SpaceX「行星際運輸系統」的演變（一）

主頁菌說

一直以來，伊隆·馬斯克創辦的SpaceX公司都想研製一種能夠廉價輸送人員和貨物前往火星的「殖民飛船」，包含飛船在內的整個系統暫時被稱之為"行星際運輸系統"（Interplanetary Transport System，下文簡稱ITS，也就是早年的MCT）。但最近種種消息表明，SpaceX公司這個「一步登天」的計劃有變。公司正在改為認真的設計和籌劃一款具備類似功能，但規模和運力都小一些的「微縮版ITS」。其實筆者早在去年IAC大會之後就曾分析過，假設SpaceX在殖民火星上是認真的，那麼從已有的獵鷹系列火箭直接進化到ITS是既不現實，也不合理的，公司顯然需要一個介於兩者之間的中間形態來進行必要的技術積累和驗證，同時將經費控制在合理範圍內。由於縮微版ITS的具體設計基本要等到今年IAC大會才能曝光，我們應該趁此機會提前溫習一下ITS從構想誕生至今的來龍去脈，所以我們特意遴選了一篇來自國外著名航天論壇的長達數萬字的ITS文章，希望從頭到尾徹底剖析這個「驚世駭俗」的航天系統的前生今世。原作者Phillip Gaynor，Dixon通譯全文，FP校對，跆拳道大灰狼排版配圖，今天是第一期。

我們要講的是左三這東西的來歷（好像混入了奇怪的東西）

譯者聲明：

本文為一名SpaceX愛好者自翻，語文不好多見諒，畢竟我還是個剛畢業的學生（┑(￣Д ￣)┍），只用於學術交流，嚴禁用於商業用途。

原作者前言：

本篇文章的目的為「行星間運輸系統」的演化提供一個廣泛且完整的縱覽，在我找到的資料里顯示這與SpaceX的起源的關聯超出我的想像。這導致本篇為Chris Bergin（下一句中NSF網站的老闆）寫的文章比起我原來預計的要長很多。這篇關於ITS探討（本文原載於NASASpaceFlight（以後簡稱為NSF） L2討論版，這是一個付費會員板塊，你現在免費看到了付費外文的中文譯文，該板塊有不少大牛、SpaceX及NASA的工作人員在內）的目的是創造一個地方來完善本篇文章。創造此篇文章的過程是充滿愉悅（偷稅= =）但也有著非常大的工作量。

沒錯，就是這個網站

此篇文章的起源要追溯到我（作者Hyperion5）和Dmitry在2013年時想要弄清楚SpaceX的火星火箭長什麼樣。Dmitry和我當時綜合了一些在NSF上只基於推力和循環方式推斷Raptor引擎的一些文章。當SpaceX在幾個月後終於提及火星起降級的載重量時，一位NSF的成員Lobo向Chris Bergin提及了我們的工作，Chris B希望我們在L2（NSF一個版塊，級別更高）更深入的去研究。隨著時間的推移，我們增加了新的有著不同背景的成員們：工程師背景的：Lobo、Lamontagne、一位匿名成員（都為NSF用戶名，下同）；愛好者並有著高等學位（碩士及以上）的：Lourens、一位匿名成員；以及行內專家clongton 來使NSF的SpaceX火星計劃更充實。我們甚至獲得了NSF的常駐渲染專家okan170的幫助，來為本文製造精美的圖像。我們首先依靠公共信息和我們自己的工程眼光，將工程圖紙、3D渲染和最終模擬ITS的成果組合在一起。然而隨著時間的推移，Chris B獲得了更好的信息，所以我們改變設計去適應這些新的改變。我也利用Ashlee Vance所著關於Elon Musk的書籍填補了以前缺少的一些細節，同時這使得我了解到Musk的火星野心與SpaceX本身的存在有關。

我希望感謝為此篇文章努力工作研究的人，包括：設計團隊、Chris B和Okan170。是他們的工作與支持造就了這篇文章。沒有他們的話這篇文章在一開始就不可能存在！（原文就是感嘆號）祝讀者閱讀愉快以及告訴我們你發現的問題。

