在美國策劃的“人類重返月球”項目中，一項革命性的太空技術(shù)即將進(jìn)入關(guān)鍵測試階段。

根據(jù)美國航空航天局(NASA，National Aeronautics and Space Administration)官員最新披露，美國太空探索技術(shù)公司 SpaceX 計劃最早于 2025 年 3 月進(jìn)行首次軌道燃料轉(zhuǎn)移測試，試圖用新技術(shù)為人類時隔半個多世紀(jì)后重返月球鋪平道路。

在今年 3 月的測試飛行中，SpaceX 已邁出了關(guān)鍵的一步。它成功實現(xiàn)了飛船內(nèi)部兩個油箱之間的低溫推進(jìn)劑(液氧)轉(zhuǎn)移。

這次測試得到了 NASA 的資金支持，并且讓工程師們得以深入了解推進(jìn)劑在低重力環(huán)境下的行為特征。

接下來的軌道加油測試，將有望成為航天史上最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一。

(來源：NASA)

據(jù)披露，SpaceX 屆時將在三到四周內(nèi)連續(xù)發(fā)射兩艘星艦。

第一艘將作為目標(biāo)飛船在低地球軌道等待，配備增強型電源系統(tǒng)和更大容量的電池，以確保有足夠的能源維持較長時間的軌道運行。第二艘則扮演加油船的角色，負(fù)責(zé)輸送燃料。

兩艘飛船都將為內(nèi)部管道配備熱絕緣層和真空護(hù)套，以最大限度減少推進(jìn)劑的損耗，這些技術(shù)細(xì)節(jié)對整個任務(wù)的成功至關(guān)重要。

在實際操作中，兩艘星艦將在距地面數(shù)百英里的太空中進(jìn)行自主對接。對接方式將是“腹對腹”的，過程雖然困難，但 SpaceX 可以借鑒其多年來向國際空間站發(fā)射龍飛船積累的經(jīng)驗。

圖 | SpaceX 船對船加油示意圖(來源：NASA)

與龍飛船不同的是，執(zhí)行對接任務(wù)的星艦油箱中仍裝有推進(jìn)劑，它們可能會在機動過程中產(chǎn)生晃動，給控制系統(tǒng)帶來額外的挑戰(zhàn)。

為了應(yīng)對這一問題，工程師們計劃密切監(jiān)測推進(jìn)劑的晃動情況和油箱壓力，并觀察流體如何響應(yīng)小型推進(jìn)器的脈沖(微調(diào))。

一旦兩艘飛船成功對接，它們將使用與地面加注推進(jìn)劑相同的接口進(jìn)行連接。

推進(jìn)劑將通過油箱之間的壓力差進(jìn)行轉(zhuǎn)移，同時還要避免消耗過多的燃料。這種方案比使用泵送系統(tǒng)更為簡單可靠，不過具體操作細(xì)節(jié)仍在打磨之中。

據(jù)估計，每次月球任務(wù)可能需要執(zhí)行約 10 次軌道加油，但這一數(shù)字很可能會隨著項目的進(jìn)行而改變。

目前星艦可以裝載約 1200 公噸推進(jìn)劑。SpaceX 正在開發(fā)更大型號的星艦，以便運載更多貨物和燃料進(jìn)入軌道，減少未來月球任務(wù)所需的加油次數(shù)。

此外，SpaceX 計劃在美國德克薩斯州的星艦基地增建發(fā)射塔，并在美國佛羅里達(dá)州太空海岸建設(shè)至少兩個星艦發(fā)射臺，為未來頻繁的發(fā)射和加油任務(wù)做準(zhǔn)備。

計算機模型和來自眾多火箭的飛行數(shù)據(jù)顯示，其已經(jīng)可以控制低溫蒸發(fā)、燃料箱壓力和推進(jìn)劑在太空中的沉淀。

但是，從未有人嘗試過將低溫推進(jìn)劑從軌道上的一個航天器輸送到另一個航天器。

“在我看來，太空低溫傳輸相關(guān)的技術(shù)問題都已經(jīng)解決。”

