注）的出土。羅馬人同樣，他們當時具備自來水、開鑿溝渠的先進技術，然後就分崩離析了。曾經的天朝具有世界最大的帆船艦隊，他們乘風破浪遠至非洲，然後某個皇帝竟然下令將所有成果付之一炬（作者按，此處Tim Urban應該指的是明憲宗朱見深年間發生的鄭和檔案被毀事件）。所以你永遠不知道接下來會發生什麼。這一難題的關鍵閥值在於文明自給自足的人口數量和物資總量。所以他的計算是大約100萬的人口和大約1千萬到一億噸的物資。

再換句話說，不要讓我們坐等這樣的事發生。

好了，那麼你他喵的如何才能帶著100萬人飛到火星呢？

你只要搞定綠色部分就好了：

這也確實有點簡單。只要我們能在地球上找到一百萬既想去火星逛逛又足夠有錢的人，那麼就會在火星上有100萬人。

不幸的是，現在黃色的集合很小而藍色的集合壓根不存在。

伊隆覺得——某種程度上我也認為——如果藍色的集合足夠大，那麼黃色的集合用不了多久就會自動達標的。如果你得知票價合理旅途安全而你又能毫髮無損的歸來，很多人會願意上船的，當然最難的部分就是藍色集合了，問題就擺在這：

上一次美國國會就此事與美國國家航天局相商，得知火星游的五人團報價是500億美元！平均一人100億美元！伊隆覺得要讓藍色圓圈足夠大，就要把人均降到50萬美元。這可是市價的1/200000！

1/200000，二十萬分之一！

這就好比你指向整個汽車行業說：「現在一架新本田要花2萬美刀，但如果現在要讓整個產業活泛起來，我們必須把本田新車的價格降到1美元。」

怎麼會這樣？

緣由如下：

想像一下一次性飛機的設計思路：它們起飛，沖向目的地，然後突然所有的乘客一起跳傘降落而不是跟機登陸，因為飛機會墜向大海然後炸成面片。根據這個思路，每架飛機只能服役一次，想要搭載下一趟航班，你就得再造一架飛機。

這樣的一張船票要花150萬美金。

太空飛行花銷過高的根本原因是我們的登陸方式太過殘暴——在海洋中撞毀或大氣中焚化。

當伊隆開創SpaceX的時候，他就決意要解決這個問題。考慮到之前沒人成功過，這確實是一道登月難題——包括美國和俄羅斯在內的國家已經斥資百億而尋求突破不得。但SpaceX在幾年間如庖丁解牛、步步為營，在經歷了幾次反覆試錯之後，他們終於在2015年的後半截搞定了這一難題：

然後他們一次接著一次的成功，然後就如家常便飯，（確實如此，剛剛過去十個月，SpaceX成功回收火箭就已經根本不是新聞了，主頁君注）下面是最近一次的白天著落場景：

很快，史無前例地，之前用過並回收的飛行測試型獵鷹9將會為SpaceX執行一次全新的任務，正式地為SpaceX的火箭貼上「可再利用」的標籤。派一支二手火箭執行任務，你只需要支付推進劑（燃料和液氧）和一點例行維護的費用。這直接節省了太空飛行成本的100甚至1000倍。詳見：火箭復用之夢終於成真，SES公司正式成為SpaceX首個」二手火箭「客戶！

這樣的話，我們就只剩下19/20或者199/200的預算來裁剪了。其中的一部分可以通過一次運載100或更多人次的航行來緩和掉，一次五人團的效率太低（國會給NASA的提議）。剩餘的部分可以通過一些易行的創新技術中和掉，比如在軌道上的二次補料（把預算降個5到10倍），再比如在火星上製造推進劑，這樣你就不用隨身夾帶返程專用推進劑了（再把成本降個5到10倍）。以後再就這些細節詳談。

突如一夜春風，SpaceX就輕輕地把價格降到人均50萬美刀，而且還可能降得更低（伊隆認為價格最終可能降到人均10萬美金以內）。也許你還沒有注意到，但SpaceX已經在緊鑼密鼓地進行技術創新為要將價格變革到底——這是一場打開想像之門的革新。只要這場變革走的足夠遠，SpaceX

