為什麼說重型獵鷹是外太陽系空間探索的大贏家？

新聞 04-10

原標題：為什麼說重型獵鷹是外太陽系空間探索的大贏家？

作者：Jatan Mehta

編譯：艾麥樂

編輯：Steed

重型獵鷹火箭首飛升空。圖片來源：John Kraus

2018年2月，SpaceX的重型獵鷹首飛成功，成為現役火箭中推力最大的一款。僅次於它的，是聯合發射同盟的德爾塔Ⅳ重型火箭。而重型獵鷹能夠發射到近地軌道的載荷重量，是德爾塔Ⅳ重型火箭的2倍以上。

下面列出的幾款現役火箭的運載數據，或許能夠讓你對重型獵鷹的能力有一個大致了解：

低地球軌道最大載荷質量：

重型獵鷹（SpaceX）：63800千克

德爾塔Ⅳ重型（聯合發射同盟）：28790千克

長征五號（中國）：25000千克

獵鷹9號全推力版（SpaceX）：22800千克

重型獵鷹更高的運載能力，給太空探索帶來了許多全新的可能性——而這些可能性，在阿波羅計劃終結以來的很長一段時間裡，根本是不可能完成的任務。重型獵鷹火箭的首要目標或許是前往月球或者火星，但對於科學家來說，更激動的是這款火箭在更廣泛的空間探索領域所蘊含的潛力。

首飛前豎立在發射塔架上的重型獵鷹火箭。圖片來源：SpaceX

冥王星軌道器和鬩神星飛掠任務

2015年，NASA的新視野號探測器讓我們第一次看見了冥王星及其衛星卡戎（Charon）的超清晰影像。在那之前，還從來沒有任何探測器去過冥王星。

新視野號發回的數據表明，冥王星是一顆地質活躍的星球，有著由氮冰構成的巨大平原，有著霧靄重重的多層大氣，還有著高達3000米的山峰。甚至還有證據表明，冥王星的地表之下可能潛藏著大片液態水的海洋。

新視野號發回的冥王星細節照片，可以看到由冰構成的山峰。圖片來源：NASA

可惜，新視野號只是一次飛掠任務，帶給我們的問題遠比答案更多。它不是一個軌道探測器，不能從冥王星周邊持續不斷地給我們發送回報豐厚的科學數據。為什麼不能派一個探測器去環繞冥王星展開探測呢？原因很多，其中之一便是火箭運力有限。

新視野號重達478千克，由聯合發射同盟的阿特拉斯V型火箭發射升空——這款火箭只能將不到1000千克的載荷發送到冥王星。因此，新視野號無法攜帶足夠多的燃料在抵達冥王星時用來減速，也就不可能被冥王星俘獲入軌，只能像現在這樣從冥王星身旁高速掠過。重型獵鷹火箭突破了這一限制。

新視野號探測器由阿特拉斯V型火箭發射升空。圖片來源：維基百科

重型獵鷹能夠將重達3500千克的航天器送到冥王星。就算我們假設，不對新視野號探測器本身作太大的改動，它也有足夠的空間能夠攜帶額外的燃料，用於抵達冥王星後的俘獲入軌。

利用重型獵鷹發射哪怕一個稍加改進的新視野號軌道器，也將給我們帶來更高解析度的影像，能夠多次近距離掠過冥王星的多顆衛星，並且監測這顆矮行星的長期變化，甚至帶來全新的認識。

重型獵鷹還能發射探測器飛掠下一顆矮行星——鬩神星（Eris），它到太陽的距離是冥王星的兩倍。

環繞冰質巨行星——天王星和海王星

我們發射過環繞木星和土星這兩顆氣態巨行星的軌道探測器，而對於天王星和海王星這兩顆冰質巨行星，卻只發射過飛掠探測器。這個事實實在讓人有一些灰心。對於這兩顆冰質巨行星，還有太多的事情有待我們去了解。

天王星詭異的傾角和翻轉的磁場，只是圍繞在這顆行星周邊諸多謎團中的一部分。

海王星也有諸多謎團，比如不完整的光環結構和令人驚訝的超強風暴。還有它最大的衛星——海衛一（Triton），正從它的冰火山噴射著含冰物質。

海王星上出現過令人驚訝的超級風暴。這張照片是旅行者2號在1989年拍攝的，這是迄今唯一一次近距離飛掠這顆行星。圖片來源：維基百科

就像冥王星一樣，重型獵鷹有能力發射軌道器前往天王星和海王星，對太陽系最外圍的這兩顆行星展開周密的研究。與冥王星相比，它們距離太陽還要更近一些，這意味著這些軌道器能夠用相同的代價攜帶更高性能的設備。

研究天王星和海王星這樣的冰質巨行星，意義不僅止於了解它們以及它們在太陽系裡的角色。看看迄今我們發現的太陽系外行星的類型，你就會留意到，銀河系裡最常見的行星類型正是所謂的「迷你海王星」這一類。因此，更好地了解天王星和海王星，是我們了解銀河系裡最主要行星如何形成及演化的關鍵。而重型獵鷹讓我們剛好能夠做到這一點。

這張圖顯示了截至2016年5月10日，已知太陽系外行星按不同大小的統計數據。比天王星和海王星略小一些的所謂「迷你海王星」，是其中數量最多的一類行星。圖片來源：維基百科

更輕更快

讓我們有能力往天王星、海王星和冥王星發射軌道探測器，並不是重型獵鷹的出現所帶來的唯一好處。重型獵鷹不只能夠發射更重的載荷，還能把更輕的載荷（比如大多數行星軌道器）發射到非常非常快的速度。如此一來，抵達太陽系外圍那些行星所需的時間，就有可能縮短到5-8年，而非使用其他現有火箭所要花費的10-14年。

探索木星和土星的衛星

木星和土星相對較近，意味著重型獵鷹能夠發射更重的載荷前往這些目的地。好消息是，現在已經有兩項木星衛星探測任務，計劃在2020年代搭載其他火箭發射升空。

歐洲空間局的冰質木衛探測器（JUICE）將在2022年發射，它的首要目標是環繞並研究木星最大的衛星——木衛三（Ganymede），這是太陽系裡唯一擁有磁場的衛星。NASA的歐羅巴快帆（Europa Clipper）則將證實木衛二（Europa）地表下可能存在的海洋，並評估海洋中存在生命的可能性。

NASA的歐羅巴快帆探測器，預計2022年發射。圖片來源：NASA

重型獵鷹的運載能力可以用來提高這些任務的科學價值。重型獵鷹不只能夠發射更加先進的軌道器，由於運載能力足夠強大，它還能夠搭載相當重的著陸探測器前往木衛二和木衛三。

發射一枚軌道器前往土衛二，這種可能性也相當誘人。土衛二上有噴泉在持續噴射，人們認為它的內部也有一大片液態水的海洋。因此，它被列為是外太陽系存在生命的頭號備選之一，屬於必須要被探索的星球。

更便宜，可復用

相對它的運載能力而言，重型獵鷹算是相當便宜了，這也是SpaceX公司最大的賣點。一次性使用、完全不回收的重型獵鷹，一次發射報價1.5億美元。作為對比，聯合發射同盟的德爾塔Ⅳ重型火箭只有不到一半的運載能力，發射報價卻高達3.5億美元。事實上，重型獵鷹還可以回收利用（如果發射較輕載荷的話），發射報價還可以大幅降低。可復用的重型獵鷹，發射報價是9000萬美元。