The Evolution of the Interplanetary Transport System

行星運輸系統的演化

By Phillip Gaynor

2016年9月27日，SpaceX首席執行官Elon Musk（也叫伊隆·馬斯克，還有叫馬一龍的，不知道咋翻譯的）在墨西哥瓜達拉哈拉舉行的第67屆國際宇航大會上公布了行星運輸系統（ITS）。 在他備受期待的演講中，Musk詳細規划了有史以來最大規模的火箭，使火星甚至更遠的行星的殖民化成為可能。

這個長篇連載會告訴你一個登錄火星的執念是如何演變成這段動畫的

龐大的ITS將由計劃成為世界上最先進和最高室壓的化學火箭發動機的42台猛禽發動機提供動力。在發射的級間分離後，一級助推器將返回地球並精確的落在39A發射工位上。

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火箭第二級，也就是ITS星際飛船，可以攜帶多達100名殖民者以及上百噸貨物。它將由六個真空版的猛禽發動機推動，並具有用於大氣再入的熱防護盾，在飛船著陸地球和火星時，ITS飛船通過三台猛禽發動機和三個可伸縮的著陸腿垂直著陸。為了使ITS太空船能夠進入火星並返回（註：原飛行計劃中並不包括返回燃料，返回所需的推進劑火星就地製造），它將和形狀類似的ITS貨運版飛船在軌道上進行太空加油，這是奔向火星的第二階段。

網友構想的ITS飛船生活艙內部

一旦加油完成，ITS太空船將向火星出發，並在幾個月的旅程中維持船員生命。 在火星，它將再入大氣，通過大氣減速和引擎反推來安全地降落。

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在卸載完貨物後，ITS太空船將使用當地資源、專業設備通過Sabatier反應就地生產推進劑。 然後，ITS將被發射回地球，在這裡，它將著陸在離它的發射台不遠的地方（LZ-1）。

網路配圖，感謝本圖譯者

Musk相信，ITS系統完全可重複使用的特點將最終使火星殖民地的經濟性相對於現有計劃降低5000000%。宇航員協會的多名大咖出席了本次大會演講，例如美國宇航員Buzz Aldrin——第二個在月球上散步的人（登月第二人，他也出席了上周在北京召開的GLEX 2017大會），以及火星協會的創始人羅伯特?祖布林等。

祖布林博士（右）的「火星直擊」任務架構深深的影響了馬斯克（左）和他的ITS，尤其是就地製造返程推進劑和地表對火表的任務思路，請注意兩人所捧的東西

在這雄心勃勃計劃公布的同時，演講得到了全球的工程師，科學家，太空愛好者和公眾的熱烈反應。（本號曾有大量報道，詳見文末鏈接）這也是第一個由私人火箭公司提出的太空殖民計劃，並且計劃有著較高的可行性，因為該方案比傳統方法便宜得多（目前只能說看起來便宜）。同時，這個方案依託了之前數十年太空探索工作的成果。

過去幾十年里，從科學上進行設計火星旅行方案的第一人是納粹德國V-2導彈計劃的前任負責人——馮?布勞恩博士。 1948年，在為美軍工作的同時，他出版了一本名為《火星計劃》的嚴肅讀物，介紹了如何登陸並探索火星。

《火星計劃》一書封面，成書時人類對火星的認識還很淺薄，但天才的馮?布勞恩博士仍然在書中做出了眾多瘋狂而又真實的技術想像，書中設想人類在上世紀80年代就能如封面一樣踏足火星，事實是這個時間表已經推後半個世紀，如果你英語好的話，非常值得一看

在計劃里，馮?布勞恩博士（Von Braun）設想了將10艘完全可重複使用的太空船發射到軌道上，飛船由使用紅煙硝酸和肼推進劑的發動機驅動。 然後，艦隊將使用最優霍曼轉運軌道向火星運送70人。 一旦登陸火星，宇航員們將停留443天，然後發射回到在火星近地軌道上的太空母艦並返回地球。

現在看來，這些計劃相對於當時的時代是十分超前的，他們依賴於二十世紀四十年代後期粗糙的宇宙知識。 後來發現，火星的大氣只有預計的十分之一，這直接否定了使用載人滑翔機登陸火星的方案。 馮?布勞恩也沒有考慮到外層空間的輻射，而這些在美國第一顆衛星探索者一號發射十年之後才發現。