百萬人火星游團購的願景可能會真真切切地——童叟無欺地——擲地有聲地實現。

火星，我們要來了。然後這周，SpaceX為我們展示了御用坐騎：

饕餮穿雲箭

「這實在是太壯觀（一顆賽艇）了。我現在每周都要見它一次，嚇得我都泰勒展開了。」

伊隆從嘴裡蹦出這幾個字。

不要驚訝，當你真的了解他正在建造的超大火箭，你就會理解的。

首先，讓我們先把手邊的資料拿來壓壓驚：大家通常都會說太空飛行很難。到今天為止，只有那麼幾百人到過太空，只有那麼幾個國家具備空間運載的能力，而人類的太空飛行歷史被局限在幾次以內還包括那些悲劇的發射事故。要知道，發射超級重、易碎而又充滿爆炸性液體的東西穿過大氣層又不出任何故障那是洪荒之難啊。

不過現在當我們討論載人航空，其實我們基本上在說近地軌道的運人——在地表以上大約161到1931公里的那層空間。正確地來說，他們只是前往頭頂上402公里的國際空間站。人類曾走過更遠的豐功偉績來自於那十幾個美國人在60年代的登月，腳步停在了40萬公里遠的月球上。

當地球與火星相距最近時，火星大約在550萬到970萬公里外——照比地月距離遠了將近200倍，比國際空間站的距地高度遠了20萬倍。

月亮就在1光秒之外。

而火星遠在3光分之外。

火星很遠。

伊隆喜歡拿地球—火星之行與橫跨大西洋對比，以那個比例尺度量的話，登月只不過算是穿越英吉利海峽（而飛到國際空間站只不過是在岸邊36米外的碼頭停靠）。繼續這麼比較的話，「一顆飛往近地軌道或者月亮的火箭基本就像一艘海洋漁船，與之相比，千倍於這個距離的火星之旅就像一個殖民運輸系統。」

最重要的是，載幾個人或者一個衛星去近地軌道也許物有所值，但如果你是一路奔向火星，你就需要加大載量（才能物有所值）。所以你必須加大容量，加上很多很多。把距離因子與負載因子相乘後，伊隆解釋一個地球—火星的運輸系統「毫不誇張地說就得比現世發射體系的運能高上個一百萬倍還不止。它不得不這樣。」

同時，它還必須得是無上領先的才行。伊隆解釋道：「不僅要大，它還需要更高效。簡單地把火箭類別為『小而精』或『大而蠢』是一種錯誤的二分法。人們總是理解為『傻大個助推器』，這是不對的。你需要一個大塊頭大智慧的助推裝置。如果你要進行火星殖民的話，你就沒得選——體量必須巨大運能必須高效。」

因此這就是你要做的——運能比現有最好的火箭高上個百萬倍但同時還必須兼具高效、智能以及活好（太污了）。

這就是SpaceX正在打造的饕鬄雲箭，來打個招呼吧：

很難理解它的偉岸是嗎？換個姿勢再來：

再換個姿勢：

它的長度可以將將與橄欖球場的對角線平齊，不會延伸至看台區。

再從這個角度來看：

它就是個摩天大樓。或者按伊隆的話來說，「目前為止最大的飛行物。」

在昨天的展示中，伊隆解釋說這並不是對它模擬樣板的初窺或是什麼藝術家的假想圖——這是真真實實的它的全貌！這是他們現在著手建造的實物。

不幸的是，SpaceX似乎在為它命名方面經歷著存在感危機——起初是叫它「火星殖民者」，然後（因為它可以不止跑到火星那麼遠）又重命名為「星際運輸系統」（Interplanetary Transport System），然後在昨天的報告中，伊隆說他們還沒有拿定主意，但是那架以火星之旅為處女航的宇宙飛船可能會被叫做「黃金之心」，所以目前為止沒人知道這隻超大火箭真名是什麼。

這就是為什麼——直到我聽見有別的名字——我將會以伊隆曾經提到過名字叫它——饕餮雲箭（ the Big Fucking Rocket ，簡稱BFR）。

饕餮雲箭是真尼瑪大啊。足有122米高的它，相當於40層的摩天大廈。直徑為12.2米，底盤可以容下整架校車了。它的質量超過了龐然大物——土星5號運載火箭的三倍還多，產生的推力也是後者的三倍還多，要知道土星5號可是阿波羅計劃的王牌，現有的人造火箭最大尺寸紀錄保持者。