SpaceX 競爭對手聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟的前首席科學(xué)家喬治·索爾斯(George Sowers)對媒體表示，“現(xiàn)在只需要演示和微調(diào)技術(shù)和程序。我認(rèn)為我們正處于轉(zhuǎn)折點，很高興看到 SpaceX 正在努力實現(xiàn)這一目標(biāo)。”

圖 | 兩艘星艦輸送燃料的渲染圖(來源：SpaceX)

NASA 已與 SpaceX 簽署了價值 40.5 億美元的合同，訂購兩艘載人星艦飛船。這些飛船將在“阿爾忒彌斯”(Artemis)計劃中發(fā)揮關(guān)鍵作用，預(yù)計在 2026 年 9 月實現(xiàn)自阿波羅時代以來的首次載人登月。

值得一提的是，2023 年，NASA 還與美國航天公司藍(lán)色起源(Blue Origin)簽訂了合同，共同開發(fā)其“藍(lán)月”(Blue Moon)月球著陸器，為登月任務(wù)提供了雙重保障。

NASA 月球與火星項目負(fù)責(zé)人阿米特·克沙特里亞(Amit Kshatriya)公開表示，星艦的測試計劃正在穩(wěn)步推進(jìn)。

自今年 4 月起，SpaceX 已在生產(chǎn)方面取得顯著進(jìn)展，火箭發(fā)動機正源源不斷地運抵工廠。

然而，真正的挑戰(zhàn)在于技術(shù)創(chuàng)新，尤其是軌道加油這一前所未有的壯舉。“這是一個重大的開發(fā)挑戰(zhàn)，但也是我們必須攻克的難關(guān)，我們正在為深空探索建立藍(lán)圖。”克沙特里亞對媒體表示。

令人鼓舞的是，在 10 月 13 日測試中，SpaceX 首次成功使用發(fā)射塔上的“筷子”裝置捕獲了超級重型火箭助推器，展現(xiàn)了其在火箭回收技術(shù)方面的又一重大突破。

在測試中，當(dāng)星艦助推器降至離地面約 2000 米時，13 臺發(fā)動機同步進(jìn)行制動減速，并控制助推器姿態(tài)和飛行軌跡。

下降一段距離后，10 臺發(fā)動機被關(guān)閉，僅留下 3 臺繼續(xù)調(diào)整姿態(tài)，使助推器落在兩根機械臂(“筷子”)中間，并被其成功捕獲。

圖 | SpaceX 完成了“筷子夾火箭”(來源：SpaceX)

在接下來的關(guān)鍵時期，NASA 將密切關(guān)注星艦的設(shè)計。NASA 宇航員每月都會與 SpaceX 團(tuán)隊會面，就飛船內(nèi)部設(shè)計提供意見。

與此同時，SpaceX 正在其位于美國博卡奇卡的基地建造船員艙的實體模型，包括睡眠區(qū)和實驗室。這些設(shè)計將在 2025 年夏季的關(guān)鍵設(shè)計評審中，接受 NASA 的檢查。

鑒于“在軌加油”技術(shù)前所未有，SpaceX 團(tuán)隊預(yù)計會進(jìn)行多次測試。

究竟能轉(zhuǎn)移多少燃料?整個過程需要多長時間?實際效果是否與分析預(yù)期相符?這些問題都需要通過實踐來回答。

團(tuán)隊可能需要進(jìn)行三次以上的推進(jìn)劑轉(zhuǎn)移測試，才能完全掌握這項技術(shù)。

這項開創(chuàng)性的技術(shù)不僅將支持人類重返月球，更為未來深空探索開辟了新道路。

一旦成功實現(xiàn)軌道加油，人類將能夠在地球軌道之外運送更多的有效載荷，這對于建立月球基地和實現(xiàn)火星移民等深空探索目標(biāo)都具有重要意義。

關(guān)鍵詞： SpaceX 明年 3月