1990年，來自馬丁?瑪麗埃塔（Martin Marietta）的工程師羅伯特?祖布林（Robert Zubrin）和大衛?貝克（David Baker）腦洞了一個新計劃叫做「火星直擊」（Mars Direct）。火星直擊的方案表明，使用當前技術的火星旅行不僅是可行而且是有限預算的情況下是可能的。這是問題的關鍵，因為高昂的成本是導致國會取消總統喬治?布希當年太空探索計劃的直接原因。在馬丁?瑪麗埃塔（Martin Marietta）公司，一個由Zubrin領導的12人隊伍計算出了一個前往火星的簡單方案。

火星直擊的「紅寶書」，各大書店均有銷售，618就可以下單來一本

方案的設想是使用戰神V運載火箭直接向火星發射一台地球返回級飛船（ERV）。 ERV將配備一個小型核反應堆和專門設備，在火星就地上生產甲烷和液氧推進劑。在ERV離開地球二十六個月後，人類將向火星發射一整個火星居住艙（Mars Habitat Unit ，MHU）並降落在ERV附近。 18個月後，加滿燃料的ERV將會掙脫開火星引力並返回地球。這個方案的一大亮點是將MHU留在火星上以便在將來任務中繼續使用，而將來的人員將使用新ERV到達火星。 當然，總是需要有一艘多餘的ERV待在火星上以備不測。

「火星直擊」的發射序列，相對於布勞恩博士的超大「腦洞」而言，更加現實也更經濟，但反之也帶來了很多風險

儘管Musk龐大計劃的規模與馮?布勞恩所設想的相似，但是Musk的計劃在細節上更像是祖布林的翻版。（這句很關鍵）Musk火星的夢想始於20世紀80年代後期，當他還在南非比勒陀利亞男子高中念書時，他就愛好於發射模型火箭並開始幻想對於其他行星的殖民。在1989年前往加拿大後，他對於太空的興趣沉寂下來。在那裡，他進入了安大略省金斯頓的皇后大學，最終轉到賓夕法尼亞大學，獲得了金融和物理雙學士學位。

在大學期間，Musk相信他，有三大領域的發展可以改變人類的未來：金融，太空和太陽能。哦，天啊，他真的這麼做了，這真是個悲傷的故事

在1995年，當Musk與他的兄弟Kimbal一起創建了Zip2時，Musk的事業開始起飛。當Compaq公司於1999年2月收購了Zip2時，Musk所擁有的7％的股份價值2200萬美元。 不滿足於當時成功的地圖黃頁服務，在接下去，Musk創立了X.com以求改變金融業。 緊接著，X.com與對手公司Confinity進行了商業上的激烈競爭，到2000年3月，兩家同意合并，Musk接任首席執行官，並成為合并公司的第一大股東。

由於公司的快速增長和Musk獨斷的性格所造成的問題，當Musk和他的妻子賈斯汀在前往澳大利亞度蜜月時，他的對手們在他的飛機還在飛往悉尼途中時組織了一次董事會議。在飛機著陸之前，他們就已經架空了Musk所有的權力，並任命了彼得?蒂爾（Peter Thiel）擔任首席執行官，這一切緊急事態導致這對悲慘的夫婦不得不取消了蜜月。當他們在2000年12月下旬和2001年1月初赴巴西和南非去度過他們遲來的蜜月時，Musk感染了一種罕見的瘧疾，但他奇蹟般的活了下來。

在這些悲慘的月份之後，Musk對公司的影響力持續減弱，而X.com現在更名為PayPal（一個第三方支付平台，中文名為貝寶，馬雲的支付寶最初就是模仿貝寶起家的）。 2001年6月，也許是因為近乎死亡的經歷，他對矽谷的生活感到厭倦。他搬到了洛杉磯，開始發掘他對太空探索的興趣。洛杉磯是一個很好的開始，當地擁有完善的航空產業，並容易拉近和美國空軍跟宇航局的關係。

開始時，Musk根本不知道他將在太空做什麼，但是他很快購買了一本二手的蘇聯太空飛行手冊並開始設想太空旅行和改變世界。不久之後，致力於探索和殖民火星的非盈利火星協會向活躍會員發出了500美元的募捐請求。