下面是它與其他幾顆火箭的排排坐：

（點擊圖片查看細節）

當你把它們的運載力——有效載荷的重量（貨物+人）再加入比較的話，差距上會更加極端：（點擊圖片查看細節）

為了方便比較，SpaceX的驍將獵鷹9號火箭可以搭載4噸的有效負載前往火星，而重型獵鷹火箭——即將要成為當今動力最強的火箭——能夠搭載13噸的載荷前往火星。伊隆相信，饕餮雲箭最初將可以承載幾百噸的載荷到達火星，最終的承載力度可以增加到1000噸。這一數據的誇張程度——比蒙級的重型獵鷹箭的載荷也只不過饕餮雲箭終極形態載能的1%——確實讓人難以接受。

現在，有一點很清楚的是——這艘我們一直叫做饕餮雲箭的東西其實是由兩部分構成：一艘加農級宇宙飛船坐落在一架泰坦級助推器上。

泰坦助推器

讓我們開始聊聊助推器。這個25層樓高的助推器——又名饕餮雲箭的真·火箭——就是伊隆所說的「超級禽獸」。它是有史以來最大號的推進器了。在物理尺寸上完爆所有，那是毫無疑問的，在推進功效上更是冠絕群雄。

在之前那篇SpaceX的博文中，我提到獵鷹9號的9台梅林引擎，以及它們是如何運轉動力拉著一堆由40輛汽車疊加在一起的重物上空的——加在一起的話，獵鷹9號的整套引擎可以拉動360輛汽車。而重型獵鷹，在動力十足的27台梅林引擎的發動下，可以提起足有1000台汽車組成的龐然重物衝破雲霄。

這架泰坦助推器坐在一台不同尋常的引擎上：猛禽火箭發動機（Raptor (rocket engine)）（想了解猛禽還是安利下我們的上篇文章：[深度]從閉門羹到猛禽—SpaceX坎坷的發動機之路（完結篇），主頁君注）

猛禽引擎與梅林引擎的相似度很高，但有一個關鍵不同——在大幅提高室壓的條件下，SpaceX把猛禽的推力提高到梅林的三倍以上。

單只一台猛禽引擎的推力可以達到310噸——相當於可以拎著172輛車的車堆或者一整架波音747上天。這只是一台猛禽的內功而已。

而泰坦助推器具有42台這種禽獸。加到一起，就是聞所未聞的13033噸推力，足夠推動7000輛汽車或者50架大型飛機去到太空了。

42發並聯可靠性的問題我們還是等重型獵鷹明年5月首射之後再聊

加農宇宙飛船

所以接下來就是太空梭了——當然SpaceX叫它星際航空飛船，我是肯定要叫它加農宇宙飛船（the Big Fucking Spaceship）因為這聽起來更有趣一些。這艘安裝在泰坦助推器上面的加農飛船看起來酷味十足（為了防止你被超大（big fucking）這個詞給弄暈了——超大飛船裝在超大推進器的頂端集合而成之前一直稱呼的超大火箭）。加農飛船是保障火星之旅人財俱到的交通工具。在完成任務後，它將獨立自主地完成發射離開火星並帶著歸程人員返航。

加農飛船有16層樓那麼高，船身最寬的部位有16.8米，除了能承受幾百噸甚至最終形態的一千噸貨物之外，加農飛船在開始還可以運載100人，當然伊隆相信隨著時間的推移，人數可以增長到200甚至300——就像一艘宇宙巡洋艦。

在9台猛禽引擎的協助下，它自身就可以提供遠超當今任何一支火箭的發射推進力——這其中也包括明年要面世的重型獵鷹火箭。在（火箭的）第二階段，貨運型飛船載入的推進甚至要比第一階段橫掃千軍的動力火箭還要強，這實在是太變態了。

這是一張它的近距離截面圖：

我問伊隆上船的感覺如何，他說：「額，你見過像巨艦那麼大範圍的微重力場嗎，我是說，這將會非常有趣的。你可以到處漂移。」真是一個好主意。

在報告的問答環節里，他補充道：「這真是即有趣又興奮，你不會感覺到擁擠或者無聊。乘務艙的設計就是為了讓你們能玩零重力遊戲、能飄帶逛，裡面還會配備電影、講堂、客房外加一個大餐廳——讓您的旅行變得趣味十足。」

嗯，對了，現在也給我報個名。一艘零重力的巡洋艦，哈。還有這種視野：

對了，如果你將要成行，這個流程你最好知道一下：

1）登機。饕餮雲箭將會從佛羅里達州的卡拉維拉爾角的LC-39A發射台發射——阿波羅宇航員們征途開始的相同地點。（在那裡發射的）原因是那塊發射台的檯面大的誇張，因為在當時沒人知道今後他們造的火箭能有多大。當你到那之後，乘電梯至塔樓，再穿過艦橋到達加農飛船。

2）起飛。記好安全帶之後，饕餮雲箭就升空了。幾分鐘後，第一階段的泰坦助推器就實行分離，然後返回地面。加農飛船繼續飛行直到近地軌道。

3）在軌道上補給燃料。再安全著陸至地面後，泰坦助推器會被安上一枚新的加農飛船——充滿推進劑（液氧和甲烷）。然後它再次升空準確地把灌滿推進劑的加農飛船送到指定軌道上與你的飛船對接。傳送推進劑的過程就像兩隻虎鯨手把手言歡。

這個過程要反覆好幾次直到你們的燃料被補滿。這一過程非常關鍵：A）降低這趟旅途的成本；B）讓行程加快。人們總是覺得火星之旅要花上六到九個月，但是加農飛船三個月就能搞定。

4）前往火星。這是三個月在微重力下的快樂時光，這也是三個月讓你開始對船友產生厭煩的時光。在旅途中，飛船使用冷氣推進器進行姿態控制，用超大太陽能電池陣充電：

5）進入火星大氣層。考驗防熱盾的時候到了：

6）火星登陸。跟第一階段著陸地球的方式一樣，垂直著地。

7）在火星上生活執行秘密任務。如果只是在殖民的早期，你也許會在那裡工作幫助夯實工業基礎。往後的話，那麼項目就廣了去——科研、創業或者純粹的探險，又或者用核彈可以改變火星生態。

8）本地特製推進劑。這將會是火星早期的關鍵產業之一。推進劑包括液氧（O2）和甲烷（CH4），二者可以很便捷地從當地豐富的冰（H2O）和二氧化碳資源中提取（火星大氣的主要成分），他們將會本地特製的推進劑給源飛船「上膛」，好讓它準備好回家的路。這麼做的話會節省啟程時裝帶歸程燃料的成本。

9）留或走。如果你要回家，請搭乘最近一趟的火星航班。

10）垂直落地。跟你之前在火星登陸的方式一樣。這艘加農艦將會通過例行維護為兩年後重回火星做好準備。

11）看著自己成為一個裝逼都帶著火星味的爛屌。

任務完成。

這張略有晦澀的示意圖算做總結：

以上就是關於饕餮雲箭的簡介和原理。（附送一個坎巴拉太空計劃初步模擬的ITS視頻）

下面我們來聊聊這部「大片」將要如何上映。

飛天計劃

回到現實中來。所以我們如何才能從「這有一支五年內可以發射的超級先進的潛力火箭」跳躍到「我們是一個在火星上有100萬人口殖民、如日中天的跨星種族」這一步呢？

一萬次航班就可以。這是伊隆·馬斯克認為火星人口在一百萬達標所需要的加農飛船的航班數。

為什麼要一萬次？因為在大多數航班中，至少有100名乘客，而且這個數字會隨著時間而增長——但每次也都會有人從火星返航。坐落在加農飛船底部的將會是一間大型的貨艙，為了滿足百萬人口的自給自足，伊隆覺得我們將會需要至少一千萬噸物資的供應。如果按照他們設想的，SpaceX能在相對較快的時間內將貨運載荷的容量提升至1000噸的話，那這一切才有可能在一萬次航班左右發生。

那麼這一萬次航班什麼時候啟動呢？

那麼讓我們看看地球—火星的會合日曆——也就是地球於火星相距最近的日期（叫做「火星大沖」）。地球的軌道在火星的內測，因此地球的公轉速度更快——大約也就是每隔26個月，地球給火星套了圈然後它們差不多就靠的很近了，那時候地球—火星轉移就可以開始了。

因為最近一次的火星大沖發生在2016年5月22日，所以我們現在離火星很近。如果你跟我一樣是一個追「星」族，有點像「卧槽，看那有一顆異常明亮的行星，讓我拿出我的星象指南軟體查查這是哪顆行星然後告訴我身邊的每個人，然後再一次發現沒人鳥我，因為這些人都是壞蛋。」的那種感覺，那麼你就會知道今年的整個夏天，火星都在整個夜空中及其璀璨和明亮。一年之後，火星將會在太陽的另一側，天空中就一點都不會有它的影子了。