當火星協會的主席羅伯特?祖布林（Robert Zubrin）發現有一個叫做Elon Musk的陌生人給他寄了5000美元支票時，他感到措手不及。祖布林翻看著Musk的資料，發現他不是一個窮小子。在籌款活動中，他讓Musk與導演詹姆斯?卡梅倫和美國航空航天局科學家卡羅爾?斯托克（Carol Stoker）一起坐在貴賓席上。祖布林讓Musk加入了Translife任務，這將把小白鼠到低地球軌道，並且讓搭載的容器旋轉得足夠快，以便讓它們模擬在火星的重力下的生活以及繁殖情況。

Musk對Translife計劃有著很大的熱情，但他很快就有了一個更雄心勃勃的版本：將老鼠送到火星。不過在這個時候，他的終極願望還不是殖民火星，而是要重振大眾對科學、太空探索和技術的熱情。然而，在對NASA網站的一次又一次瀏覽後，人類的太空計劃實在太差強人意，這加強了他去改變遲滯的太空政策的決心。

Musk所展現出來的的勃勃雄心以及他對太空工業的迅速接觸導致了他從火星學會辭職，並於那年晚些時候創立了自己的「火星生命基金會」。隨後，這個基金會很快就召開了工作會議，與會人員包括擔任噴氣推進實驗室（JPL）的工程師，科學家以及總監的詹姆斯?卡梅隆和軌道科學公司的首席技術官Michael Griffin。

麥克·格里芬（Michael Griffin），曾任NASA局長。好吧，親兒子黨你們贏了，又讓你們找到「證據」了。

專家們很快就制定下了一個名為「火星綠洲」的新任務，而Musk可以使用的預算為2000-3000萬美元。這個任務要求購買相當便宜的火箭，並使用它去火星上放置自動化溫室。但是，任務令羅伯特祖布林和火星協會不安，因為它不僅僅是一個純粹的無意義方案，而且也會違反美國航空航天局的不污染外太空協議。（也就是我們常說的行星保護，由於火星是一個有可能存在地外生命的行星，因此協議規定不應讓地球物種污染火星，主頁君注）

Musk決定不理會他們，他打算去俄羅斯購買前蘇聯洲際彈道導彈（ICBM），並將其改造為火星綠洲號運載火箭。 2001年10月下旬，Musk從母校邀請了他的朋友Adeo Ressi以及前國際情報機構和空間愛好者的Jim Cantrell與他一起飛往莫斯科，試圖購買一枚巨大的R-36撒旦ICBM（這本來是一種用來毀滅全人類的終極武器）。而隨後，邁克爾?格里芬在莫斯科加入了這一談判隊伍。

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你沒有看錯，馬斯克當年想買的是這玩意

在那裡，他們會見了火星探測器製造商NPO Lavochkin和商業運載火箭製造商Kosmotras的一些員工，但卻遭遇到了無數的嘲笑。而有幾位俄羅斯的首席火箭設計師如此蔑視他們，甚至往他們臉上吐口水。他們忍住了壓力，在一個莫斯科會議上，Musk試圖詢問一枚導彈的價格。

俄羅斯方面給出的價格是每枚火箭800萬美元，而Musk則希望800萬美元能買到兩枚火箭（譯註：這個價格在現在看來也是太低了）。俄羅斯人不止拒絕了他們，而且不斷的嘲笑和侮辱Musk。之後，Musk看出來了俄羅斯人並不想認真對待這筆生意，而是想要儘可能多地榨乾他的錢。他沖了出去，打了一輛計程車回到了機場。

在飛往美國的航班上，Musk向Cantrell和Griffin展示了一份他曾經研究過的火箭發射和製造成本計算的電子表格，緊接著他說：「我想，我們可以自己建造這個火箭」。可以看出來， Musk在俄羅斯的不愉快已經完全從他的心中消退了

2002年4月，馬斯克開始放棄在公眾面前宣傳火星計劃的想法，轉而去創辦一家火箭發射公司。這讓Robert Zubrin和其他許多人感到失望，因為他們預計，Musk會像火箭企業家Andrew Beal一樣徹底失敗。

然而，他們都錯了！

（未完待續）

近期鑒於蘋果公司的抽成行為，I-Phone用戶打賞清掃這裡，打賞都將轉給譯者本人。

歡迎各位愛好者投稿，各抒己見，暢所欲言！

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