2016年的地球——火星大沖也是十分特殊的一次，因為這將會是最後一次沒有多少人關注的大沖。為什麼？因為從2018年7月的下一次起，SpaceX將會每隔一次火星大沖就進行一次發射任務，然後每次都會見諸頭條，下面這個是一個暫定的日程表，前提是萬事俱備的話：
2018年7月：發射一艘載貨的龍飛船（也就是我們之前說的紅龍飛船，主頁君注）去火星（獵鷹9號的加強版航天飛船）。
2020年10月：發射更多的龍飛船，裝載更多貨物。
2022年12月：加農飛船去往火星的處女航。只帶貨物。這就是那隻伊隆叫它黃金之心的飛船。
2025年1月：加農飛船載人火星行的第一航。

讓我們往回看，再讀一下上一行的文字。

2025年1月：加農飛船載人火星行的第一航。

你發現了嗎？

如果一帆風順，火星的尼爾·阿姆斯特朗將會在8年後邁出人類的一大步。

並且沒有一個人會對這件事感興趣。

但他們最終會的。因為在龍飛船開展火星之旅的那時候，也就是從現在兩年後的時間內，媒體的大肆宣傳會塵喧直上，在2022年的時候定會直達G點，因為那時加農飛船將會最終完成發射、前往直至降落火星的任務，街頭巷尾將膾炙人口。

當首批加農飛船的宇航員被公布並家喻戶曉之時，整個熱潮將會指數爆發，人們將會欽佩他們的勇敢，因為每個人都知道不測風雲後無法生還的情有可原。然後，在2024年他們將會開展一段三個月的星際之旅，今日頭條將成家常便飯。在他們進行登陸的同時，地球將開始實時直播。就像1969的重演一樣。

這一切正在發生之中。

當人們問他關於處女航與火星的阿姆斯特朗的時候，伊隆顯得並不開心。他說，這並不是在帽子上插上一個跨星種族羽毛的人類虛榮，他很快就指出：「載人登月確實一顆賽艇，但話說我們的月球基地在哪呢？」換句話說，讓人類與火星完成擊掌以示炫耀並不重要——重要的是把在火星上打造一個完整的自給自足的文明的全面展望執行到底。

就算我鼠目寸光吧，但我確實很為2025年激動，將會十分令人期待。

總之，在那之後的下一次火星大沖會發生在2027年左右。這一次，如果計劃無變，多批次的加農飛船將飛往火星，帶著比2025年第一批更多的人一起飛。而那艘2025年起航的飛船——太空的「五月花號」——也將會王者歸來，帶著部分第一批的火星先驅者們返航。迎接這些國際英雄的將是萬人空巷的歡呼，而那艘傳奇般的飛船將會躺進航空航天博物館頤養天年。

屆時，我們將會緊緊地抱著電視，因為那撥到達火星的成員將在2025成員艱辛的工作上添磚加瓦。先期的火星殖民者像早期的大陸移民者一樣困難重重——只不過火星的要格外的艱難。他們不僅僅是真是要從零開始——挖礦搬磚採石冶煉，為首批的地下宜居村落奠下地基，籌建首批火星醫院、學校和溫室農場，興建大型管道系統為村莊供水，建造首家火箭推進劑製造工廠，而且還不得不穿著厚重的太空服干這些體力活，在這不毛之地上抬起頭來發現心中所念所及的牽掛全部彙集成夜空中一個淡淡的藍點。

這確實會很艱難，但對於我們這個世界的開拓者來說，付出這樣的代價是值得的。伊隆說：「在地球上，只要你想你在一天之內就可以去到任何一個角落。在這裡，已經沒有任何物理的限界可言。現在，宇宙才是我們的邊界，對於任何具有探險精神的人來說，宇宙的探險才是心嚮往之。」

在2029年的4月，SpaceX將會運送一批更大組別的飛船、人員和物資前往火星。這一次的航行，也許不會那麼吸引眼球了。到2029年時，我們可能會習慣於火星上人類的影子，也會對每隔26個月的往返大遷徙習以為常。

不斷增長的火星殖民將會吸引更多的淘金者——就像那些在15或者16世紀上窺見大航海展覽的人一樣，饑渴般地希望成為其中的一份子。當我詢問伊隆關於這塊小小的殖民系統將如何擴張和進化時，他告訴我：「你就把火星殖民想成一個剛由受精卵進化而成的有機體，之後它會成為多細胞機體，然後進行器官的分化——所以這一路下來它不會給人完全一樣的感覺，就像在詹姆斯敦的第一批定居者一樣，他們早已不是如今美國的象徵。這對於火星也一樣——火星將會成為一個新的新世界。

2031年、2033年和2035年的火星大沖將會為這個新的新世界帶來更多的人力，在這個階段，處於萌芽階段的火星城市就會成為我們生活的一部分。我們會選擇自己喜歡的記者，不斷刷新他們從火星上發回的推文。我們會目不轉睛地盯著火星第一期的熱播真人秀，然後一部分人就會開始思考：「我是不是應該趁著未老前在這些大沖年份里報個名去火星火一把。」

到2050年，火星上將有超過十萬的人類。你兒子工作的那個企業，可能在火星就有分公司，他將會跟幾個工友道別，因為他們馬上將要前往火星進行為期52個月的調任。你的兒子告訴你他沒有去的原因是他不想讓他在讀9年級的女兒離開她現在的生活和朋友圈。但他告訴你你的孫女正在申請一個教育項目，內容是在她17到23歲之間可以到火星學習並拿到一個城市規劃設計的學位。你憂心忡忡，儘管你知道你的擔心是多餘的。這只是你的記憶還停留在火星的征途既危且險的年代，你身體的一些部分還在排斥這個世界。萬一她決定不會來了咋辦？

到2065年，火星的早期移民可能看上去就顯得有些原始了。在早期的幾次遷徙里，只有幾艘飛船載著區區100名乘員出行，這幾乎是成本極高的旅途，花了三個月到那之後發現只有幾個非常累人的企業可以工作。

在2065年，每次的火星大沖就會有超過1000次航班，每次的載量可以超過500人次，運送超過1000噸的物資。在每隔兩年的旅途上就有50萬人次的出行，不到5萬人返回，這是因為隨著更多的飛船投入使用，每一次的地球—火星遷移運能都會隨之提升一點。這個旅程現在只需要花費30天、僅僅6萬美元（換算成2016年的美元市值）——大多數人可以用火星上收入不菲的工作來支付船票錢（在早期火星城市的擴張和興建時，勞工屬於稀缺資源，高度需求）。

很多人會逐漸開始懷念火星殖民的奠基時期，SpaceX的畫面被重新記起——一副摻雜著來自SpaceX自己的經費或者運送物資的客戶的資助、自己的雄心壯志、天馬行空和肝膽過人的開創簡史。但現在，已經有十幾家公司運營者地球—火星專線，成百家的企業謀求在火星上的發展和契機。並且，地球—火星的交通專線就像我們今天乘用飛機、高鐵和公交一樣——完全通過買票實現。

又一個十年之後，2074年的火星移民徹底地將火星人口拉至100萬。幾場小慶典在兩個世界舉行以紀念那望眼欲穿卻等候多時的里程碑樹立，儘管很多人可能都沒注意到。

我所說的一切都是基於我跟伊隆的電話聊天，其中一些數字是直接來自於他——比如像最後一段，完全由他口述，「在這一切開始後大約50年內，我希望我們能達到100萬人的指標。」當然，其他時候，我也進行了適當地推理和延伸，根據他所給的預測來描繪無限的未來。但這一切都基於這裡的現實。至少，都是基於伊隆對於實際狀況的最佳解讀。在描述每一件可能還屬於預測或是設想的事情之時，他顯得非常謹慎，「如果一切順利那麼這也許會發生——但我們無從得知，而且很多事情也可能中途變卦。」他是這麼強調的：「並不是說SpaceX就具有一切的答案、我們能解開每一把鎖或者所有難題——而是說我們要給大家展示這些可能。但是這離確定還遠著呢。」對於那些可能的節外生枝，他倒是列了一堆清單比如第三次世界大戰，他最大的擔憂來自於壯志未酬身先死，SpaceX可能就會轉手他人，於是乎棄火星文明開檔於不顧，卻全力榨取公司的一磚一瓦竭澤而漁。(這或許就是SpaceX一直不上市的原因所在吧，主頁君注)

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